摘要：文章以廣西G72泉南高速公路桂林至南寧段的服務區(qū)為例，統(tǒng)計高速公路沿線服務區(qū)建設分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本建設方案及收益，制定滿足高速公路服務區(qū)分布式光伏微網(wǎng)方案，以實現(xiàn)發(fā)電自用、就地利用、余量上網(wǎng)，既能滿足服務區(qū)日常用電和充電樁用電的需求，又能推進和打造綠色低碳化高速公路服務區(qū)。在廣西高速公路服務區(qū)建設分布式光伏具有較好的經(jīng)濟效應，可以在廣西高速公路項目沿線設施的推廣和應用。

關鍵詞：分布式光伏發(fā)電；高速服務區(qū)；方案設計；光伏組件

U491.8A531694

0 引言

2022-09-10，廣西壯族自治區(qū)多部門聯(lián)合印發(fā)《關于加快推進區(qū)直國有企業(yè)綠色發(fā)展的實施意見》，明確提出促進交通與新能源產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。推動高速公路、航道、樞紐場站、港口、鐵路和機場等基礎設施，利用光伏、風力、地熱等可再生能源開發(fā)分布式發(fā)電與儲能項目，分區(qū)域構(gòu)建綜合交通樞紐場站“分布式光伏+儲能+微電網(wǎng)”的交通能源系統(tǒng)，促進交通運輸基礎設施網(wǎng)與智能電網(wǎng)融合?！敖煌ㄟ\輸+綠色能源”融合發(fā)展為高速公路綠色低碳轉(zhuǎn)型提供了良好思路［1］，且重點考慮在高速公路服務區(qū)中的利用，例如許雪記的江蘇省高速公路站區(qū)光伏能源綜合利用研究就闡述了江蘇高速站區(qū)光能源的利用［2］。

本文以廣西壯族自治區(qū)部分高速公路服務區(qū)為例，統(tǒng)計高速公路沿線服務區(qū)建設分布式光伏的基本建設方案及收益，制定滿足高速公路服務區(qū)分布式光伏微網(wǎng)方案，實現(xiàn)發(fā)電自用、就地利用、余量上網(wǎng)［3］，既能滿足服務區(qū)日常用電和充電樁用電的需求，又能推進和打造綠色低碳化高速公路服務區(qū)，建設一種新形式的高速公路服務區(qū)［4］，以積極響應《廣西綜合交通運輸發(fā)展“十四五”規(guī)劃》明確的綠色交通發(fā)展要求，為交能融合行業(yè)標準規(guī)范的制定夯實基礎，助力推動交通領域綠色低碳發(fā)展和資源高效利用轉(zhuǎn)型發(fā)展，充分發(fā)揮廣西發(fā)展交能融合項目的示范引領作用。

1 項目基本情況

以廣西桂林到南寧段高速公路為例，該段高速公路為G72泉南高速桂林至南寧段，全長約350 km。該段高速公路共設置有服務區(qū)八對，分別為：桂林服務區(qū)、永福服務區(qū)、波寨服務區(qū)、鹿寨服務區(qū)、新興服務區(qū)、來賓服務區(qū)、賓陽服務區(qū)、伶俐服務區(qū)。由于來賓服務區(qū)廠址現(xiàn)階段不適合建設分布式光伏項目，因此僅統(tǒng)計除來賓服務區(qū)外另外七對服務區(qū)。

2 服務區(qū)分布式光伏系統(tǒng)設計

光伏發(fā)電系統(tǒng)通過將太陽能電池組件，由一定數(shù)量串聯(lián)成一串以達到逆變器額定輸入電壓，再將若干組串并聯(lián)達到系統(tǒng)預定的額定功率。每個光伏發(fā)電陣列由包括太陽能電池組件、逆變器和配電裝置構(gòu)成。若干個光伏陣列通過導線的連接共同組成一座光伏電站。

2.1 服務區(qū)光資源分析

由于站址所在地無多年實測數(shù)據(jù)支持，需通過光伏系統(tǒng)PVsyst軟件分別建立NASA、Meteonorm、Solargis數(shù)據(jù)對場址太陽能資源進行模擬測算，詳見表1。

參考氣象站南寧站的多年實測平均光輻射數(shù)據(jù)為4 593 MJ/m2，南寧站的NASA、Meteonorm、SolarGIS分別為4 934.8 MJ/m2、4 424.3 MJ/m2、4 665.6 MJ/m2，可見SolarGIS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)與南寧站實測數(shù)據(jù)最為接近。同時根據(jù)工程經(jīng)驗來看，SolarGIS太陽能數(shù)據(jù)更接近實際廠址太陽輻射數(shù)據(jù)，因此太陽總輻射量按照SolarGIS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)推算，后續(xù)發(fā)電總量的計算也是基于SolarGIS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)測算。

2.2 光伏組件的選擇

目前市面上工商業(yè)用光伏板主要采用高效單晶光伏組件，對單晶硅光伏組件而言現(xiàn)階段主要有P型和N型的區(qū)分。

其中P型為PERC高效單晶組件，具備較低的組件衰減率，首年衰減為2%，組件經(jīng)年衰減為0.55%。技術成熟，已經(jīng)經(jīng)過多年來市場大規(guī)模驗證十分可靠，目前市場占比超過60%，為市場上主流板件，單價較低。

