四川高速公路范围内分布式光伏发电潜力浅析.pdf

doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2023.04.023 四川高速公路范围内分布式光伏发电潜力浅析 艾 犇 1，孟海龙2（1.四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000；2.四川省高速公路建设开发集团有限公司，四川 成都 610000）摘要：基于四川规划建设高速公路里程数据，依托攀枝花至大理高速公路在多场景应用分布式光伏的新发展模式，结合四川各行政区光能资源分布情况和山地、高原、平原、丘陵等地貌特征，探讨 2025 年四川省高速公路通车里程范围内采用分布式光伏设施的发电潜力。在四川西部、东北部光能资源丰富稳定且分布式光伏布设具有一定优势的区域，建议优化整合高速公路和光能资源，统筹规划建设高速公路分布式光伏设施。关键词：交通与能源融合发展；高速公路；分布式光伏；光伏发电 中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）04-0095-05 Analysis on the Potential of Distributed Photovoltaic Power Generation within the Scope of Sichuan Expressway AI Ben1,MENG Hailong2(1.Sichuan Communication Surveying&Design Institute Co.,Ltd.,Chengdu Sichuan 610000,China;2.Sichuan Expressway Construction&Development Group Co.,Ltd.,Chengdu Sichuan 610000,China)Abstract:Based on the mileage data of planned and constructed expressways in Sichuan,relying on the new development model of distributed photovoltaics applied in multiple scenarios on the Panzhihua-Dali Expressway,combined with the distribution of solar energy resources in various administrative regions of Sichuan and the geomorphic characteristics of mountains,plateaus,plains,and hills,explores the potential of using distributed photovoltaics facilities for power generation within the mileage range of expressways in Sichuan Province in 2025.In areas in western and northeastern Sichuan with abundant and stable solar energy resources and certain advantages in distributed photovoltaic deployment,it is recommended to optimize and integrate expressways and solar energy resources,and coordinate the planning and construction of distributed photovoltaics facilities on expressways.Key words:integrated development of transportation and energy;expressways;distributed photovoltaics;photovoltaic power generatio 0 引言 2019 年，中共中央、国务院印发交通强国建设纲要，明确“加速交通基础设施网、运输服务网、能 收稿日期：2023-02-21 作者简介：艾犇（1986-），男，重庆渝中人，工程师，从事绿色低碳交通、交通污染防治工作.（）通讯作者：孟海龙（1988-），男，四川成都人，工程师，从事工程地质勘察工作.（）源网与信息网络融合发展”。2020 年，交通运输部印发 关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见，明确“鼓励在服务区、边坡等公路沿线合理布局光伏发电设施，与市电等并网供电”。