上海轨道交通北翟路基地绿化屋顶分布式光伏示范项目

　　一、 项目背景

　　1.1 国家“双碳”战略要求

　　2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”这意味着中国作为世界上最大的发展中国家，将完成全球最高碳排放强度降幅，用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和，习近平总书记的庄严承诺掷地有声。随着“十四五”规划纲要发布，碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局和绿色低碳循环经济发展的全面推行，这一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，已经在广袤的神州大地上揭开了序幕。

　　在如何解决全球气候变暖这个全人类共同面临的问题方面，习近平总书记多次强调了中国的节能减排目标和贡献，在第二届联合国全球可持续交通大会开幕式上提出了“要加快形成绿色低碳交通运输方式，加强绿色基础设施建设，推广新能源、智能化、数字化、轻量化交通装备，鼓励引导绿色出行，让交通更加环保、出行更加低碳。”

　　1.2 地铁节能要求

　　城市轨道交通是大容量公共交通基础设施，是城市引导承载绿色低碳出行的骨干交通方式。当前城市轨道交通用能来源基本为市政供电，基于我国火力发电占比仍居高的现状，大力发展分布式新能源应用，优化能源结构，降低总体耗能是轨道交通践行节能减碳的措施。因此如何优化轨道交通能源结构、应用可再生绿色能源以及如何从全轨道交通场景节能降碳是当今行业需要回答的主要问题。

　　申通地铁作为全国城市轨道交通行业领头羊，率先破局。截止2024年底，上海轨道交通全网络运营里程896公里，运营线路共21条，车站517座，其中市域机场线1条，车站7座，网络规模进一步扩大。日均客流超1100万乘次，公共交通出行分担率高达70%以上。2024年全年用电总量达到29.15亿度，占全上海社会用电总量的1.55%，是城市电网的重要用户和重要负荷。

　　1.3 地铁+光伏的可行性

　　作为重大的能源需求方，申通地铁低碳发展与清洁能源应用息息相关，能源的绿色升级将为地铁减排降碳提供巨大潜能。申通地铁立足自身，深入挖潜，充分利用地铁车辆基地屋顶资源，率先布局光伏发电产业，开发清洁能源。

　　通过研究发现，申通地铁发展“轨道交通+光伏”模式，具备两个得天独厚的优势：(一)申通地铁拥有丰富的屋顶资源，这些屋顶资源的空间特征非常适合光伏组件的安装条件。(二)轨道交通能耗总量巨大，光伏发电的时间特征与地铁运营用电的时间特征高度吻合，为光伏电力就地消纳提供了最优质的保证。

　　从既有的实践案例来看，申通地铁光伏电力几乎全部被消纳，具备可复制推广的显著经济效益特征。光伏发电技术与城市轨道交通相结合，不仅是响应国家节能减排、“双碳”战略目标的号召，也是降低城市轨道交通运营成本的需要，同时也可在社会中起到良好的示范作用，凸显“绿色轨道交通”的新理念。

　　二、 主要做法

　　截止2024年年底，新能源公司投资运营的分布式光伏电站累计突破62.4MW，预计年均产生绿色电能将超6500万度，年均二氧化碳减排量约27300吨，年均节约标煤约18185.7吨。可源源不断为地铁列车提供绿色清洁电能，装机容量目前在全国轨道交通领域排名第一，光伏工程示意图如图1所示。

　　图1申通地铁分布式光伏工程示意图

　　其中2023年部分新建光伏项目如图2所示。

　　图2 北翟路基地绿化屋顶光伏项目实景图

　　北翟路基地主要利用2号线运用库绿化屋顶安装光伏组件，安装峰值功率为580Wp的N型高效单晶硅双面光伏组件3620块，装机容量约2.1MWp。采用300kW组串式逆变器7台，逆变器输出电压为800V，经过1台2500kVA升压变压器升压至33kV，以1回33kV线路接至2号线混变所内33kV配电装置室33kV I段母线端，基地负荷优先消纳光伏发电量，多余电量倒送到地铁高压环网，可源源不断为地铁列车提供绿色清洁电能。