N型根據(jù)技術路線不同，可分為TOPCon、HPBC、XBC、HJT和HPDC等新型電池等高效技術。N型技術推動著組件功率密度、效率逐漸增大。此外，組件之間的接線減少，可以減少直流線損。這一技術進步間接造成同等規(guī)模光伏電站的設備價格降低，安裝工程量、運行維護費用減少，建設投資得到有效控制。首年衰減為1%，組件經(jīng)年衰減為0.45%.具有更優(yōu)良的衰減率和轉(zhuǎn)換率。N型是目前主流光伏廠家正在嘗試升級的主要技術路線。

N型組件對比P型組件雖然單價較高，但整體在度電成本上有一定優(yōu)勢，轉(zhuǎn)換效率更高，加上N型的衰減率更小，且N型組件在溫度系數(shù)、背面增益等方面明顯優(yōu)于P型組件。因此，在地面光伏系統(tǒng)中，N型組件，尤其是N型雙玻組件是具有較好的經(jīng)濟和技術優(yōu)勢前景。

因此本次測算采用單片620 Wp的N型雙玻組件。

2.3 逆變器的選擇

并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵設備，必須要選擇性能可靠，效率高的設備。

常見的光伏逆變器結(jié)構(gòu)大體分為：組串式逆變器、集中式逆變器、微型逆變器、集散式逆變器。其中微型逆變器適不適用于本項目，暫不考慮。針對其余三種逆變器類型，進行了比選，詳見表2。

本項目為高速服務區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)，規(guī)模較光伏集中電站較小，且發(fā)電單元分散不集中，集中式逆變器不適合。綜合考慮后，本次測算采用組串式逆變器。

2.4 光伏系統(tǒng)設計

綜合考慮大車泊車安全及光伏陣列架設安全，故擬在服務區(qū)現(xiàn)狀樓棟及小車停車場上架設光伏陣列。光伏停車棚能為司乘游客避免日曬雨淋的空間，給停車棚多加了一層“隔熱層”。同時光伏停車棚外觀極具科技感，又切合環(huán)保主題，是當下新興的交能融合方向的極佳展示平臺。

由于光伏組件和并網(wǎng)逆變器都是可根據(jù)功率、電壓、電流參數(shù)相對靈活組合的設備，本項目采用模塊化設計、安裝施工，根據(jù)前面選定620 Wp單晶硅組件及組串式逆變器，本項目子陣的排布方案如下：

每20/19/18塊為一個組串，每8/9個組串接到一臺110 kW組串式逆變器。多臺逆變器擬直接接入配電房380 V側(cè)新設置的并網(wǎng)柜內(nèi)。

具體裝機容量及方案詳見表3。

2.5 發(fā)電量估算

進行發(fā)電量的估算首先要算出并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率由光伏陣列的效率、逆變器的效率、交流并網(wǎng)效率三部分組成。

其中光伏陣列效率η1綜合遮擋損耗、直流線纜損耗等各項以上各因素后，取組件η1=91.04%；逆變器的轉(zhuǎn)換效率η2綜合逆變器轉(zhuǎn)換的損失、最大功率點跟蹤（MPPT）精度損失等各項以上各因素后，取η2=96.92％；交流并網(wǎng)效率η3綜合電網(wǎng)的傳輸效率和線路損耗等各項以上各因素后取η3=94.11%。

綜上，本項目光伏系統(tǒng)的總效率等于上述各部分效率的乘積，即：

η＝η1×η2×η3=91.04%×96.92％×94.11％=83.03%

根據(jù)組件設計，結(jié)合項目地區(qū)每月日均太陽輻射量數(shù)據(jù)（基于SolarGIS數(shù)據(jù)，以最佳傾角輻照量進行計算），每月實際天數(shù)以及轉(zhuǎn)換效率，依次可以得出每個月的發(fā)電量。每月供電量累加即為年發(fā)電量。組件首年衰減率為1%，逐年衰減率為0.4%。

基于上述數(shù)據(jù)，本次測算共計七對服務區(qū)，總裝機容量為17.998 MWp?？偸啄臧l(fā)電量為1 831.093×104 kW·h，折算首年綜合利用小時數(shù)為1 017.39 h；25年年平均發(fā)電量約為1 742.313×104 kW·h，折算25年年平均綜合利用小時數(shù)為968.13 h，25年總發(fā)電量為43 557.83×104 kW·h。

3 儲能系統(tǒng)及充電樁系統(tǒng)

儲能是新能源微網(wǎng)中的一個重要組成部分，能夠起到提高新能源消納水平的作用。儲能系統(tǒng)一方面可以將白天富裕的光伏發(fā)電儲存后，待到晚上繼續(xù)使用；另一方面還可以在電價谷期充電，峰期放電，實現(xiàn)上網(wǎng)利益最大化［5］，同時能支撐服務區(qū)晚間用電需求，建設零碳服務區(qū)。

