浅谈光伏发电与铁路建设融合发展
高铁站房“光储直柔”近零碳配电系
高铁站房“光储直柔”近零碳配电系统研究张 强（中国铁路设计集团有限公司）摘 要：高铁站房“光储直柔”建筑新型能源系统主要是应对我国提出的２０３０年碳达峰和２０６０年碳中和计划，其成为新型建筑能源不可或缺的一部分。
本文提出高铁站房“光储直柔”具体细节构造，以及具体技术线路和技术构造，对于其实际工程应用及技术问题进行深度挖掘，对于“源”、“储”、“荷”进行平衡，从而实现高铁站房配电系统的碳中和。
对未来需开展的研究进行展望，为未来“光储直柔”的进一步深入研究、探索提供参考。
关键词：高铁车站；光伏；储能；直流供电；能源管理０ 引言在全球能源安全压力逐渐增大、气候变化问题日益突出的形势下，国家提出二氧化碳排放力争于２０３０年前达到峰值，努力争取２０６０年前实现碳中和的战略。
发展低碳能源技术，建立低碳经济发展模式和低碳社会消费模式，是协调经济发展与保护环境之间关系的基本途径。
截至２０２１年国内高铁运营里程已达到４万公里，国内高铁站房数量逐年增多，能耗问题日益突出，如何利用新的节能配电技术实现对车站的能源消耗优化，实现近零碳排放目标具有重要研究意义。
近年来，光伏发电技术不断发展，发电装置产品化和市场化速度加快，数字能源管理技术的不断成熟，使得建筑物实现“光伏发电、储能蓄电、直流供电、柔性用电”成为可能。
高铁站房因其本身的建筑布局和结构特性，具备大面积铺设光伏发电板的优势，便利的土地开发条件可以发展储能业务，同时车站内大量的照明设施和ＵＰＳ设备能够采用直流配电形式。
本文通过对车站设置“光储直柔”配电系统的关键技术进行分析研究，探索实现高铁车站近零碳排放的技术路径。
１ 高铁车站发电场所分布及用电负荷分析１ １ 高铁车站发电场所分布光伏发电组件通常设置在建筑物屋顶等面积广阔、光照充足的位置，在一座高铁车站内，车站屋顶、站台雨棚和停车场等位置均是设置光伏发电板的优选位置。
鉴于铁路运行安全的需要，火车站周边的各类建筑一般距离铁路线路较远，同时在站房两侧往往设置市政广场，这就使得站房建筑基本不会被周边的高层建筑遮挡，站台上的雨棚和停车场的上方也具备良好的日照条件，可安装光伏发电板，能够产生良好的发电效益。
高铁建筑表皮与光伏一体化设计分析
图1我国部分高铁建筑光伏一体化的应用规模图2建筑光伏一体化的六种形态在满足高铁建筑美学特殊性要求的同时，实现光电转换效率最大化；（2）探讨高铁建筑各部位集成光伏组件的可行性，在丰富高铁建筑表皮形态的同时，使高铁建筑成为太阳能系统的高效载体，提高建筑节能效益。
1建筑光伏一体化设计现状 一般来说，光伏组件与建筑组合的方式有附着、外置和集成3种[4]，而建筑光伏一体化（BIPV，Building Integrated Photovoltaics）强调建筑与光伏组件的集成，太阳能光伏组件作3.2 非晶体硅光伏组件 非晶体硅光伏组件光电转换率较低，大约只有晶体硅光伏组件的50％，非晶硅组件的发电效率随透光度的上升而降低，当全透明时，其发电效率低至1％~2％[23]。
非晶体硅光伏组件具有低价轻质、高温性能好，弱光发电好、易于建筑外观结合的优点，使其能够在我国现有的高铁站建设中得到应用实践。
3.3化合物薄膜光伏组件 化合物薄膜光伏组件的光电转换率介于以上两种光伏组件之间，具有造价低、透光性和弱光发电性能较好的特点，且材料的可塑性强，可以制作成刚性和柔性两种形态。
铜铟镓硒（CIGS）是常见的化合物薄膜光伏组件，相关技术发展较为迅速，能更好 我国高铁建筑多采用直立锁边点承式金属平屋面的形式，易于与刚性光伏组件相集成。
晶体硅光伏组件发电效率较高，可以采用全屋面满铺的形式。
但晶体硅电池元件自身不透光，当高铁建筑屋面具有透光需求时，可以将电池元件带空隙排列形成透光组件，或者将不透光电池组件与普通玻璃构件间隔分布，以给室内引入自然光线（图3）。
研究表明，当光伏组件中电池元件覆盖面积比为0.8 时，可以减少组件总得热量近持组件的发电效率[25]。
平屋面铺设晶体硅组件，会限制光伏组件的受光角度，影响其发电效率。
