摘要：通過分析太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用情況，以及我國高速公路網(wǎng)的現(xiàn)狀及規(guī)劃情況，提出了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)適合在我國高速公路領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的觀點，有利于推進綠色公路的發(fā)展建設(shè)。
關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)； 高速公路； 清潔能源； 綠色公路；
引言
隨著我國高速公路的迅猛發(fā)展，交通運輸部近期提出了綠色公路的標(biāo)準(zhǔn)要求。我國的高速公路工程建設(shè)正在發(fā)生著很大的變化，特別是高速公路服務(wù)設(shè)施提檔升極后，使得高速公路服務(wù)設(shè)施不斷擴建與改造，致使其日常的用電量逐漸增多。為解決高速公路領(lǐng)域日益增加的用電需求和有效提高土地資源的利用率的問題，在高速公路領(lǐng)域推廣應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，是一種既具有保障能源供給、改善生態(tài)環(huán)境的長遠戰(zhàn)略意義，同時又具有節(jié)約自然資源、降低能耗成本的現(xiàn)實經(jīng)濟意義的方法。本文將結(jié)合太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域中的應(yīng)用實例來進行研究探討。
1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理
太陽能光伏發(fā)電是利用"光生伏特效應(yīng)",將接收到太陽輻射的光能，轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立式發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)兩種方式。
1.1 獨立式發(fā)電系統(tǒng)
獨立式發(fā)電系統(tǒng)是指不與電力系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)相連。該系統(tǒng)由光伏方陣（太陽能電池串并聯(lián)封裝而成）、控制器、蓄電池組和直流/交流逆變器等構(gòu)成，如圖1所示。
該系統(tǒng)由光伏組件產(chǎn)生的直流電，可以直接供給直流負荷使用或經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)成交流電供給交流負荷，還可以用蓄電池等儲能裝置將電能存放起來，根據(jù)需要隨時釋放出來使用。
1.2 并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)
并網(wǎng)方式根據(jù)裝機模式可分集中式和分布式兩種。目前我國高速公路領(lǐng)域采用的是分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)高速公路沿線服務(wù)設(shè)施的具體分布情況，設(shè)計布置不同規(guī)格和不同朝向的光伏陣列，然后將相同朝向、相同規(guī)格的光伏陣列分別通過單能逆變器匯流，再經(jīng)多臺逆變器集中后形成分布式并網(wǎng)發(fā)電方式。具體實施方案（如圖2）。
該系統(tǒng)所發(fā)電能除供給系統(tǒng)內(nèi)負荷外，多余電能還可以上匯到公共電網(wǎng)；若電能不足時，也可以通過公共電網(wǎng)給負荷提供電能，供電靈活可靠，同時減少了對蓄電池的投資和維護費用，是一種經(jīng)濟適用的方式。
經(jīng)過以上分析可知，和傳統(tǒng)供電模式相比，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)從設(shè)計理念到運行模式等各方面都進行了創(chuàng)新。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用的新理念、新技術(shù)、新材料更貼近國家對綠色節(jié)能的要求。
2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)外高速公路的應(yīng)用現(xiàn)狀
快速發(fā)展的光伏發(fā)電系統(tǒng)，已被廣泛地應(yīng)用于高速公路領(lǐng)域。下面就列舉幾個光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路的應(yīng)用實例：
2.1 意大利的太陽能光速公路
圖1 獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)
圖2 分布式并網(wǎng)發(fā)電方案
2011年1月1日世界上第一條使用太陽能電池高速公路對外開放。該高速公路為連接意大利卡塔尼亞-錫拉庫薩A18高速公路（西西里島600km西西里島高速公路網(wǎng)絡(luò)中新增的一段30km的高速公路），是世界上第一條完全由太陽能電池作為主要動力的電氣化高速公路（如圖3所示）。每年的發(fā)電量密度預(yù)計大約為1200萬k W·h,能夠完全滿足整段高速公路的用電力需求。
圖3 意大利卡塔尼亞-錫拉庫薩A18高速公路光伏發(fā)電系統(tǒng)
2.2 茶條嶺隧道光伏發(fā)電系統(tǒng)
2014年1月，陜西高速集團在十天高速漢中東段茶條嶺隧道基礎(chǔ)上建設(shè)的110KWp分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)工程并網(wǎng)項目順利地完工，建成之后的效果圖設(shè)計如圖4所示。該光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)工程全部建成并網(wǎng)后，年平均發(fā)電量最高并網(wǎng)能力可達5.04萬k W·h,其所發(fā)的電力主要是應(yīng)用于茶條嶺隧道內(nèi)的風(fēng)機及日光燈照明。