2021 年，96 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 中共中央、国务院印发国家综合立体交通网规划纲要，明确“推进交通基础设施与能源设施统筹布局规划建设，充分考虑煤炭、油气、电力等各种能源输送特点，强化交通与能源基础设施共建共享，提高设施利用效率，减少能源资源消耗。”交通与能源融合发展将在未来成为绿色交通发展的新模式，特别是“高速公路+分布式光伏”将具备良好的发展和应用前景。近年来，国内分布式光伏在高速公路上的应用已开展了很多实践，但多是试点性质，规模化的开发应用案例较少。攀枝花至大理高速公路分布式光储项目是“交通全场景友好型”分布式光储项目，将分布式光伏在高速公路多场景进行应用。若在四川省高速公路范围内，推广攀枝花至大理高速公路分布式光储项目的多场景应用模式，同时增加公路沿线边坡分布式光伏，将提高四川光能资源利用率，进一步拓展交通与能源融合发展新路径，为交通绿色低碳发展提供有力支撑。1 四川光能资源与高速公路基本情况 1.1 光能资源分布情况 我国光能资源较为丰富，但区域差异性较大，各地太阳辐射年总量在 9302 333kW h/m2。四川由于东部盆地、西部高原等地貌和气候差异，光能资源分布呈现西高东低趋势，资源分布极为不均。其中，太阳辐射年总量最丰富带主要集中在甘孜部分地区，年总量超过 1 750kW h/m2；很丰富带主要集中在西部地区，年总量在 1 4001 750kW h/m2；较丰富带主要集中在东北部地区，年总量在 1 0501 400kW h/m2；一般带主要集中在中部、东南部地区，年总量低于 1 050kW h/m2。凉山、阿坝、甘孜和攀枝花等地一年中日照时数大于 6 小时的光能资源可利用天数多且较为稳定、大多在 150 至 200 天；其余地区太阳能资源可利用天数少且不稳定，乐山、广元、南充、达州、巴中、资阳、广安和绵阳等地可利用天数在 100 至 150 天，成都、雅安、德阳、遂宁、自贡、宜宾、泸州、眉山和内江等地可利用天数在 100 天以下1-2。1.2 高速公路发展情况 为进一步完善四川高速公路网络，加快构建综合立体交通网，支撑成渝双城经济圈建设，四川省于2022 年发布了四川省高速公路网布局规划（20222035 年）3。规划按照“强化主轴、密实两翼、畅通三带、联动三州”思路，预计到 2035 年四川高速公路布局总规模将达到约 2 万公里，包括 20 条成都放射线、13 条纵线、13 条横线以及 4 条环线、44 条联络线。2022 年底，四川高速公路通车总里程达 9 179 公里。根据四川省公共资源交易信息网高速公路公开招标信息，以及 2023 年四川省在建高速公路项目情况，统计了 G0512 成都至乐山、G42 南充至成都、G5 绵阳至成都等高速公路扩容，苍溪至巴中、九寨沟至绵阳、峨眉至汉源等高速公路，计划 2025 年底前完工的31 个在建项目里程数据。预计 2025 年底，四川高速公路通车里程将新增2 880公里，总里程将达到12 059公里。其中凉山州范围内新增通车里程最多、为 621公里，其次是阿坝州、南充市、乐山市、绵阳市、成都市，新增通车里程在 200 公里至 300 公里之间。行政区高速公路里程如表 1 所示。2 高速公路分布式光伏发展 2.1 国内发展情况 近年来，多地探索开展了分布式光伏在高速公路隧道、服务区、沿线边坡等场景的应用。2014 年，陕西高速集团在十天高速汉中东段茶条岭隧道口建设了 0.1MW 分布式光伏设施，年发电量 15 万kW h。2016 年，江西高速公路分布式光伏发电工程一期项目，以“自发自用、余电上网”模式，在服务区、养护中心等 132 个站点布设分布式光伏，装机容量12.7MW，年发电量约 1 602 万kW h。2021 年，山东高速集团开展山东省首个“高速公路边坡光伏发电项目”，装机容量 2.1MW4-6。2.2 省内发展情况 四川高速公路应用分布式光伏起步较晚，2022 年在攀枝花至大理高速公路建成“交通全场景友好型”分布式光储项目，也是全省首个“绿电自给”试点工程，利用高速公路项目红线范围内闲置用地，建设分布式光伏和储能设施，项目全长约 41 公里，总装机容量 2.33MW，储能设施容量约 316kW h，平均每天发电 1.31 万kW h。该项目在隧道隔离带、服务区、收费站、管理中心等设施建设了分布式光伏及储能设施，如表 2 所示。3 四川高速公路分布式光伏发电潜力分析 3.1 装机容量分析 选取山地、高原、平原、丘陵等地貌的在建、已第 4 期 艾犇等，四川高速公路范围内分布式光伏发电潜力浅析 97 建高速公路项目，分析高速公路的隧道、服务区（含停车区）、收费站、管理用房以及公路沿线边坡等分布式光伏的装机容量，估算不同地貌条件下高速公路每公里分布式光伏的平均装机容量。