与之相比，带有玻璃衬底的刚性光伏薄膜组件本身具有透光性，且吸收光谱频率范围大，对受光角度的要求较低，将其满铺于屋面或与其它屋面材料间隔布置，3 不同形式建筑屋面集成光伏组件的案例曲面屋面坡屋面上海虹桥站天津西站青岛火车站上海世博会主题馆多晶硅组件非晶硅组件非晶硅薄膜多晶硅组件图3带空隙的电池片（左），电池组件与玻璃构件间隔布置（右）图4荷兰鹿特丹中央火车站43也丰富了建筑屋面形式，创造了极具科技感的表皮效果。
关于青藏铁路工程中太阳能光伏发电的应用分析
设备稳定 可靠 ， 为青藏 铁路的安 全运行奠
定 了 坚 实 基础 。
洁 、环保 的 太 阳能 作 为 车 站 重要 用 电设 备 （ 如 通 信 和 信 号 设 备 ） 备 用 电源 ， 例 的 以保
３ 太阳能光伏系统工作方式
ｌ 青藏铁路概要
青藏 铁 路 工 程 是我 国西 部 大 开 发过 程
５６ ０ ８０ ０／ 。 。 朝 ， ５ 汇 总 。汇 总 后 的 直 流 电通 过 电缆 线 送 至 室 年 平 均 辐 射 量 ： ０ ～ ０ Ｊｍ 由 以上 为 ０ （ 向 正 南 方 ）倾 斜 角 为 ３ 。 左 右 内 的功 率 调 节 器 柜 ，再 由 其 内 置 的 并 网 光 可以看出这一地区的气候及环境条件极为 可 以获得较好 的发 电效果 。用在地理位置
交流 配 电 柜 送 入 到 低 压 交 流 电 网 ， 网 的 ４２ 系 统设 计 并 ．
度完全可调 ， 可调 的角度 是 ±５ 。。 由于 太阳 电池方阵 的占地 面积 较大 ，
光伏逆 变器具有最 大功率跟 踪 的功能（ 可
针对 高原 气候特点 ，在 分析气候 对 电
将 当时 太阳 电池 方阵 能够 产生 的最 大 电 气 设 备工 作 影 响 的基 础 上 ， 电气 绝 缘 、 从 电 考虑到 当地会有瞬时的大风 ，将 方阵分成 由 下 量 全部 抽取 ） 在夜 间 ， 。 交流 电再通过功率 器 分断性能 、 电器 温升 、 低温材 料 的选 用 、 若 干 个 单 元 （ ６块 组件 按 照上 、 顺 序 摆 调 节 器 柜 内 具 有 双 向 运 行 功 能 逆 变 器 的 电器 的耐 低 温 性 、耐 电 晕 、导 体 的爬 电 间 成 １列构成 ）单元之间留有较大的通 风间 ， 将 市 电整 流 成 直 流 电 向 蓄 电池 组 进 行 充 隙、 绝缘材料 温度 补偿 等方面， 对高原 电气 隙 ， 这样可 以将 方阵的受力减轻 ， 在单 元与 电 ， 以 保 证 蓄 电 池 组 总 是 处 于 满 容 量 的 设备 选 型 提 出 了设 计 要 求 。 用 状 态 。 当 电 网 停 电 时 ， 电池 组 储 存 的 电 蓄
铁路光伏利用模式
铁路光伏利用模式？
答：铁路光伏利用模式主要包括以下几种：
1.“光伏+地铁”工程：充分利用轨道交通内既有高架车站、地面车站、停车场、轨道沿线等资源，进行光伏项目的开发和建设。
新建高架车站、地面车站、基地库房等要求屋顶光伏覆盖面积达到50%，既有车站建筑进行光伏建筑一体化（BIPV）项目探索，拓宽光伏在轨道交通领域的应用场景，形成一定的示范推广效应。
2.光伏+交通：光伏+交通项目的应用范围广泛，包括高速公路、地铁、高铁站、铁路沿线、飞机场、港口码头、服务区等多种业态。
这种模式的目的是在节约能源、响应国家节能降耗方面发挥重要作用，同时也是对打造绿色智慧交通基础设施，凸显“绿色交通”的新理念具有重要参考意义。
在具体的应用中，光伏方阵与建筑的结合形式被广泛采用。
例如，在站房的建筑中，穹顶外围的屋顶被设计为白色铝合金屋面，光伏方阵则直接铺设在穹顶四周的六角形斜屋面上，以充分接收太阳光，提高光伏发电系统的利用率。
光伏发电系统的运行方式主要有独立运行和并网运行两种形式，而根据站房的实际情况，光伏并网发电系统通常被优先选择。
这种系统能将太阳能电池发出的直流电通过逆变器变换成交流电输送到电网，或与电网端接同时输出到低压负载，实现当时发电当时使用，节省了蓄电池占用的空间，发电容量可做得很大，并可保障用电设备电源的可靠性。
光伏电站接入轨道交通牵引供电系统发展现状综述
光伏电站接入轨道交通牵引供电系统发展现状综述发布时间：2021-11-24T06:01:26.708Z 来源：《当代电力文化》2021年24期作者：粟原[导读] 随着科学技术的高速进步，我国许多地区的轨道交通技术得到了长足的发展。