　　根据长宁区建管委协调会会议要求，要积极探索绿化与光伏共生的创新生态文明发展模式，要求该项目不减少立体绿化面积，并确保存活。因此，本项目对光伏阵列内原绿化品种进行调整，调整为喜阴的麦冬草约14400㎡，并对既有喷灌系统设施进行改造。同时委托专业的绿化单位进行2年的养护。

　　主要创新点：

　　为推进项目的高质量建设，提高整体发电效率，保证电站稳定可靠运行，确保轨道交通供电可靠性，促进分布式光伏在轨道交通行业的推广应用，采取了以下创新点：

　　(1)采用N型双面发电组件

　　北翟路绿化屋顶项目是在不破坏基地内地铁2号线运用库屋顶原有绿化面积基础上，架高加装光伏发电系统，是“绿色地铁+绿化屋顶+绿色发电”叠加应用的上海首创模式，项目建设规模2.1MWp，也是长宁区分布式光伏发电单体最大的项目。采用的N型高效单晶硅双面光伏组件，具备“三高四低”多重技术优势，具备高效率、高发电量、高双面率、低衰减、低温度系数、低BOS、低LCOE。得益于N型电池性能结构，N型组件的双面率最高可以达到85%。由于光伏阵列下方生长的绿化引起太阳光的反照，实现双面光电转换功能，增加电池受光面积，N型高双面率带来的发电增益约为5%。

　　(2)完善优化并网开关逻辑设计

　　轨道交通供电系统有着很高的可靠性要求。光伏系统于变电所某段母线并网，增加光伏并网开关，相对轨道交通供电网络系统来说，即增加了一个故障点。光伏系统提供的光伏电力，是作为轨道交通供电网络系统中的一种电力补充，但并非运营必须部分。因此，为了避免在极端情况下(例如在并网点所在母排单一供电时，光伏系统又发生故障导致全站失电)光伏系统故障导致影响地铁运营的事件发生，在并网开关位置设计增加了与变电所两段母线进线开关之间的连跳和闭锁逻辑功能，最大程度的保证轨道交通供电系统的可靠性不因安装光伏系统而有所降低。

　　图3 北翟路基地光伏并网开关逻辑图

　　(3)采用自带高安全性AFCI检测功能和智能IV曲线扫描功能的光伏逆变器

　　轨道交通基地光伏系统应用了具备在线智能IV诊断功能的并网光伏逆变器，可在系统设备运行过程中，在线实时进行光伏方阵的IV检测，并自动生成光伏电站的TV曲线诊断报告，用以评估光伏方阵状态、排查定位故障组串，为系统运维提供了方便、快捷的诊断手段，增强了故障识别及定位的时效性。在电站IV诊断过程中，无需停用设备，保证了电站的发电量不受影响，提高了经济效益。

　　同时，诊断报告还将针对发现的问题提供专业的、有针对性的处理指导建议，以便运维人员参考执行相关检修维护工作，及时消除隐患问题，提高电站的发电性能及安全性。

　　图4 光伏方阵IV测试图

　　(4)建立光伏方阵与光伏组串映射关系

　　以北翟路基地为例，共有3620块单晶硅光伏组件，每24块或26块组件串联成一个光伏组串，共计143串。常规分布式光伏电站，由组串式光伏并网逆变器自身的组串故障检测功能向光伏监控后台发送组串故障信息，该信息仅包含逆变器编号信息和组串编号信息，运维人员获取该信息后，前往电站现场进行检修时，往往会因为电站规模较大，不容易快速对故障组串进行定位，降低组串故障排除时效性。

