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摘 要：为降低铁路电费成本，本文对额哈铁路沿线建设光伏发电项目可行性进行了研究，以期对国内其他铁路线路提供推广价值和借鉴意义。
关键词：额哈铁路 光伏发电 可行性
一、引言
额济纳至哈密铁路经过内蒙古阿拉善、甘肃酒泉马鬃山、新疆哈密地区，线路全长约6289公里。沿线均属于风电和太阳能资源丰富地区，其中光资源属于I、II类区，平均太阳能年总辐射量6400MJ/m2以上，平均年日照时数在3200h以上，适合发展太阳能发电。为降低铁路电费成本支出，本項目拟利用额哈铁路沿线荒漠化土地建设光伏电站，一方面发电量可作为铁路用电的补充电源，另一方面多余发电量上网产生经济效益，基于上述思路论证项目的可行性并提出建议。
二、光伏规划布局
1.可利用土地估算。额哈铁路全长6289km。从路径沿线海拔高度来看，内蒙段海拔在1000～1400m之间，甘肃段海拔在1200～1600m之间，新疆段海拔在800～1000m之间。从路径沿线地形地势来看，内蒙和新疆段比较平坦，建设光伏电站较好。甘肃段多为山地，地形地势相对较差，且有霍德扎德盖、苦水洞、镜儿泉钼矿、460金矿等多处采矿区。额哈铁路沿线路径维度在41～42度，按照最大程度获取光照能量、沿线最大风速以及工程布置经验，光伏阵列面倾角按38～39度考虑，太阳能电池组件初步定为主流组件265～305Wp。根据布置经验，得到布置每1MW光伏阵列，大致需要土地面积约0.03335km2。经过测算，除去落差较大的山地、矿区、保护区等不具备征地条件的区域，额哈铁路沿线可用总长度约320km，按照铁路沿线扩充征地宽度500m、200m、100m、50m考虑，建设光伏电站可利用总面积分别约160km2、64km2、32km2、16km2。可规划光伏容量分别为4798MW、1920 MW、960 MW、480 MW。
2.光伏布置原则。（1）原则上按带状布置，地形条件较好的戈壁滩可以考虑适当拓宽；（2）可以采用铁路单侧布置和双侧布置可以相结合的布置方案；（3）近期优先考虑在有负荷的车站周边布置小型分布式电站。
3.光伏汇集方案。由于额哈线近期采用内燃机牵引方案，用电负荷主要照明、信号灯等，电力电量需求量小，综合考虑电网接入和投资等因素，相对可行的接入点为铁路专用35kV变电站。光伏电站选址于车站和35kV公用变电站附近，采用1MWp单元分散布置，经500kW逆变器和箱式变电站，35kV交流电采用分段干线汇流方案，在35kV专用变电站周边设置35kV开关站和监控站。
三、电力消纳能力分析
额哈铁路沿线共计设置6座35kV专用变电站和1座10kV专用变电站，配变容量共计8375kVA，有功用电负荷约4188kW。年利用小时数按5000h考虑，年消耗电量约2094万kW·h。综合考虑周边电网的接纳能力以及额哈铁路自身的消纳能力，建议沿线建设光伏的消纳方案为：近期规模较小时，优先自发自用，余量上网。远期大规模开发时，优先采用集中式外送，借助特高压直流输电通道外送电力。
四、电网接入及输电方案
1.近期并网方案。近期，额哈铁路为内燃机牵引，没有电气化铁路的接触网，光伏建设的重点区域应该是35kV专用变附近，就近汇集后在35kV专用变的高压侧并网。
2.接入系统方案。方案一：铁路专用变为双电源，建设光伏汇集升压站利用专线上网；方案二：集中大规模开发，建设110kV光伏升压站，汇集升压220/330kV电压等级送出，同时从高电压等级升压站为铁路牵引站供电。
五、铁路与光伏运行特性
1.铁路用电负荷特性。额哈铁路近期用电负荷主要为信号及办公、照明等负荷，负荷特性曲线相对平直，白天出现一个稳定、相对值小的高峰负荷。
