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光伏铁路:前景可期,存在成本瓶颈

关键词 光伏 , 交通领域|2018-11-09 08:39:56|来源 中国科学报
摘要 2017年年末,一段1000多米长的神奇公路曾经刷爆济南市民的朋友圈,因为世界首条高速公路光伏试验段于济南正式通车。  而现在,对于光伏发电应用又一个大胆的尝试——铁路光伏正在英国...

       2017年年末,一段1000多米长的神奇公路曾经刷爆济南市民的朋友圈,因为世界首条高速公路光伏试验段于济南正式通车。

  而现在,对于光伏发电应用又一个大胆的尝试——铁路光伏正在英国得以实现。英国可再生能源投资公司Bankset Energy Corporation雄心勃勃地提出光伏铁路计划,他们将在全球铁路枕木上安装吉瓦规模的太阳能光伏发电系统。

  2018年6月,德国1000公里铁轨上已经开始安装200兆瓦光伏系统,此项工程将在2019年完工,并到2022年扩展至10000公里。未来还会在法国、美国、中国、意大利铁轨上应用。

  在长长的铁路上铺设光伏,既不占地又不耽误火车运行,可谓是一轨两用、“鱼和熊掌”兼得。不过,“光伏铁路”仍给光伏从业者留下了一连串的疑问:光伏电池板如何能融入铁轨?发电消纳、成本问题如何解决?

  前景可期

  火车在快速行驶过程中,会产生巨大的压力与冲击力,这样的光伏铁轨能经得住考验吗?

  Bankset Energy总裁帕特里克·布里对媒体表示,“我们采用专利技术,硅树脂和铝制太阳能电池板设计用于夹住现有铁路枕木。这项技术目前已经在混凝土、木材、钢筋等材料上进行了实验,并经受住了时间的考验。”他表示,“这一技术不影响基础设施,因此避免了更换现有轨枕的成本。”

  据帕特里克·布里介绍,精心设计的太阳能电池板可以承受住各种压力,如火车本身、冰雹、岩石等,不管是在高速线路,还是在中速二级线路、慢轨、停车轨道都毫无压力。

  关于这一系统,布里表示,太阳能电池在美国制造,并在欧洲两个制造中心进行组装。其在亚洲也有一个制造中心——中国。据说,Bankset目前还在与一些卧铺制造商进行讨论,以开发这项技术并调整其产品以适应所有现有的轨枕。

  “铁路光伏非常有发展前景,是值得做的尝试。”中国能源研究会能源互联网专委会副秘书长何继江告诉《中国科学报》记者,光伏铺在铁路枕木上首要问题就是抗震。“这也并不复杂,有一些类型的组件本身抗震性能就非常好。比如铜铟镓硒(CIGS)的薄膜光伏等,影响不太大。”

  “用普通晶硅来做组件的话,用硅胶来保护组件,抗震性能也非常好,这些问题应该都是可以解决的。”何继江说。

  光伏铁路的另一个问题在于铁路线路长,单个光伏面板面积小,并网的耗损会比较大。光伏电站的输出电能,需要考虑很多的因素,如温度、灰尘和污染、遮挡、组件朝向和倾角、逆变器效率、线缆损耗等,铁路光伏也是如此。“在跟电网相连的时候,并网系统还是需要一些创新的,如果要直接供给机车牵引用电,还需要一些技术工艺的保障。”何继江说。

  成本是另一个需要面对的难题,“枕木都是非常窄的条状,铺设光伏板,还要把电储存起来,在线路并网这一步会比较繁琐,是需要花点功夫才能把成本降下来的”。何继江表示。

  落地仍难

  在何继江看来,我国十几万公里的铁路里程,如果枕木都被光伏覆盖,每年将会有数十吉瓦的发电量。如果要做试点,北京到广州或上海这些繁忙的铁路线或者北京到新疆的路线都可以尝试,“繁忙路段铁路用电量大,西北部光照好,光伏枕木发的电完全可以在铁路沿线电力系统消纳,各有优势。”