粟原重庆市轨道交通（集团）有限公司重庆市 400000摘要：随着科学技术的高速进步，我国许多地区的轨道交通技术得到了长足的发展。
同时，许多城市都在不断地进行城市轨道交通建设。
而光伏电站的发展就为我国轨道交通的建设提供了足够的能源。
利用光伏发电作为轨道交通运行的供给能源既可以实现高效的能源利用，同时也可有效地减少对于环境的污染。
因此，有关部门应当不断的优化光伏电站接入轨道交通牵引供电系统的有关技术，加强研究探索从而探寻到当前时期存在的不足并且提出针对性的对策。
充分利用好光伏电站为我国的轨道交通事业发展提供足够的能源支持。
关键词：光伏电站；接入轨道；牵引供电系统引言：随着经济的高速增长，当前时期环境污染以及能源紧缺已经成为各国发展过程当中的重要难题。
在这样特殊的时代背景下，以光伏发电为代表性的全新可再生能源已经受到了社会的重点关注。
我国于上个世纪50年代末就开始了光伏发电的有关研究，同时，当前时期我国的大规模光伏电站也得到了极大的开发。
而轨道交通则是属于城市当中消耗电能十分巨大的项目，如果采取传统的供电模式进行供电，那么很难满足轨道交通发展的实际需求，因此，将光伏接入轨道交通牵引供电系统当中，就可有效地解决轨道交通运行过程当中存在着的供电量不足的问题，同时又可就近消耗光伏电站所产生的电能，具体非常高的经济效益。
一、当前时期城市轨道交通牵引供电系统的现状为了有效缓解我国各大城市当中由于人口数量激增所带来的交通压力。
当前时期许多城市都开始大规模的建设城市轨道交通网，许多地区的地铁以及轻轨等轨道交通项目正在迅速地拓展。
而城市轨道交通是城市当中用电量巨大城市基础设施，一般情况下都是直接从城市的电网系统中获取运行所需的电力。
光伏发电技术在铁路工程中的应用
工 程 化应 用还 需努 力 。
１ ２ 器 材状 况 ．
至 于并 网发 电技术 ， 光伏 技术 进步 的重 要标 志 。 是
并 网发 电系统 分 为无储 能 装置 和可 采用 少量储 能 装置 两种 。光伏并 网 发 电系 统 是 应 用 太 阳 电池 方 阵 ， 白 在
准 的 出版 应 用 等 情 况 ， 出 目前 应 用 光 伏 发 电技 术 所 存 在 的 问 指
文 章 编 号 ：０ ４ ９ ４ （０ ６ ３— １６—０ １０ —２ ５ ２０ ）０ ０ ０ １
近几 年来 ， 光伏 发 电技 术 在西 部 铁 路 线 路 得 到 广 泛应用 ， 光伏发 电 系统 容量 从 以前 的几 十 瓦 及 几 百 瓦 发展 到 目前 的 十几 千 瓦 ， 用 范 围从 以前 仅 用 于 照 明 使
但价 格 较贵 ， 寿命 较 短 。
《 路 光 伏 发 电 系 统 技 术 规 范 》（ Ｂ Ｔ ０ — 铁 Ｔ ／ １１２ ｌ
２ ０ ） 合铁 路 工 程 设 计 建 设 的 特 点 ， 于 设 计 建 设 ０５ 结 对
光 伏系统 中使 用 的光 伏 电压 稳 定 装 置 类 型很 多 ，
题厦 今后 应 注 意 的 事 项 。 关键 词 ： 伏发 电 ； 准 ； 用 光 标 应 中 圈 分 类 号 ： ２２ ４ Ｕ ６ ．４ 文 献 标 识 码 ： Ｃ
天有 光 照时发 出 电能 ， 通过 逆变 器 向用户 负 载供 电 ， 同 时 与电 网并联 ， 多余 的 电 能馈 入 电 网 ； 阴雨 天和 晚 上 ， 则 由电 网供 电 ； 电 网停 电 时 ， 当 由储 能设 备 供 电 （ ： 注
太阳能与建筑一体化论文
浅谈太阳能与建筑一体化【摘要】实现太阳能与建筑的一体化，使建筑能够充分利用太阳能以节约传统能源，保护生态环境，同时美化建筑造型，是未来太阳能利用技术发展的重要方向。
本文对我国目前太阳能与建筑一体化存在的问题和对策做了粗浅的阐述。
【关键词】太阳能；建筑；一体化1 引言城市和建筑必将是朝着绿色生态方向发展，这一点已经在各个国家对绿色建筑的日益重视中得到体现。
太阳能是可再生绿色能源，将太阳能系统做为建筑的一部分来集热或发电，同时美化建筑造型，实现太阳能与建筑的有机一体化，使建筑能够充分利用太阳能以节约传统能源，保护生态环境，是未来太阳能技术应用发展的重要方向。