2.光伏发电出力特性。晴朗天气光伏电站出力形状类似正弦半波，非常光滑，出力时间在6 点到18 点之间， 中午时分达到最大，而多云天气由于受到云层遮挡，辐照度数据变化大，导致光伏电站出力出现短时间的大幅波动。
3.自发自用典型并网模型。图1为铁路自发自用光伏典型并网模型。可以全部集中上网，也可自发自用、余量上网，根据光伏开发规模不同，供电专线功率方向、大小有所不同。
4.铁路光伏拟合曲线。铁路负荷曲线相对平直，光伏发电出力小于铁路用电负荷时，光伏能够全部被铁路负荷平衡消纳；光伏发电出力大于铁路用电负荷时，对光伏发电出力曲线来讲相当于雪峰作用。测算如果自发自用平衡后，按照发电收益与外购电收益平衡抵消的原则，测算需要等效光伏安装容量为 200MW。如果按光伏月平均出力测算，最大出力为 40%装机容量，平衡铁路负荷的装机容量约为 310MW，外购电收益与发电收益平衡的装机容量约为 500MW。
六、铁路供电安全可靠性论证
1.铁路用电负荷属于一级重要负荷，一旦停电可能造成重大人员伤亡或财产损失。国家电监会<电监安全（2008）43号>文要求：一级重要电力用户具备两路电源供电条件，两路电源应当来自两个不同的变电站，当一路电源发生故障时，另一路电源能保证独立正常供电。
2.供电可靠性技术保证措施。双电源供电，正常运行方式为一主一备运行，母联加装备自投。可以考虑光伏利用备供线路上网。近期，光伏容量较小，可以考虑加装储能装置，解决铁路用电负荷与光伏发电量不匹配的问题。
七、光伏发展形势与政策分析
1. 2014年6月7日，国办发【2014】31号文《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划（2014-2020）年的通知》，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%，天然气达到10%以上，煤炭消费比重控制在62%以内。按照输出和就地消纳并重，集中式和分布式发展并举的原则，加快发展可再生能源，加快发展太阳能发电。有序推进光伏基地建设，同步做好就地消纳利用和集中送出通道建设。到2020年，光伏装机达到1亿kW左右，光伏发电与电网销售电价相当。
2. 2014年12月16日，国能综新能[2014]991号《国家能源局综合司关于做好太阳能发展“十三五”规划编制工作的通知》。各省（区、市）能源主管部门要加强太阳能利用相关资源、发展需求、发展条件等相关研究工作，各地区可根据本地实际情况发展太阳能发电和太阳能热发电，对于光伏电站应提出建设布局，具备条件地区可提出建设50万千瓦以上的光伏电站基地。“十三五”风电和光伏发展规模初步确定，到2020年装机规模分别达到2.5亿kW和1.5亿kW。
3. 光伏电价补贴。对于集中式分为三类太阳能资源区，确定标杆上网电价，高出部分由国家财政承担。电网企业可就光伏电站标杆上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价的部分，申请可再生能源发电补贴资金。对于分布式光伏电站，实行全电量补贴政策，电价补贴标准为0.42元/千瓦时（含税），通过可再生能源发展基金支付给电网企业后转付给发电企业。对于分布式光伏发电系统中自用有余上网的电量，由电网企业按当地燃煤机组标杆上网电价收购。此外，分布式光伏发电系统光伏发电无需缴纳随电价征收的各类基金和附加，以及系统备用容量费和其他相关并网服务费。
八、结语
额哈铁路沿线太阳能资源丰富，具备开发建设光伏电站的条件。鉴于铁路属于公共基础设施，建议争取电价政策补贴，以保证投资收益。并以“铁路沿线征地”和“自发自用、余量上网”名义拿项目，以集中并网方案为主，获得利益最大化。总体来看，电价、建设规模、投资成本对该项目收益影响较大，需要合理确定开发规模。
参考文献：
[1]佟立本.铁道概论.-6版.北京：中国铁道出版社，2012.8.