　　为了方便运维人员可以在屋面上快速定位故障光伏组串的位置，对屋面光伏方阵按照一定的规律(从南到北按照英文字母顺序，从东到西按照数字顺序)进行方阵编号，在屋面现场光伏方阵位置采用油漆涂刷的方式做好现场标记。同时对光伏方阵与光伏组串进行对应，建立映射表，并将映射关系纳入光伏监控系统。在系统检测到光伏组串故障时，在上报组串信息的同时，根据建立的光伏方阵与光伏组串的映射关系，推送组串对应的方阵编号信息。运维人员根据推送的方阵编号信息、组串编号信息，结合项目屋顶现场的方阵编号和组串编号，即可更加快速的定位故障组串位置，提高排除故障的效率。

　　三、 取得成效

　　3.1 节能降碳效益

　　本项目装机容量约2.1MWp，于2023年12月9日正式并网发电。2024年首年发电量为261.5万kWh，年减排二氧化碳1098.30吨，年节约标煤731.62吨。预计25年寿命周期内累计发电量约6162.76万kWh，累计减排二氧化碳约25883.59吨，累计节约标煤约17242.17吨。

　　3.2 经济效益

　　本项目总投资约1106万元，资本金约331万元，银行贷款约775万元。按电费单价0.72元/kWh，年均发电量246.51万kWh计算，年均电费收入约177.49万元。

　　经测算，本项目内部收益率约为15.6%，静态回收期约为10.42年，动态回收期为11.33年。

　　3.3 社会效益

　　本项目积极探索绿化与光伏共生的创新生态文明发展模式，在保持原有绿化面积的基础上，通过架高并加装光伏发电系统创新应用了“绿色地铁+绿化屋顶+绿色发电”的上海首创模式。

　　本项目受到多家媒体的高度关注和正面报道，营造了良好的社会氛围。项目的实践不仅证明了绿化与光伏发电可以和谐共生，也对城市中心区域如何通过高效利用空间实现低碳目标起到了积极的示范作用。

　　图5媒体宣传截图

　　四、 下一步工作打算

　　1. 健全绿色标准体系，提高节能降碳要求

　　为了树立行业结构性减排典范，申通地铁制定行业绿色标准《城市轨道交通高比例新能源接入系统的建设规划导则》，进一步提高节能降碳要求，优化技术评价体系，加快绿色成果转化的重点任务。

　　2. 加强光伏项目开发，推广清洁能源利用

　　进一步拓宽光伏发电应用场景，充分利用地上车站、出入口、停车场、车辆段的建筑屋顶、立面、车棚顶面及地面线路轨旁开阔地等场地资源，推进光伏发电项目建设，提高光伏发电与地铁运营用电需求匹配度。加强光伏产业的精细化和专业化管理，结合新能源市场需求，扩大光伏运维规模。探索光伏发电与建筑一体化应用，用光伏板替代部分建筑材料，将光伏能源设施与大修改造建筑、绿色景观规划相结合，实现双重效益。

　　3. 参与碳排放权交易，完善信息公开机制

　　积极探索城市轨道交通参与碳排放权市场交易的方式，加强以轨道交通碳排放交易为核心的相关技术与政策研究。参与交易市场发展讨论，提出碳配额计算方法和碳交易配额分配方案的合理化建议，探索城市轨道交通碳资产管理办法。

　　总结：

　　目前，我国光伏发电技术已经十分成熟，其综合优势也日益显著。“地铁+光伏”践行了绿色低碳发展理念，具有显著的经济效益和社会效益，推动申通地铁能源低碳转型，为绿色低碳可持续发展注入新的动力，同时也为实现“双碳”目标做出了积极贡献。

　　未来，光伏组件的转换效率还将得到提高，同时成本也会降低，从而提升整个系统的性能。借助大数据、云计算等现代信息技术手段，实现智能化的运维管理，提高系统的稳定性和可靠性。另外，结合储能技术，可以实现光伏发电的平滑输出和能量调度，还将进一步提高轨道交通新能源的利用效率。