但是，由于目前儲能系統(tǒng)的單價仍然較高，且服務區(qū)電費電價的峰谷不明顯，使得在服務區(qū)建設儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益不是很高。通過測算，儲能系統(tǒng)容量按照光伏發(fā)電容量的10%，儲能時長2 h建設，將會延長項目投資回收期約2年。因此從經(jīng)濟性考慮，暫不建設儲能設施，僅預留儲能接口。

近幾年國家大力推行新能源電動車，尤其是近兩年，隨著國產(chǎn)新能源自主品牌的崛起，新能源電動車的保有量和滲透率呈現(xiàn)井噴之勢。到2023年年底，新車銷售的新能源電動車滲透率已經(jīng)幾乎達到了40%。可以預見，到了2024年，新能源電動車滲透率將很快達到50%，也達到一個歷史拐點。

因此，高速公路服務區(qū)充電樁建設對吸引新能源汽車上高速公路，解決新能源車主高速公路充電的后顧之憂，促進新能源汽車推廣使用起到積極作用［6］。以伶俐服務區(qū)為例，圖1為伶俐服務區(qū)逐月用電量曲線圖。由圖1可知，2022年1月充電樁還未投入使用，即隨著2022年年底疫情結(jié)束后，服務區(qū)用電量整體呈現(xiàn)回暖的趨勢，以7月、8月暑假高峰期用電量為高峰值，整體呈增長的趨勢。尤其是充電樁用電更是在常規(guī)用電渡過暑期高峰期呈現(xiàn)下降趨勢的情況下，依舊保持增長的態(tài)勢?？梢灶A見，充電樁用電量在服務區(qū)用電量的比重將會越來越高。

4 經(jīng)濟評價

以伶俐、賓陽、新興、鹿寨四對服務區(qū)為例，服務區(qū)內(nèi)白天用電比例約占總用用電量的50%。統(tǒng)計服務區(qū)用電量與建設分布式光伏的發(fā)電量的數(shù)據(jù)可得到表4的服務區(qū)首年發(fā)電量與服務區(qū)2023年用電量的電度數(shù)據(jù)。

建成后首年，伶俐服務區(qū)、賓陽服務區(qū)、新興服務區(qū)、鹿寨服務區(qū)預計用光伏電量應該分別為166.00×104 kW·h、110.35×104 kW·h、110.11×104 kW·h、80.27×104 kW·h，分別占光伏發(fā)電量的68%、31%，32%，41%?？紤]到光伏建成后發(fā)電量逐年衰減，服務區(qū)用電量，尤其是充電樁用電量會呈逐年遞增的態(tài)勢，因此本項目光伏發(fā)電用電量暫時按照55%自用，45%上網(wǎng)估算。

自用部分占總發(fā)電量的55%考慮，上網(wǎng)部分占總發(fā)電量的45%考慮，根據(jù)服務區(qū)年度用電量及費用可得出服務區(qū)全年平均用電電價為0.75元/kW·h，上網(wǎng)部分電價根據(jù)政策為0.420 7元/kW·h。

綜上，可算出本項目綜合電價為：0.75×55%+0.420 7×45%=0.601 81元/kW·h。

根據(jù)測算，服務區(qū)光伏建設成本靜態(tài)單位投資為3 486.17元/kW/Wp，動態(tài)單位投資為3 546.13元/kW/Wp。資金來源按注冊資本金占總投資的20%，其余80%為貸款融資。貸款利息按市場貸款年利率4.3%計算。

工程概算靜態(tài)投資為6 274.07萬元，動態(tài)投資為6 381.98萬元。按上網(wǎng)電價0.601 81元/kW·h（含稅）下測算項目投資財務內(nèi)部收益率（所得稅前）為11.61%，項目投資回收期（所得稅前）為8.7年；項目投資財務內(nèi)部收益率（所得稅后）為10.24%，項目投資回收期（所得稅后）為9.27年；資本金財務內(nèi)部收益率為23.78%，總投資收益率（ROI）為7.35%，項目資本金凈利潤率（ROE）為24.61%，具備較好的經(jīng)濟性，該項目財務上是可行的。

5 結(jié)語

交通和能源均為國家重要的支柱性行業(yè)，在“碳達峰，碳中和”的時代背景之下，高速服務區(qū)分布式光伏微網(wǎng)方案既能滿足綠色低碳的能源要求，又能滿足高速公路服務區(qū)項目的完善需求。

本文以廣西G72泉南高速公路桂林至南寧段的服務區(qū)為例，介紹了服務區(qū)內(nèi)建設分布式光伏發(fā)電的方案及經(jīng)濟評價，為推進廣西高速公路交能融合的發(fā)展，提供了經(jīng)驗和數(shù)據(jù)支持。通過對新建的光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的測算及經(jīng)濟效益評價，結(jié)果可以表明：在廣西高速公路服務區(qū)建設分布式光伏具有較好的經(jīng)濟效應，可以考慮和推廣分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在廣西高速公路項目沿線設施的推廣和應用。

參考文獻：

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