[2]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术. -2版.北京：电子工业出版社，2013.4.
关键词：额哈铁路 光伏发电 可行性
一、引言
额济纳至哈密铁路经过内蒙古阿拉善、甘肃酒泉马鬃山、新疆哈密地区，线路全长约6289公里。沿线均属于风电和太阳能资源丰富地区，其中光资源属于I、II类区，平均太阳能年总辐射量6400MJ/m2以上，平均年日照时数在3200h以上，适合发展太阳能发电。为降低铁路电费成本支出，本項目拟利用额哈铁路沿线荒漠化土地建设光伏电站，一方面发电量可作为铁路用电的补充电源，另一方面多余发电量上网产生经济效益，基于上述思路论证项目的可行性并提出建议。
二、光伏规划布局
1.可利用土地估算。额哈铁路全长6289km。从路径沿线海拔高度来看，内蒙段海拔在1000～1400m之间，甘肃段海拔在1200～1600m之间，新疆段海拔在800～1000m之间。从路径沿线地形地势来看，内蒙和新疆段比较平坦，建设光伏电站较好。甘肃段多为山地，地形地势相对较差，且有霍德扎德盖、苦水洞、镜儿泉钼矿、460金矿等多处采矿区。额哈铁路沿线路径维度在41～42度，按照最大程度获取光照能量、沿线最大风速以及工程布置经验，光伏阵列面倾角按38～39度考虑，太阳能电池组件初步定为主流组件265～305Wp。根据布置经验，得到布置每1MW光伏阵列，大致需要土地面积约0.03335km2。经过测算，除去落差较大的山地、矿区、保护区等不具备征地条件的区域，额哈铁路沿线可用总长度约320km，按照铁路沿线扩充征地宽度500m、200m、100m、50m考虑，建设光伏电站可利用总面积分别约160km2、64km2、32km2、16km2。可规划光伏容量分别为4798MW、1920 MW、960 MW、480 MW。
2.光伏布置原则。（1）原则上按带状布置，地形条件较好的戈壁滩可以考虑适当拓宽；（2）可以采用铁路单侧布置和双侧布置可以相结合的布置方案；（3）近期优先考虑在有负荷的车站周边布置小型分布式电站。
3.光伏汇集方案。由于额哈线近期采用内燃机牵引方案，用电负荷主要照明、信号灯等，电力电量需求量小，综合考虑电网接入和投资等因素，相对可行的接入点为铁路专用35kV变电站。光伏电站选址于车站和35kV公用变电站附近，采用1MWp单元分散布置，经500kW逆变器和箱式变电站，35kV交流电采用分段干线汇流方案，在35kV专用变电站周边设置35kV开关站和监控站。
三、电力消纳能力分析
额哈铁路沿线共计设置6座35kV专用变电站和1座10kV专用变电站，配变容量共计8375kVA，有功用电负荷约4188kW。年利用小时数按5000h考虑，年消耗电量约2094万kW·h。综合考虑周边电网的接纳能力以及额哈铁路自身的消纳能力，建议沿线建设光伏的消纳方案为：近期规模较小时，优先自发自用，余量上网。远期大规模开发时，优先采用集中式外送，借助特高压直流输电通道外送电力。
四、电网接入及输电方案
1.近期并网方案。近期，额哈铁路为内燃机牵引，没有电气化铁路的接触网，光伏建设的重点区域应该是35kV专用变附近，就近汇集后在35kV专用变的高压侧并网。
2.接入系统方案。方案一：铁路专用变为双电源，建设光伏汇集升压站利用专线上网；方案二：集中大规模开发，建设110kV光伏升压站，汇集升压220/330kV电压等级送出，同时从高电压等级升压站为铁路牵引站供电。
五、铁路与光伏运行特性
1.铁路用电负荷特性。额哈铁路近期用电负荷主要为信号及办公、照明等负荷，负荷特性曲线相对平直，白天出现一个稳定、相对值小的高峰负荷。
2.光伏发电出力特性。晴朗天气光伏电站出力形状类似正弦半波，非常光滑，出力时间在6 点到18 点之间， 中午时分达到最大，而多云天气由于受到云层遮挡，辐照度数据变化大，导致光伏电站出力出现短时间的大幅波动。
