现今时代，火车已经成为人们一样平常出行和货运的主要体式格局，但许多人其实不知道，那些于铁轨上疾驰的高速列车，其强盛的动力每每来自在数千千米外的某个发电厂，那里发出的电能经由过程输电线，“千里迢迢”地输入铁路体系，如许的铁路被称为“电气化铁路”。
据统计，截至2023年末，我国铁路业务里程已经到达15.9万千米，其电气化率高到达73.8%。然而，这些输往铁路的电能重要以传统能源、出格是火电为主，新能源占比很小。
“云云多的能源耗损不克不及使用新能源，这显然倒霉在我国‘双碳’方针的告竣。”北京交通年夜学电气学院传授吴命利说。
不久前，由北京交通年夜学与国能集团新朔铁路公司实行的“轨道交通‘网—源—储—车’协同供能运用技能研究”工程树模项目顺遂经由过程并网验收，这成了海内首个、世界容量最年夜的漫衍式光伏接入铁路牵引供电体系项目。
两重不不变拦截光电“入局”
对于在将光伏接入铁路的意思，作为该工程卖力人的吴命利有着苏醒的熟悉。
“于我国总体的用电量中，电气化铁路（包孕都会轨道交通）所占的份额其实不算年夜，大抵为1.2%摆布。但若乘以重大的基数，就是一个十分伟大的数字。”吴命利告诉《中国科学报》，今朝天下铁路的耗电量于1000亿度以上。
据统计，1000亿度大抵相称在5000万户家庭一年的用电量，假如全数接纳火电，需要耗损4000万吨煤，其孕育发生的能源耗损和对于情况的影响可想而知。
“相较在老式的蒸汽机车，电气化机车已经经算患上上环保了，但若能将光电、风电等新能源引入，无疑将孕育发生更年夜的环保价值。”吴命利说，于传统的电网供电外增长一种新供电体式格局，这也有助在改良铁路体系对于在高压电网的强依靠。
更主要的是，铁路体系具备着太阳能、风能等新能源发电的自然上风。
吴命利暗示，一条铁线路动辄数百千米，露天开放区段路线绵长，铁路周边空隙也较多，出格是位在西北荒原等地域年夜量铁路，火食稀疏、电网单薄、光照足够，出格合适光伏发电。其孕育发生的电能无需进入高压电网，而是间接进入铁路体系，从而间接消纳可再生能源，并削减了年夜量电能损耗。
既然云云，为什么时至今日，光伏依然被挡于铁路牵引供电体系的“年夜门”以外？
“一个主要缘故原由是光伏发电以及列车用电同时具备不不变性。”吴命利注释说，火车只要于行驶时才需要电能，列车间隙和列车停运时是不需要电能的，这就会给电网孕育发生打击性负荷；同时，光伏、风电等新能源的供应也存于间歇性，也难以如传统电厂支撑的高压电网般不变。
此外，海内电网的电能运送体式格局以三订交流电为主，今朝光伏、风电等可再生能源发电也重要并入三相电力体系，而驱动列车情势的铁路牵引供电体系则是接纳单相高压电，这也致使了以光电为代表的新能源难认为铁路体系所接纳。
铁路光伏运用的差别场景
2021年，吴命利团队与国能集团互助，正式最先摸索将光伏引入铁路体系。
吴命利地点的北京交通年夜学电气学院是我国最早从事新能源研究的机构之一，他本人从事铁路供电研究已经有30年。只管有着深挚的学术堆集，但要霸占这一难题，对于在工程团队来讲也并不是易事。
“于这个工程上，光做理论是不行的。”吴命利说，工程必需要落地，与铁路沿线的现实环境相联合，这要求科研团队必需频仍往来在试验室以及天然前提顽劣的铁路沿线现场。
颠末3年的不懈起劲，该工程终极于国能新朔铁路公司巴准线海勒斯豪南牵引变电所乐成实行。
据先容，这次落地的工程充实哄骗铁路沿线足够的光伏资源禀赋，配备了5兆瓦（MWp）漫衍式光伏以及5兆瓦时（MWh）储能，可于铁路27.5千伏（kV）以及10千伏（kV）两个电压等级实现光伏发电协同消纳，从而实现了轨道交通的“网—源—储—车”协同供能。
“这一工程投运后，估计光伏年发电量可以到达近700万千瓦时（kWh），每一年削减二氧化碳排放5700吨，具有精良经济效益以及情况效益，于制造高程度绿色铁路、提高铁路清洁能源渗入率等方面阐扬树模引领作用。”吴命利说。
值患上一提的是，于该工程中，研究团队共设计了三种差别的光伏运用场景。
吴命利注释说，第一个场景下，光伏供电具有挣脱电网供电，零丁支撑列车自力运转的威力，其意思于在针对于电网单薄的偏远地域，可以不需要接引110kV及以上外部高压电网就可供列车运转；第二个场景则因此电网供电为主，光伏等新能源作为增补，实现差别能源情势间的搭配；第三个场景则是光伏不间接为列车提供能量，而是作为铁路相干配套装备的动力来历。
“铁路光伏的开发运用，必须要思量运用场景，要算经济账，经由过程差别情势的合理搭配，实现能源的最合理化哄骗。”吴命利说。
给传统供电体系“上安全”
相较在已经经开发多年，成熟且不变的传统能源，光伏供电仍属在“新闹事物”，将其运用到铁路这类与人平易近的生命产业保险互相关注的范畴，是否能包管充足的保险？
这些年，不止一小我私家曾经向吴命利提出过这个问题，以至包孕一些业内子士。
对于此，吴命利有着一份本身的理解。
“人们有此种担忧其实不希奇，但即即是这些人，也认可陪同着我国能源布局的调解以及进级，新能源引入铁路体系是年夜势所趋。”吴命利说，将来传统能源的占比必然会愈来愈少，咱们不克不及对于此视若无睹，而是应该早做预备。
至在保险性自己，吴命利暗示，于这一技能充足成熟以前，光伏发电会重要以增补能源供应以及应急能源供应的情势存于。换句话说，铁路光伏的重要作用并不是代替传统电网供电，而是于传统能源以外，增长一份‘安全’，并于传统能源呈现问题时，起到“营救队”的作用。
“从这个角度看，光伏发电不单不会降低铁路供电收集的保险性，反而为其上了一份‘安全’。”吴命利说。
假如这项技能成熟了呢？
“那颇有可能重塑整个铁路供电的布局。”事实上，吴命利团队于继承摸索原有赛道的同时，已经经于思量光伏于铁路体系运用的另外一条赛道——光伏制氢。
他告诉《中国科学报》，今朝氢能源列车已经经成为国际规模内，列车的主要成长标的目的，本年3月，我国首列氢能源市域列车举行了运转实验，并乐成实现了时速160千米满载运转；也是于本年3月，瑞士科研职员已经经实现列车一次加氢后行驶2800千米。
“氢燃料的便携供应无疑是氢能源列车可以或许推广的主要条件，而假如咱们可以经由过程铁路沿线的光伏装备得到充足电能，即可以当场开展光伏制氢，年夜年夜节约氢能的运输和存储成本，这也将是一条布满应战，但远景广漠的‘新疆场’。”吴命利说。
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