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光伏发电系统在铁路应用及发展的探讨

【摘要】近些年来，在我国经济不断发展的带动下，光伏发电工程也迅速地
得到了发展。太阳能光伏发电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太
阳能光伏电池组件产生的电能通过控制器给蓄电池充电或者在满足负载需求的情
况下直接给负载供电。如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给
直流负载供电，对于含有交流负载的光伏发电系统而言，还需要增加逆变器将直
流电转换成交流电。光伏发电系统的应用具有多种形式，并网光伏发电站、离网
光伏发电站是两种主要的形式，但是其基本原理大同小异。对于其他类型的光伏
系统只是在控制机理和系统部件上根据实际的需要有所不同。铁路沿线的光伏发
电工程也成为新基建的重点发展方向，确保安全运营条件下，建设经济、环保、

实用的光伏发电系统。

【关键词】光伏发电；铁路沿线；逆变器；新基建

1.铁路光伏发电建设及应用

铁路可用于光伏发电的场景包括：铁路车站的房屋及风雨棚，铁路附属设施

的建筑物及设施，铁路轨道，铁路客车车体，铁路沿线的红线范围内的地面。

目前高速铁路在设计之初就贯彻节能环保理念，高铁车站广泛应用光伏发电、
地源热泵、风冷热泵及水冷螺杆冷水机组、绿色照明、三联供系统等节能减排新

技术、新工艺、新材料及新设备，进一步提高了节能减排效。

目前国内铁路在车站房屋及风雨棚，铁路附属设施货场建筑物、附属设施、
空余场地地面均有应用。其中在铁路车站、风雨棚及附属房屋应用广泛，目前已
有数十个车站实施了光伏发电项目。早在2009年12月武汉高铁火车站在车站建

筑屋面和风雨棚上，建成了光伏面积1.52万m2、装机容量2.2MWp光伏发电站，

年发电量2GWh。
目前国内尚没有在轨道、车体上实施光伏发电项目案例。国外铁路对轨道、

车体光伏发电有研究案例。

2.铁路电力负荷及设施

铁路电力负荷及设施包括铁路电力牵引供电系统、电力系统。

1）铁路电力牵引供电系统

铁路电力牵引供电系统为电力机车供电；在铁路沿线设有110kV（220kV）
/27.5kV牵引变电所、开闭所、分区所、AT所，27.5kV单相架空接触网。牵引变

电所间距约50公里，主变压器容量20－60MVA之间。

2）铁路电力供电系统

铁路电力供电系统为铁路沿线、车站各系统供电；在铁路沿线、车站设有

10kV贯通线/自闭线，设施包括：10kV配电所，10kV架空线路或10kV电缆，
10/0.4kV变配系统。10KV配电所的间距40－50KM，负荷在2000－3000KVA左右；

大、中型车站采用地方独立电源供电。

3.光伏发电方式初步考虑

光伏发电包括的主要素有：安装场地、充足阳光、并入国家电网、光伏技术
及设备、资金。光伏发电技术及设备国内成熟，有设计、施工、验收、并网的国
家规范；国内有众多光伏设备生产厂家；国家支持光伏清洁新能源的利用，建设
资金有国家政策支持。较为困难的是安装场地、并入国家电网。国家已出台了

《光伏发电站并网运行控制规范》GB_T33599-2017，进一步规范了光伏发电站并
入国家电网标准，便于光伏发电并网。由于涉及到国家电网安全，完成并网程序

时间较长，约为8个月左右。

目前铁路沿线的规划土地红线为8－15米，理论上铁路沿线两侧合计为16－
30米的土地、车站及风雨棚、附属设施等可用作光伏发电场地，总体上讲可用于
光伏发电的场地面积可观。按平均红线为10米计算，每公里铁路可用场地约为
30亩。典型的并网光伏电站的情况如下：光伏发电站主要安装用地为安装光伏电
池板，按选用多晶太阳能电池组件计算，一块光伏电池发电量中位数250Wp，
20MWp发电系统需要约8万片电池组件，投资约2亿元（不含土地成本），用地
约500亩地的面积，全年按日均发电6小时计，发电量12万度电；按目前国家
光伏发电上网电价0.6元/度计算,日均收入7.2万元。依此计算，每百公里铁路

可用场地3000亩，可安装光伏发电站容量约120MWp。

具体技术方案：由于铁路沿线光伏发电站光伏电池板呈长条状分布，太阳能
光伏并网发电系统推荐采用分块发电、分散并网方案，将系统分成每个2至4兆

瓦的光伏并网发电单元；并且每个1兆瓦发电单元采用4台250KW并网逆变器的
方案。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池
阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网

逆变器和交流配电柜并入0.4kV/10kV（27.5kV）升压配电装置。分散并入铁路电
力系统10kV线路或铁路牵引供电系统27.5kV线路，通过铁路电力系统或铁路牵
引供电系统最终实现将整个光伏发电集中并网接入国家电网。充分利用既有的电
力设施集中并入电网，减少并网电