表 1 四川省 21 个市（州）行政区高速公路通车里程 Tab.1 Expressway mileage in 21 cities(prefectures)and administrative districts in Sichuan Province 行政区 2022 年底通车里程/公里 2025 年底估算通车里程/公里 新增通车里程/公里 涉及高速公路项目 成都 1 248 1 470 222 G0512 成都至乐山扩容、G42 南充至成都扩容、G5 绵阳至成都扩容、天府新区至邛崃 自贡 277 297 20 自贡至隆昌高速连接线 攀枝花 231 258 27 G4216 宁南至攀枝花 泸州 575 614 39 泸州古蔺至金沙 德阳 359 418 59 G5 绵阳至成都扩容 绵阳 546 769 223 G5 绵阳至成都扩容、G5 广元至绵阳扩容、G8513 九寨沟至绵阳、绵阳至苍溪、广元至平武 广元 464 636 172 G5 广元至绵阳扩容、苍溪至巴中、绵阳至苍溪 遂宁 386 467 81 G42 南充至成都扩容、南充至潼南 内江 358 463 105 内江至大足、铜梁至资中、资中至乐山 乐山 448 662 214 G0512 成都至乐山扩容、乐山至西昌、G4216 仁寿经沐川至屏山新市、资中至乐山 南充 570 818 248 G42 南充至成都扩容、南充城市过境高速北段、阆中至营山 眉山 460 467 7 G0512 成都至乐山扩容 宜宾 517 629 112 宜宾至威信、G4216 屏山新市至金阳 广安 436 453 17 镇广高速通江至广安段 达州 534 640 106 镇广高速通江至广安段、开江至梁平 雅安 377 430 53 峨眉至汉源、泸定至石棉 巴中 419 546 127 苍溪至巴中、镇广高速通江至广安段 资阳 378 443 65 铜梁至资中 阿坝 221 503 282 G8513 九寨沟至绵阳、G0615 青海久治至马尔康 甘孜 45 125 80 泸定至石棉、G4218 康定至新都桥高速康定过境段 凉山 330 951 621 乐山至西昌、G4216 屏山新市至金阳、G4216 金阳至宁南、G4216 宁南至攀枝花、G7611 昭通至西昌 表 2 攀枝花至大理高速公路分布式光伏及储能设施一览表 Tab.2 List of distributed photovoltaic and energy storage facilities on Panzhihua-Dali Expressway 设施 类型 名称 布设位置 分布式光伏装机容量/MW 储能系统功率和容量/（kW，kW h）隧道 总发隧道 周边空地 0.044 中坝隧道 中央隔离带 0.174 平洞隧道 周边边坡 0.130 半边街隧道 周边边坡、空地 0.199 服务区 攀枝花南服务区 停车棚、建筑屋顶、周边边坡 0.309 30/86 收费站 攀枝花南收费站 建筑屋顶 0.057 中坝收费站 停车棚、建筑屋顶、周边边坡 0.661 120/230 太平收费站 停车棚、建筑屋顶、周边边坡、空地 0.365 管理区 攀大高速管理中心 停车棚、建筑屋顶 0.391 合计 2.33 （1）设施装机容量。由于攀枝花至大理高速公路各类设施装机容量受周边场地可布设面积影响较大，对各类设施平均装机容量进行估算。其中，隧道设施为中坝、平洞、半边街等 3 个隧道平均值，0.168MW；服务区和管理中心为 0.350MW；收费站在排除利用周边边坡、空地等特有情况右，为 0.057MW；由于停车区较服务区可布设面积相对较小，停车区取服务区的40%，装机容量为 0.140MW。不同地貌条件下，服务区、管理中心等同类型设施的用地、可布设分布式光伏面积基本相同，以攀枝花至大理、久治至马尔康、德阳至都江堰、资中至乐山高速公路设施数量，估算山地、高原、平原、丘陵地貌高速公路相关设施每公里平均装机容量。（2）边坡装机容量。由于公路沿线边坡的朝向、坡度等因素对光伏发电能效有直接影响，选用南向、方位角在偏东 50至偏西 50范围内，可布设 100 块以上 375Wp光伏组件的路堤边坡进行装机容量测算，375Wp光伏组件的尺寸约为长 2m、宽 1m，每万平方米装机容量约为 1.875MW；该类边坡坡度约 30，光伏组件铺设间距约 1m，光伏组件铺设较为密集、朝向较好，发电能效较好7。以攀枝花至大理等 4 条高速公路数据，估算不同地貌条件下高速公路平均每公里符合上述要求的路堤边坡面积，山地、高原、平原、98 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 丘陵分别约为 0.012 万 m2、0.101 万 m2、0.138 万 m2、0.112 万 m2。各行政区高速公路沿线各个朝向的边坡比例基本一致，在南向偏东 50至偏西 50的边坡约占28%。考虑到边坡光伏组件布设受边坡形状、地貌遮挡光照等因素影响，暂估山地、高原、平原、丘陵地貌公路沿线边坡光伏组件铺设面积为该类边坡面积的 65%、80%、90%、80%。