马俊

摘 要：公路隧道，尤其是特長隧道位于偏远地区，电力资源匮乏，无法满足规范对于公路隧道供电系统的要求。本文旨在依托敦当高速公路项目，结合项目所在地环境地理条件，提出太阳能光伏发电系统的设计方案，讨论太阳能光伏发电技术在高速公路特长隧道的应用。

关键词：光伏发电；太阳能；特长隧道

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0119-02

隧道作为公路的重要组成部分，能够缩短公路里程、提高运输效益，高速公路建设过程中多采用隧道形式。甘肃省地形地貌复杂，因此我省高速公路隧道较多，部分隧道属于特长隧道，且部分隧道位于人烟稀少地区。这些隧道附近市电线路较少，电力资源匮乏，实际运营中电能消耗巨大，就近供电线路无法满足隧道实际运营用电需求。若采用架设专用供电线路方式，建设投资较大，因此如何解决特长隧道引电困难、能耗较高等问题，同时考虑降低后期运营费用成为主要问题。遵循国务院、交通部对公路工程建设过程中积极应用节能技术和清洁能源的相关要求，本文结合敦当高速公路项目，研究太阳能光伏发电技术在公路隧道，尤其是在特长隧道中的应用。

1 项目概况

敦煌至当金山口公路是柳格高速G3011的组成部分，路线起点位于敦煌市吕家堡杨家梁村，与柳格公路瓜州至敦煌段AK116+800顺接，路线向西上跨G215线和党河，经肃州堡后出绿洲区，从敦煌市工业园区及物流园区北侧戈壁绕行至敦煌试验场，主线推荐方案长197.467公里，项目地处河西走廊内陆，气候干燥，降雨量小，蒸发量大，多风沙，太阳辐射强，气温日差较大，设置当今山隧道（长度为4441m）、阿尔金山隧道（长度为7527m）。根据现场实际调查，该项目距离青海省界大于100Km而且属于戈壁，无法引入另一路电源，只能引入一路外接电源，不能满足规范对于一级负荷要求双电源供电的要求。结合项目环境条件，经研究采用光伏发电技术对隧道的照明及监控系统进行用电，同时将市电电源座为备用电源。

2 设计方案

经计算，当金山隧道用电负荷如下：加强照明功率为53.16KW，基本+应急照明功率为82KW，监控设备功率为75KW，有源诱导标功率为14KW；阿尔金山隧道用电负荷如下：加强照明功率为53.16KW，基本+应急照明功率为138.31KW，监控设备功率为110KW，有源诱导标功率为20KW。考虑隧道照明采用智能调光系统，加强照明只在夏日晴天正午时分满功率运行；同时考虑其他因素，隧道加强照明平均工作时间为6小时，基本+应急照明、监控设备、有源诱导标需要24小时运行，满功率平均工作时间为24小时，则日耗电量为（53.16+53.16）×6+（82+75+14+138.31 +110+20）×24=11181.36KWh。

由于项目所在地为甘肃省阿克塞地区，根据权威部门提供的甘肃省阿克塞县区的气象数据，具体详见图1。

根据NASA光伏计算管理软件分析，该地区地面年平均日照指数详见图2。

由图1、图2可知，全年日照平均峰值日照时数为5.66h。

日实际需电量应为 K×E（其中K为光伏电站系统总效率，E为日发电量）。

总效率K是各个部件及分系统效率之积，即：电缆输送线损Kc（0.97）、太阳能电池组件表面由于尘污遮蔽或老化引起的修正系数Kx（0.95）、太阳电池方阵组合损耗系数Kz（0.95）、逆变器的转换效率Kn（0.90）之积。总效率K=Kc*Kx* Kz*Kn=0.97*0.95*0.95*0.90=0.79，所以求得光伏电站系统总效率K=0.79。

综上，则日发电量为：

E=11181360/5.66/0.79=2500415.977WP，拟建 2.508MW

E=2.508MW*5.66h*0.79

=11214.27kWh

根据组件规格选型，则选择275W的太阳能组件9120块。

日实际发电量应为11214KW/h。

太阳能光伏系统装机容量2.5MW，占地面积约44000平方米（约66亩），系统主要由太阳能电池方阵、并网逆变器、直流/交流配电设备、监控设备等部分组成，其系统结构如图3所示。

本电站设计考虑到电站建设周期长，使用模块化管理，故将整个电站分为76个模块组成，每个模块建成后即可使用。本系统选用多晶硅太阳电池组件，峰值功率为275Wp，共9120块。分为76个模块，则每个模块为120块太阳能组件，将9120块组件分为20块一串组成456个子串方阵，每6个组串方阵接入1台直流汇流箱，共76个直流汇流箱，每个直流汇流箱接入到1台并网逆变器，共76台并网逆变器，4台并网逆变器再接入到1台交流配电柜，共19台交流配电柜。考虑当金山隧道及阿尔金山隧道长度较长，为保证远端设备正常使用，从交流配电柜引出到变压器进行升压，升压后的高压电传输到负载旁的变电站降压供负载使用。用电负载余电采用就地升压，高压输电，接入变电站上传到高压电网上，满足国家的并网的要求。夜晚时，切换到市电取电，给负载供电，主要设备如表1所示。

3 结语

进入21世纪以来，国际光伏工业在过去平均年增长率为15%。世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速，世界上一些发达国家纷纷宣布了自己的光伏发展计划。到2030年，光伏发电在世界总发电量中将占到5～20%，我国太阳能光伏发电技术产业化及市场经过近20年的发展已经有了一定的基础，特别是经过2002年国家光明工程的牵引，我国太阳电池组件的年生产能力跃上20兆峰瓦；目前的产能还在扩大，系统平衡部件的技术水平也在不断的提高，这些都为我们解决远离电网的公路隧道供电问题提供了技术基础。本项目太阳能光伏发电技术的应用为我省公路特长隧道利用太阳能光伏发电技术提供借鉴，解决公路特长隧道引电困难、运营费用高等问题。同时，本项目太阳能光伏发电技术的应用能够有效贯彻国务院《质量发展纲要（2011-2020）》的主体思想，积极响应交通运输部《关于打造公路水运品质工程的指导意见》，对于建设节约型社会，保证特长隧道安全、节能运行具有重要意义。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部[S].公路隧道照明设计细则（JTG/T D70/2-01-2014）.2014：37-40.

[2] M.A. Green. Third generation for photovoltaics：high conversion efficiency for low cost[C].2003年中国太阳能学会学术年会论文集，2003：1-8.

[3] 赵玉文，崔容强.我国太阳能光伏产业现状及发展[C].2003年中国太阳能学会学术年会论文集，2003：1-2.

[4] Hong Yang， He Wang， et al. Status of photovoltaic industry in China[J]. Energy Policy，2003，31（8）：703-707.