光伏发电在城市轨道交通中的应用研究（上）

城市轨道交通近年来在国内大中城市普遍发展，全国目前已有十八座城市建成运营线路，并有多个城市已开工或规划建设，根据相关规划，未来几年将是城市轨道交通发展建设的高峰期。 　　如何将太阳能光伏发电系统和城市轨道交通建设结合起来，利用太阳能向城市轨道交通工程提供电源，不仅在节约能源方面意义重大，更对指导新建轨道交通工程具有重要参考意义。 　　1.光伏发电系统优势和特点 　　利用太阳能进行发电，可以获取无限的能源，不仅可以减少煤炭、自然矿物资源、水资源等的开采利用，还可以减少二氧化碳、二氧化硫、粉尘及煤灰等有害气体和杂质的排放量，是节能减排的有效措施。 　　传统电力系统在向负荷供电时，需通过变压器、输电线路、开关柜等电力设施将电能输送至用户。采用太阳能光伏发电系统，可省去这些输配电设备的投资。若将光伏电源和电网进行并网发电，不仅能就地直接使用电能，还省去了蓄电池等储能设施。 　　太阳能光伏发电系统的安装不破坏土地植被，不受安装地点的限制，只要太阳能够达到的地方，均可安装太阳能电池组件。大城市内建筑物和太阳能电池组件一体化建设时，不仅能够美化建筑的结构和外观，还节约了土地，具有十分积极的效益。 　　光伏电源系统的特点决定了只要有太阳光的地方，就能够设置光伏发电系统，而且容量大小可根据负荷选取，不受外部电源的限制。特别是一些容量小的照明负荷，可独立成系统，特别灵活实用。 　　综上所述，光伏发电系统具有节能环保、节省输电设备、保护和节约土地、灵活配置发电容量的优势和特点。 　　2.城市轨道交通各类用电负荷分析 　　城市轨道交通用电负荷较多，但根据不同用途及性质可归为3类负荷： 　　（1）轨道交通车辆牵引供电负荷。 　　该类负荷主要是向轨道交通车辆提供驱动电源及车体内部的低压机电负荷电源，所需容量最大，一般一个牵引变电所约在2×2500～2×3000kV.A左右。 　　（2）轨道交通运营动力负荷。 　　该类负荷主要是车站及区间内为保证地铁正常、安全运营而所需的一些机电设备、通信信号设备、监控设备等，其负荷容量较大，每座地下车站约在1000~1200kW；高架车站约在200~350kW。 　　（3）轨道交通运营照明负荷。 　　该类负荷主要是运营所需的各类正常照明、应急照明、指示照明、广告照明等，其负荷容量较小，每座地下车站约在200~300kW；高架车站约在120~180kW。 　　另外，每条地铁线路都有一个车辆段和停车场，其中有不少动力负荷和照明负荷，特别是车库内的照明负荷和车场内的路灯照明负荷容量较大。 　　上述用电负荷中，牵引负荷、通信信号、消防通风、消防监控、应急照明等是与行车及消防相关的可靠性要求极高的特别重要的一级负荷。 　　从负荷分类可以看出，牵引负荷用电不仅容量大，且是行车负荷，必须有极高的可靠性；动力负荷中部分为行车及消防负荷，容量也较大，可靠性也必须保证；照明负荷中的应急照明，该部分容量很小，但可靠性必须保证。从容量及负荷重要性，以及在目前光伏发电系统尚未完全成熟及普及应用的情况下考虑，这些负荷仍采用传统电力供电系统是比较合理的，因为必须保证这些负荷用电的高可靠性。但相对这些重要负荷，车站内的三级负荷、正常照明和一般的机电负荷，完全可利用太阳能光伏发电系统供电。 　　3.轨道交通工程利用光伏发电系统的条件 　　光伏发电系统主要是利用太阳能作为发电基础，配备必要的发输电设备，并结合实际建筑条件，共同实现发电系统功能。要实现光伏发电系统在轨道交通工程中的应用，必须满足以下2个条件： 　　（1）车站建筑在地上，且地上面积足够大，能够安装满足用电容量需求的太阳能电池板、蓄电池等发电设施。 　　（2）车站内用电负荷为三级负荷、一般机电负荷或一般照明负荷等，供电可靠性要求较低，不影响行车及消防。 　　根据目前轨道交通车站的设计、建筑样式、负荷类型等，能够满足上述条件一的，主要有高架站、车辆段、停车场、地下站出入口等地方；满足上述条件二的，主要有车站二三级通风负荷、检修电源负荷、广告照明、一般照明、车场内道路照明、地下站出入口集散广场照明、室外地徽导向负荷等。