建筑能耗占全社会总能耗的比重比较大，热水、空调和采暖能耗占建筑能耗的65%左右，如果能综合利用太阳能，全面实现太阳能与建筑一体化及太阳能光热、光电综合应用一体化，对我国节能环保事业的发展和生态环境的改善起到巨大的作用。
但是，我国太阳能利用在建筑行业中的应用尚处于起步阶段，太阳能系统与建筑的有机融合还需要走很长的路。
2 国内外建筑太阳能利用现状2.1 国外建筑太阳利用现状国外对建筑太阳能应用系统的研究已有较长的时间，特别是欧美等一些发达国家，出台了一系列鼓励新能源利用的法律文件，在太阳能利用研究方面投入大量经费，在经济上也采取减税优惠等有效措施，使欧美等发达国家太阳能利用建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能利用建筑的研究、设计一体化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，均处于世界领先的地位。
美国国家可再生能源实验室展示中心极富韵律的trombe墙为展览厅提供了被动式采暖和自然采光，同时也塑造了极富个性的立面效果。
以色列某建筑在叠错的屋顶阳台尽端安放的太阳能集热器，与建筑巧妙结合，使其更为生动活泼。
丹麦南部的某展览会议中心运用了这个国家最大规模的pv光电板阵列，这些半透明的光电板与中庭屋顶玻璃相结合，既作为发电元件，又可起到遮阳构件的作用，避免阳光曝晒引起的过热。
武汉火车站太阳能光伏并网发电项目的示范意义
武汉火车站太阳能光伏并网发电项目的示范意义[摘要]大力发展新能源与低碳经济已成为构建两型社会的重要课题,《可再生能源中长期发展规划》中提出,要在2020年使可再生能源在一次能源的比例中占到15%,中国太阳能发展的定位已经由过去的补充和辅助能源逐步向替代能源过渡。
武汉火车站作为一座新建的大型现代化高速火车站和京港高速铁路的重要站点,其屋面太阳能光伏并网发电工程的实施对湖北地区太阳能项目建设及太阳能产业发展具有重要的示范意义。
[关键词]低碳经济;太阳能光伏发电;示范意义1 走近太阳能光伏效应是法国科学家贝克雷尔(Becquerel E)在1839年发现的,一百多年后,美国贝尔实验室于1945年成功研制出了实用型硅太阳电池,为光伏发电大规模应用奠定了基础。
1975年,我国在河南安阳召开了“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”,从此,太阳能的研究和推广工作纳入了我国政府计划,获得了专项经费和物资支持。
在之后的发展过程中,太阳能被定位为一种辅助能源和补充能源,重点发展方向是太阳能热水器等解决人民生活用能的问题。
随着中国经济的发展,2005年我国颁布了《中华人民共和国可再生能源法》,2007年国家发改委又发布了《可再生能源中长期发展规划》,提出要在2020年使可再生能源在一次能源的比例中占到15%,至此,中国太阳能发展的定位已经由过去的补充和辅助能源逐步向替代能源过渡。
我国太阳能资源十分丰富,全国各地太阳年辐射总量达3350～8370MJ/m2,平均值5860MJ/m2。
在太阳能的利用过程中,已经显现出其具有分布广、无污染、能源巨大、用之不竭等特点,与此同时,在当前技术条件下,太阳能利用也存在能量密度低、不稳定、难存储、效率低和成本高等缺点。
尽管如此,在当前常规化石能源日渐枯竭以及环境污染日益严重的情况下,太阳能作为清洁能源和可再生能源,仍然具有十分广阔的应用前景。
太阳能发电可分为光热发电和光伏发电,光伏发电可将太阳能的光照资源直接转换为电能,随着近几年技术的不断发展,已经成为了太阳能发电的主流。
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浅谈光伏发电与铁路建设融合发展
发表时间：2019-07-05T12:18:42.883Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：周宏欣[导读] 摘要：近年来中国高速铁路迅猛发展，铁路用电需求日益增长。