  “其实,铁路光伏能不能推广,起决定作用的不在于光伏企业,而在于铁路公司。”何继江坦言,两年前他就跟中铁集团第三勘察设计院的相关负责人讨论过这个问题,铁路部门的积极性并不高。“他们认为在铁路上铺光伏可能会有安全隐患。”

  “因为我国铁路运营基本上是由铁路总公司来负责,具体到枕木铺设光伏,铁路总公司资产管理部“原则上对铁路现有资产结合光伏进行复用是感兴趣的,但是考虑到可能存在的风险,他们难以做出实质性推动。基层铁路局不可能在这类涉及铁路系统安全的关键领域独立做出决策”。何继江说。济南的光伏公路之所以能够通车试运行,是因为不同路段隶属于不同的高速公路公司,总会有公司想要探索新的技术。

  “关于光伏铁路,可以进行技术和应用前景探讨,但距离规模性的推广应用还有很远距离。”国家发展和改革委员会国际合作中心国家能源研究所原执行所长、北燃研究院副院长白俊告诉《中国科学报》记者。要将发的电输送进架空线为火车提供动力的话就需要升压,光伏电力供应量和稳定性都有问题,如何和其他电源匹配,因为铁路对供电可靠性要求很高,而且枕木面积太小,逐个安装也并不容易。“即使技术上的问题都可以解决,但相对于传统屋顶、墙面、地面、道路等受光面积大的应用场景,光伏铁路还没有什么优势。”

  成本瓶颈

  随着绿色能源发展与环保趋势的蔓延,可再生能源与大众运输的组合越来越常见,光伏铁路也只是诸多场景中的一种。2016年7月,中国内蒙古呼和浩特铁路局完成了全国首个铁路系统光伏发电示范专案,光伏铺在呼和浩特沙良物流园区的屋顶,装置量2.4兆瓦,所发电量主要用于铁路运输和生产。

  光伏在道路上的另一个可安装位置是隔音墙或防护栏,2012年英利集团自主研发建立的我国首座光伏隔音墙正式具备并网发电条件,并申请获批国家实用新型专利。

  不过,何继江告诉记者:“隔音墙上铺光伏成本比较高,做起来也并不划算。”如果大规模建设,成本也还是可能大幅下降的。

  光伏在交通领域还有一个值得期待的应用场景,美国创业家埃隆·马斯克提出的超级高铁将用管道的方式来运输,管道上方安装光伏,用光伏的直流电配上储能来驱动超级铁路的磁悬浮动力系统。

  该计划当中,未来的超级铁路全部依靠光伏发电。“在技术落地上,他的论证基本上是可行的。”何继江评价道,而在铁路上面的顶棚安装光伏,好处是受光面积大、发电量大,还能挡雨挡雪,提高了铁路运行的安全性,而且铁路的高度是限定的,不用担心限高的问题。“但这方面的缺点仍然是成本太高。”何继江说。在铁路局各火车站的火车停车场建设大型的光伏车棚,是个比较容易实现的铁路光伏场景,单个项目规模会比较大,并网和消纳都不是问题,价格也容易控制得住,最主要的难点也就是如何有效控制施工过程对火车的安全影响了。

  成本不光是以上场景的光伏应用瓶颈,国家发展和改革委员会、财政部、国家能源局下发的《关于2018年光伏发电有关事项的通知》(以下简称“5·31新政”),要求光伏产业加速平价上网征程,这也使部分企业耽于市场而无暇研发;但从大趋势看,为了在平价时代创造更好的项目收益率,以激活下游投资热情,光伏产业上下游越来越多的企业正积极地通过“提效”而非单纯的“降本”方式来达到目的。

  “5·31新政”标志着光伏行业的暴利时代结束。东方日升点点升阳光总经理田君告诉《中国科学报》记者,“5·31新政”发布以后,整个光伏行业呈现出四个特点:去暴利化,挤泡沫;行业增长速度和装机速度放缓;行业洗牌开始,未来两三年内市场可能会由三五家企业垄断;光伏进入以技术、产品立身的时代。

  “在光伏板块我们实施两步走战略,”田君说,“一方面大力发展用户;另一方面联合经销商、金融机构做分布式的商业业务,未来的蓝海市场依然存在。”

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