根据以上分析，山地、高原、平原、丘陵地貌高速公路每公里分布式光伏平均装机容量分别为0.053MW、0.182MW、0.249MW、0.186MW。如表 3所示。表 3 不同地貌区域高速公路每公里分布式光伏平均装机容量 Tab.3 Average installed capacity of distributed PV per kilometer of expressways in different geomorphological areas 地貌类型 山地 高原 平原 丘陵 类比项目名称 攀枝花至大理 久治至马尔康 德阳至都江堰 资中至乐山 长度/公里 41 219 92 93 桥隧比/%78 42 30 37 设施装机容量 隧道/座（0.168MW/座）4 20 0 0 服务区/个（0.350MW/个）1 4 2 2 停车区/个（0.140MW/个）0 3 0 0 管理中心/个（0.350MW/个）1 3 0 1 收费站/个（0.057MW/个）3 6 13 9 每公里平均装机容量/MW 0.038 0.03 0.016 0.017 边坡装机容量 路堤边坡面积/万 m2 1.69 79.04 45.23 37.29 每公里符合要求路堤边坡面积/万 m2 0.012 0.101 0.138 0.112 每公里光伏组件铺设面积/万 m2（1.875MW/万 m2）0.008 0.081 0.124 0.090 每公里平均装机容量/MW 0.015 0.152 0.233 0.169 每公里平均装机容量合计/MW 0.053 0.182 0.249 0.186 结合地貌特征，基于攀枝花至大理高速公路分布式光储项目模式和边坡，以及 2025 年各行政区高速公路通车里程进行测算，全省高速公路分布式光伏装机容量可达 1 825.73MW，具体如表 4 所示。3.2 发电潜力估算 根据四川光能资源分布情况，各行政区一年中的可利用光能资源发电天数取一年日照时数大于 6 小时天数进行估算，其中太阳辐射年总量最丰富带和很丰富带的凉山、阿坝、甘孜和攀枝花等地取 150 至 200天，较丰富带的乐山、广元、南充等地取 100 至 150天，一般带的成都、雅安、德阳等地取 50 至 100 天。结合各行政区高速公路分布式光伏装机容量和年可利用发电天数（日照时数每天 6 小时），经测算，各行政区年发电量具体如表 5 所示。表 4 各行政区高速公路分布式光伏装机容量 Tab.4 Installed capacity of distributed photovoltaic on expressways in each administrative region 行政区 地貌主要类型 2025 年底估算通车里程/公里 每公里平均装机容量/MW 装机容量/MW 成都 平原 1 470 0.249 366.03 自贡 丘陵 297 0.186 55.24 攀枝花 山地 258 0.053 13.67 泸州 山地 614 0.053 32.54 德阳 丘陵 418 0.186 77.75 绵阳 丘陵 769 0.186 143.03 广元 山地 636 0.053 33.71 遂宁 丘陵 467 0.186 86.86 内江 丘陵 463 0.186 86.12 乐山 山地 662 0.053 35.09 南充 丘陵 818 0.186 152.15 眉山 丘陵 467 0.186 86.86 宜宾 丘陵 629 0.186 116.99 广安 丘陵 453 0.186 84.26 达州 山地 640 0.053 33.92 雅安 山地 430 0.053 22.79 巴中 山地 546 0.053 28.94 资阳 丘陵 443 0.186 82.40 阿坝 高原 503 0.182 91.55 甘孜 高原 125 0.182 22.75 凉山 高原 951 0.182 173.08 合计 12 059 1 825.73 表 5 各行政区高速公路分布式光伏年发电量 Tab.5 Annual distributed photovoltaic power generation of expressways in each administrative region 行政区 装机 容量/MW 光能资源类型 年可利用天数低值/天 年可利用天数高值/天 年发电量低值/万kW h 年发电量高值/万kW h 成都 366.03 一般带 50 100 10 980.9 21 961.8 自贡 55.24 一般带 50 100 1 657.2 3 314.4 攀枝花 13.67 很丰富带 150 200 1 230.3 1 640.4 泸州 32.54 一般带 50 100 976.2 1 952.4 德阳 77.75 一般带 50 100 2 332.5 4 665.0 绵阳 143.03 较丰富带 100 