(河南城际铁路有限公司河南省郑州市 450003) 摘要：近年来中国高速铁路迅猛发展，铁路用电需求日益增长。
而光伏发电行业也在中国大地如雨后春笋般崛起，如何融合发展目前我国在全球领先的这两个行业，扬长避短，做到合作共赢，以此推动当下的铁路及光伏事业快速发展，带动我国社会经济飞速发展。
基于此本文分析了融合发展的问题。
关键词：光伏发电；铁路供电；融合发展截止2017年，中国高速铁路通车总里程达2.5万公里，为全球高速铁路通车总里程的三分之二。
据不完全统计，从2018年下半年到2019年，27个高铁项目将开工建设，计划投资额超过10000亿元，为历史最高的计划投资额。
随着国家在基础设施方面投入持续增大，路网末端铁路建设加快，电气化改造项目逐年增加，配套输配电网覆盖范围不断扩大，铁路供电也面临着一些挑战。
1、分布式光伏发电 1.1分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。
它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电网终端覆盖不足、电力在升压及长途运输中的损耗问题。
1.2分布式光伏发电特点：一是输出功率相对较小。
一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千瓦以内。
与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。
二是污染小，环保效益突出。
分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。
三是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。
但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限，通过增加覆盖面积，从一定程度上解决了用电紧张问题。
四是可以发电用电并存。
大型地面电站发电是升压接入输电网，仅作为发电电站而运行；而分布式光伏发电是接入配电网，发电用电并存，且要求尽可能地就地消纳。
1.3分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。
其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。
2、铁路供电需求
2.1铁路电力管规规定供电的额定电压：35千伏及以上高压供电±5%；10千伏及以下高压供电和低压电力用户±7%；室内外一般工作场所照明、电气集中、通信电源室等受电盘+7%,-10%；自动闭塞信号变压器二次端子±10%。
2.2根据用电设备的重要程度，电力负荷分为三级: 2.2.1一级负荷:中断供电将引起人身伤亡，主要设备损坏，大量减产，造成铁路运输秩序混乱。
属于此类负荷有:调度集中、大站电气集中联锁、自动闭塞、驼峰电气集中联锁、驼峰道岔自动集中、机械化驼峰的空压机及驼峰区照明、局通信枢纽及以上的电源室、中心医院的外科和妇科的手术室、特等站和国境站的旅客站房、站台、天桥、地道及设有国际换装设备的用电设备、内燃机车电动上油机械(无其它上油设备时)、局电子计算中心站。
2.2.2二级负荷:中断供电将引起产品报废，生产过程被打乱，影响铁路运输。
属于此类负荷有: 机车、车辆检修和整备设备、给水所、非自动闭塞区段的小站电气集中联锁和色灯电联锁器联锁、局通信枢纽及以下电源室、调度通信机械室、编组站、区段站、洗罐站、大、中型客(货)运站、隧道通风设备、加冰所、医院、红外线轴温测试装置、道口信号。
二级负荷的供电原则:两路电源或一路可靠电源，确保除故障情况下的不间断供电。
2.2.3三级负荷:不属于一、二级负荷者。
3、分布式光伏系统在铁路电力系统的应用 3.1根据铁路电力负荷的分类和分布式光伏发电的特点，现阶段分布式光伏发电系统应用在铁路三级负荷和作为小容量二级负荷的补充供电较为稳妥。
如：铁路沿线警亭供电、铁路终端信号灯、站区照明系统等。
铁路光伏终端信号灯
比较迅猛有效，目前在武汉、青岛、杭州东、南京南、北京南、上海虹桥、广州南、银川等站均有大规模应用。
电超过5000。