G7京新高速公路金盆湾隧道分布式光伏智慧化管控与低碳供能项目

　　一、 总体介绍

　　本项目由内蒙古高速实业有限责任公司、内蒙古交通集团有限公司、内蒙古蒙马合源电力工程有限公司于 2024 年 5 月至 12 月共建，位于内蒙古乌兰察布市察右中旗 G7 京新高速金盆湾隧道西侧出口上下行隔离带，占地 1.5 万㎡。该区域属高寒地带，冬季极端低温达 - 30℃，年积雪期超 150 天。

　　项目响应国家 “双碳”与交通能源融合政策，利用高速公路闲置土地，采用耐低温设备适配高寒环境，匹配隧道用电负荷，旨在破解土地浪费、市电依赖成本高、绿电供应不足等问题，打造 “源网荷储一体化” 交能融合智慧示范项目，还获 1 项《智慧高速隧道检测软件》软件著作权及 2025 年中国公路学会交能融合创新案例

　　二、 主要做法

　　(一)主要技术路线 / 工艺流程

　　本项目以“隧道智慧化运营 + 低碳供能”为核心目标，围绕“光伏-储能-隧道管控” 三大体系构建技术路线，重点聚焦光伏棚洞与隧道系统的深度融合，形成全流程协同的技术方案。

　　1.分布式光伏系统

　　(1)组件选型与阵列设计

　　项目选用N 型单晶双面 610Wp 光伏组件，该组件单晶硅电池效率达 26%，组件转换效率 23.2%，双面发电增益 15%-20%，抗遮挡能力较传统组件提升 30%，可适配隧道周边零星树木遮挡的环境。阵列安装倾角经二次优化确定为 30°，此角度下光伏区域年发电量最大，且不会对过往车辆造成眩光干扰，行列间距按当地冬至日最小日照间距设计，杜绝组件间遮挡损耗。

　　(2)逆变器配置与并网流程

　　配置 5 台150kW+1台50kW 组串式逆变器，支持多路 MPPT，可独立跟踪不同组串的最大功率点，减少因组件差异或局部遮挡导致的发电量损失。直流侧组件串联成组串接入逆变器，转换为 0.4kV 交流电后，经 800kVA 光伏专用箱式变压器升压至 10kV，接入隧道 10kV 配电室母线，实现“自发自用、全额消纳”，配电系统中加装防逆流保护装置，杜绝电能向电网倒送，符合电网运行规范。

　　2.储能系统

　　采用箱式一体化储能方案，配置 630kW/1260kWh 磷酸铁锂电池储能系统，由“1 台逆变一体储能变流升压一体机 + 2 套磷酸铁锂电池箱 + 1 套能量管理系统(EMS)”构成，具体流程如下：

　　储能充放电控制：EMS 系统实时采集光伏发电功率、隧道用电负荷、电网电价等数据，动态调整充放电策略 —— 光照充足时，光伏出力大于隧道负荷，多余电能优先存入储能;光照不足或负荷高峰时，储能系统快速放电，补充电力缺口;电网低谷时段若储能不足，自动从电网补能，降低用电成本。

　　安全保障设计：电池舱采用 CORTENA 标准海运钢材，具备 IP65 防护等级，防火、防水、抗震性能达标，设计寿命≥25年;温控系统通过工业空调与定制风道，将电池温度稳定在 23±5℃，避免低温容量衰减或高温热失控;消防系统采用“七氟丙烷气体灭火 + 水消防备用”，搭配高灵敏度火情传感器，可早期定位热失控部位，10 秒内启动灭火，同时通通讯将信号上传至隧道消防监控主机，实现远程监控。

　　3.光伏棚洞集成

　　作为项目核心场景创新，光伏棚洞设置于金盆湾隧道进出口，采用“钢结构支架 + 光伏组件” 一体化设计，聚焦“安全减光 + 绿电供应” 双重功能：

　　创新设计“光伏棚洞”：在隧道进出口设置光伏棚洞，既通过遮光效应解决车辆进出隧道的 “黑白洞效应”,又保障组件获得充足光照;棚洞两侧设置防护栏与排水槽，防止雨水渗入隧道或影响车辆通行。