圖4 茶條嶺隧道光伏發(fā)電系統(tǒng)
2.3 榆社東高速收費站光伏發(fā)電系統(tǒng)
2018年5月10日，山西省榆社至和順高速公路榆社東高速收費站分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)成功試運行（見圖5）。該項目是山西省高速公路在該領(lǐng)域零的突破。該系統(tǒng)所發(fā)電量主要用于該站的辦公區(qū)和場區(qū)用電，該項目預(yù)計年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5.4萬噸。
圖5 榆社東高速收費站光伏發(fā)電系統(tǒng)
以上案例可見，隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的日趨完善，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)越來越適用在高速公路領(lǐng)域，主要可以應(yīng)用在以下方面：（1）緊急救援電話系統(tǒng)；（2）道路檢測系統(tǒng)；（3）監(jiān)控系統(tǒng)；（4）交通標(biāo)志及警示設(shè)施；（5）主線、匝道、收費廣場、立交隧道的照明；（6）公路廣告牌；（7）電子指示牌服務(wù)區(qū)等的供電系統(tǒng)。
3 太陽能光伏發(fā)電在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用前景
3.1 從我國的太陽能資源方面分析
根據(jù)《太陽能資源評估方法》（QXT 89-2008）確定的標(biāo)準(zhǔn)，我國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家之一，年總輻射量在3000~7500MJ/m2之間，年日照時數(shù)在870~3570h之間。豐富的太陽能資源有利于我們推廣應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
3.2 從我國交通運輸行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略層面分析
交通運輸部提出了綠色公路的標(biāo)準(zhǔn)，要求高速公路發(fā)展領(lǐng)域進一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和節(jié)能降耗，新能源的應(yīng)用勢在必行；智慧交通的發(fā)展，增加大量的設(shè)備智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備，以及高速服務(wù)區(qū)的檔次提升等對用電量需求會有明顯的增加；而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性決定了其更加適合應(yīng)用于在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用。
3.3 從我國高速公路網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃層面分析
目前我國高速公路網(wǎng)絡(luò)已形成規(guī)模，用電需求基本趨于穩(wěn)定，服務(wù)設(shè)施和交通工程周圍有大量的閑置屋頂和土地資源，因此參考國內(nèi)外已有的經(jīng)驗和做法，可在我國高速公路領(lǐng)域大力建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，由此來推動我國創(chuàng)建環(huán)保節(jié)約型公路的建設(shè)發(fā)展。
根據(jù)我國高速公路網(wǎng)規(guī)劃，今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，公路建設(shè)將重心轉(zhuǎn)向山嶺重丘區(qū)，項目沿線多為經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)，社會供電資源匱乏，電源質(zhì)量較差，而將電力長途輸送到用電量需求的地方，電能損耗較大，需要增加輸電線路投資，因此應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)利用當(dāng)?shù)刈匀毁Y源來滿足高速公路設(shè)施用電需求。
4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域應(yīng)用需要注意解決的技術(shù)問題
分析總結(jié)國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域應(yīng)用的情況得出，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)要更好地在高速公路領(lǐng)域推廣應(yīng)用，我們應(yīng)注意解決好以下技術(shù)問題：（1）不同朝向電池板發(fā)電的均衡匹配問題；（2）并網(wǎng)接入安全可靠性及多電源切換性；（3）建筑屋頂承重與太陽能電池板安裝穩(wěn)定需要兼顧；（4）現(xiàn)有斜屋頂面安裝太陽能電池要解決的固定和防水問題；（5）不同建筑物之間太陽能電池陣列之間串并聯(lián)連接的成本。
5 結(jié)束語
綜上所述，太陽能光伏發(fā)電是一種具有環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的很好的清潔能源，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，切合"交通+能源""高速+光伏"的清潔低碳路域經(jīng)濟發(fā)展思路，必將對綠色公路的建設(shè)起很大的推進作用。
參考文獻
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