3.自发自用典型并网模型。图1为铁路自发自用光伏典型并网模型。可以全部集中上网，也可自发自用、余量上网，根据光伏开发规模不同，供电专线功率方向、大小有所不同。
4.铁路光伏拟合曲线。铁路负荷曲线相对平直，光伏发电出力小于铁路用电负荷时，光伏能够全部被铁路负荷平衡消纳；光伏发电出力大于铁路用电负荷时，对光伏发电出力曲线来讲相当于雪峰作用。测算如果自发自用平衡后，按照发电收益与外购电收益平衡抵消的原则，测算需要等效光伏安装容量为 200MW。如果按光伏月平均出力测算，最大出力为 40%装机容量，平衡铁路负荷的装机容量约为 310MW，外购电收益与发电收益平衡的装机容量约为 500MW。
六、铁路供电安全可靠性论证
1.铁路用电负荷属于一级重要负荷，一旦停电可能造成重大人员伤亡或财产损失。国家电监会<电监安全（2008）43号>文要求：一级重要电力用户具备两路电源供电条件，两路电源应当来自两个不同的变电站，当一路电源发生故障时，另一路电源能保证独立正常供电。
2.供电可靠性技术保证措施。双电源供电，正常运行方式为一主一备运行，母联加装备自投。可以考虑光伏利用备供线路上网。近期，光伏容量较小，可以考虑加装储能装置，解决铁路用电负荷与光伏发电量不匹配的问题。
七、光伏发展形势与政策分析
1. 2014年6月7日，国办发【2014】31号文《国务院办公厅关于印发能源发展战略行动计划（2014-2020）年的通知》，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%，天然气达到10%以上，煤炭消费比重控制在62%以内。按照输出和就地消纳并重，集中式和分布式发展并举的原则，加快发展可再生能源，加快发展太阳能发电。有序推进光伏基地建设，同步做好就地消纳利用和集中送出通道建设。到2020年，光伏装机达到1亿kW左右，光伏发电与电网销售电价相当。
2. 2014年12月16日，国能综新能[2014]991号《国家能源局综合司关于做好太阳能发展“十三五”规划编制工作的通知》。各省（区、市）能源主管部门要加强太阳能利用相关资源、发展需求、发展条件等相关研究工作，各地区可根据本地实际情况发展太阳能发电和太阳能热发电，对于光伏电站应提出建设布局，具备条件地区可提出建设50万千瓦以上的光伏电站基地。“十三五”风电和光伏发展规模初步确定，到2020年装机规模分别达到2.5亿kW和1.5亿kW。
3. 光伏电价补贴。对于集中式分为三类太阳能资源区，确定标杆上网电价，高出部分由国家财政承担。电网企业可就光伏电站标杆上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价的部分，申请可再生能源发电补贴资金。对于分布式光伏电站，实行全电量补贴政策，电价补贴标准为0.42元/千瓦时（含税），通过可再生能源发展基金支付给电网企业后转付给发电企业。对于分布式光伏发电系统中自用有余上网的电量，由电网企业按当地燃煤机组标杆上网电价收购。此外，分布式光伏发电系统光伏发电无需缴纳随电价征收的各类基金和附加，以及系统备用容量费和其他相关并网服务费。
八、结语
额哈铁路沿线太阳能资源丰富，具备开发建设光伏电站的条件。鉴于铁路属于公共基础设施，建议争取电价政策补贴，以保证投资收益。并以“铁路沿线征地”和“自发自用、余量上网”名义拿项目，以集中并网方案为主，获得利益最大化。总体来看，电价、建设规模、投资成本对该项目收益影响较大，需要合理确定开发规模。
参考文献：
[1]佟立本.铁道概论.-6版.北京：中国铁道出版社，2012.8.
[2]杨金焕.太阳能光伏发电应用技术. -2版.北京：电子工业出版社，2013.4.