150 8 581.8 12 872.7 广元 33.71 较丰富带 100 150 2 022.6 3 033.9 遂宁 86.86 一般带 50 100 2 605.8 5 211.6 内江 86.12 一般带 50 100 2 583.6 5 167.2 乐山 35.09 较丰富带 100 150 2 105.4 3 158.1 南充 152.15 较丰富带 100 150 9 129.0 13 693.5 眉山 86.86 一般带 50 100 2 605.8 5 211.6 宜宾 116.99 一般带 50 100 3 509.7 7 019.4 广安 84.26 较丰富带 100 150 5 055.6 7 583.4 达州 33.92 较丰富带 100 150 2 035.2 3 052.8 雅安 22.79 一般带 50 100 683.7 1 367.4 巴中 28.94 较丰富带 100 150 1 736.4 2 604.6 资阳 82.40 较丰富带 100 150 4 944.0 7 416.0 阿坝 91.55 很丰富带 150 200 8 239.5 10 986.0 甘孜 22.75 最丰富带 150 200 2 047.5 2 730.0 凉山 173.08 很丰富带 150 200 15 577.2 20 769.6 合计 1 825.73 90 639.9 145 411.8 注：年可利用天数的日照时数按照每天 6 小时测算。第 4 期 艾犇等，四川高速公路范围内分布式光伏发电潜力浅析 99 3.3 发电潜力评价 根据以上数据，凉山、阿坝、甘孜和攀枝花等地借助丰富、稳定的光能资源，在通车里程、装机容量仅占全省 15.23%、16.49%条件下，年发电量达全省25%以上；处在光能资源较丰富带的乐山、广元等地，通车里程、装机容量为全省的 41.19%、32.51%，年发电量达全省 37%左右；处在一般带的成都、雅安等地，通车里程占全省 43.58%，装机容量占全省的 51.00%，年发电量与光能资源较丰富带地区相当，约占全省34%左右。3.4 发电效益分析 目前，已建成高速公路在运营过程中，每公里年平均耗电量约 10.91 万kW h。到 2025 年，1.2 万公里高速公路年平均耗电量约 130 920 万kW h，全省高速公路分布式光伏年平均发电量在 90 639.9145 411.8 万kW h，基本满足高速公路隧道、服务区等日常能耗需求。在发电量高值情形下，若将多余电能上网销售，按照四川分布式光伏上网电价（约 0.4 元/kW h），销售额约 5 800 万元。在增加储能设施，加强光伏发电峰值与低谷能源调控能力的情况下，余电上网销售量将进一步增加。3.5 环境效益分析 高速公路分布式光伏主要布设在设施建筑屋顶、停车棚、公路沿线边坡空地等用地红线内，不需额外新增建设用地，可以极大整合公路沿线闲置资源，有效提高土地资源利用率。由于相关光伏设施均布设在高速公路用地范围内，光伏组件等相关设备和材料可利用在建公路进行运输，同时场地、边坡等平整工作均可在公路土建阶段一并完成，无须额外新增施工便道、开展场地平整等工作，可减少对周边环境的扰动。相较于传统集中式光伏电站，分布式光伏在土地资源利用和建设施工阶段等方面具有一定优势。4 结语 综合以上内容，光能资源最为丰富的四川西部地区高速公路分布式光伏设施发电潜力较大，东北部地区次之；同时，高原、平原、丘陵地貌的高速公路可布设分布式光伏区域较多，相较于山地地貌在装机容量方面也具有一定优势。在四川光能资源丰富和可布设分布式光伏相对优势地貌区域，依托四川高速公路项目用地红线范围内建筑屋顶、空地、停车场、边坡等，统筹规划建设分布式光伏和储能设施，进一步优化资源配置，推动四川高速公路分布式光伏开发，不仅符合国家新型基础设施建设政策，而且可以降低高速公路运营成本，提高土地、光能资源利用水平，促进交通与能源融合发展，有效支撑交通基础设施绿色转型和高质量发展。参考文献：1 孙丽平,方敏,宋子恒,等.我国太阳能资源分析及利用潜力研究J.能源科技,2022,20(5):9-14+18.2 钟燕川,马振峰,徐金霞,等.基于地形分布式模拟的四川省太阳能资源评估J.西南大学学报,2018,40(7):115-121.3 四川省交通运输厅.四川省高速公路网布局规划(20222035年)EB/OL.(2022-03-01)2023-02-21http:/ 李义,刘志胜.高速公路沿线发展分布式光伏发电项目可行性研究J.科技与创新,2022(4):173-176.5 翁广良,柳海龙.分布式光伏发电在江西高速公路运营全系统中的探索与应用J.公路交通科技,2017(11):297-300.6 蔡玮.“光伏+高速公路”新能源开发方案探讨J.新能源系统与设备,2022(18):39-40+43.7 姚丹.复杂地形区域内光伏阵列布置方案优化J.新能源系统与设备,2022(4):55-57