　　电力与隧道联动：棚洞光伏组件通过独立组串接入地面逆变器，发电优先供给隧道入口照明系统，多余电能汇入隧道配电母线或存入储能;棚洞顶部加装视频感知摄像头，与隧道视频监控系统联动，实时监测车辆通行状态，若发现车辆低速、停车等异常，立即触发情报板预警，形成 “遮光 - 供电 - 监控” 一体化闭环。

　　4.隧道智慧化管控

　　以 “1个集成化管控平台+7个智慧子系统”为框架，实现光伏、储能与隧道设备的协同管控：

　　集成化管控平台：基于数字孪生技术搭建，整合 GIS 地图与隧道三维模型，实时接入光伏出力、储能、隧道设备(照明、通风、消防)运行数据，通过“调控 - 监控”一体化界面，实现 “数据采集 - 分析 - 决策 - 执行” 全流程自动化。

　　视频感知子系统：隧道内每 50m 布设 1 台高清摄像头，事件检测准确率≥95%，可识别行人闯入、车辆低速、抛洒物等异常，误报率≤5%，交通参数(车流量、车速)综合检测率≥95%，数据通过光纤环网传输至平台，latency≤200ms;

　　分布式控制子系统：通过光纤环网构建控制网络，支持 ModbusTCP 协议，I/O 线缆用量减少 80%-90%，维护时工作人员通过手持终端NFC 技术直连设备，实现分钟级故障定位;

　　二、解决的主要问题及解决方案

　　1.解决的主要问题

　　(1)金盆湾隧道西侧出口上下行隔离带长期闲置，土地资源利用率低;年用电量大，运营成本高，且碳排放量大，不符合“双碳”要求。

　　(2)传统隧道进出口无有效遮光措施，车辆进出时因光照强度骤变，驾驶员易出现视觉冲击，事故风险升高。

　　(3)传统隧道设备(照明、通风、消防)分属不同系统，无联动管控，数据孤岛严重;设备故障依赖人工巡检，故障发现时间长，处置需跨部门协调，响应效率低，影响隧道运营安全。

　　(4)光伏系统管理低效问题：传统项目监控与调控割裂、数据孤岛，提升运维与能源利用效率。

　　2. 解决方案

　　(1)闲置土地激活：利用隔离带建设分布式光伏，采用 “地面光伏 + 进出口棚洞”布局，不占用耕地或建设用地，提高土地利用率，实现 “交通用地 + 能源用地” 复用，同时利用光伏发电，减少碳排放。

　　(2)光伏棚洞减光：通过棚洞组件遮光，缩短驾驶员视觉适应时间，事故风险降低60%;棚洞光伏直接为入口照明供电，搭配自适应调光技术，照明能耗降低 25%-30%;同时棚洞视频监控与照明联动，夜间若检测到车辆通行，自动提升照明亮度，无车时降低亮度，进一步节能。

　　(3)集成化管控：将光伏、储能、隧道设备数据整合至同一平台，实现“数据全融合、控制全联动”。

　　(4)构建“调控 - 监控”双平台一体化可视化系统，通过数据全融合与控制全联动，提升系统运维效率及能源利用精度，有效破解传统光伏项目中监控与调控功能割裂、数据孤岛突出、响应效率低下的痛点。

　　三、 取得成效

　　(1)分布式光伏低碳减排成效显著：年减排 CO₂1150.8t、SO2 3.22t、灰渣 167.23t;25 年累计发电 3759.19 万 kWh，年均节省电费120 万元，彻底替代隧道传统市电高碳供能。

　　(2)光伏棚洞实现 “安全 - 供能”双突破：隧道进出口光伏棚洞通过 60%-70% 遮光率，解决“黑白洞效应”，降低事故风险;棚洞光伏优先为入口照明供电，搭配自适应调光技术，照明能耗降低 25%-30%。

　　(3)智慧管控提效降本明显：集成化管控平台让隧道管理从 “分散”转 “一体化”，运营决策效率提升 40%;分布式控制器替代传统 PLC，故障定位从 “小时级”缩至“分钟级”，年均运维成本降低 60%。

　　(4)先进示范效应突出：①国家“双碳”实践样板，为全国能源转型提供可复制经验;②契合内蒙古“十四五”能源规划，助力建设国家现代能源经济示范区;③创新利用 15000㎡高速闲置隔离带和隧道棚洞，开创“交通基础设施 + 新能源”土地利用新模式。④荣获2025年全国交通与能源融合创新案例。