“交能融合”新模式：益常北线高速公路分布式光伏项目的实践与创新

　　一、项目总体介绍

　　在“双碳”目标引领下，交通与能源的深度融合已成为推动绿色发展的重要抓手。高速公路作为能源消耗与碳排放的大户，其基础设施与能源系统的协同转型潜力巨大。湖南现代新能源有限公司(以下简称“现代新能源”)以“交能融合”为突破口，携手湖南省交通规划勘察设计院有限公司、湖南中大设计院有限公司探索出“新建协同-光储一体-荷随源动-电价响应”的全场景发展模式，形成了可复制、可推广的创新实践，为全国高速公路能源转型提供了“湖南经验”。

　　G5517益阳至常德高速公路扩容工程路线(从下简称益常北线)起于益阳市赫山区笔架山枢纽互通，顺接已建的长益扩容工程，路线全长94.4km。全线共9处互通式立交，服务区2处，停车区1处。

　　益常北线分布式光伏项目作为湖南省绿色交通建设的重点工程，覆盖收费站、养护工区、服务区、停车区等8个站点的多元场景，是湖南省第一条全线设计“智能微电网柔性调控技术”分布式光伏的新建高速公路，一期工程通过安装17759块590Wp及以上单晶硅N型Topcon组件，实现直流侧装机规模10.48MWp，交流侧8.82MW的总装机容量，并网模式为自发自用，余电上网，首年自消纳率约50%，后期随车流增加商业及充电桩用电也将相应增加，二期工程将在服务区配置模块化储能设备及空调柔性调控，实现荷随源动、余电储存，预计光伏自消纳率可达80%+。

　　项目在实践中突破传统光伏布局局限，将交通基础设施与清洁能源开发融合，成为响应《“十四五”可再生能源发展规划》中“交通领域光伏应用”要求的典型实践。

　　二、主要做法

　　(一)核心系统

　　益常北线分布式光伏项目主要采用分布式光伏并网发电技术，并辅以光储融合的策略。主要做法可概括为以下7点。

　　1.太阳能收集与转换

　　利用高速公路沿线的服务区、收费站、停车区、工区、边坡等多种场景，安装590Wp单晶硅N型Topcon光伏组件，共计安装17759块，将太阳能转化为直流电。590Wp单晶硅N型Topcon光伏组件，平均光电转换效率推荐高于22.84%以上，能有效减少占地面积、节省线缆、降低组件安装量。系统的理论上首年的综合效率为82%(不考虑倾角增益效果)。

　　组件采用多种安装方式，包括琉璃瓦屋面顺坡安装、混凝土屋面15°倾角配重支架安装、停车场光伏车棚5°倾角安装、边坡固定支架15°倾角安装。通过探索多场景化安装技术，针对不同建筑结构和地形，设计了多种安装方式(顺坡、配重支架、光伏车棚、边坡支架)，并形成“索支撑光伏支架”等专利技术，有效盘活了闲置空间。同时，高速公路沿线空间资源“存量挖潜”模式，充分利用高速公路现有基础设施，避免了新增土地占用。

　　2.直流电汇集与交流转换

　　直流电经组串式逆变器(300kW、196kW、110kW、100kW、60kW、50kW、40kW、36kW、30kW、25kW、20kW、15kW、10kW等多种规格)转换为交流电。逆变器可靠、效率高，能根据太阳电池组件当前的运行状况输出最大功率。

　　3.交流电并网

　　通过构建大数据分析与预测模型，精准确定不同场景的光伏规模，形成“光伏建筑一体化最佳装机容量测算方法”专利技术。项目确定直流侧装机规模10.48MWp，交流侧8.82MW，具体包括：

　　高压并网(3.01MWp)：逆变器输出的交流电经电缆引至室内配电房或室外箱变，通过10kV高压开关柜接入配电室10kV母线。部分大型站点(如汉寿南互通)通过10kV升压变压器(2000kVA、630kVA)升至10kV接入电网。

　　低压并网(7.47MWp)：逆变器输出的交流电接入电网0.4kV母线。

　　本项目工程发电系统25年的总发电量约为22905.37万kW.h，年平均发电量916.21万kW.h，首年有效利用小时数为977.13h，25年年等效利用小时数为874.43h。

　　4.集中监控与管理

　　建立计算机监控系统，实现对光伏方阵、逆变器、开关站等设备的实时监测、数据采集、保护和控制，实现“无人值守，定期巡视、远程监控”。

　　5.储能系统配置

　　为提升供电稳定性、优化经济性、增强系统灵活性，按光伏发电量的20%配置储能电池，服务区单区均暂配置两台100kW/215kWh储能柜，采用分布式智慧能量块标准化设备部署，总容量为1720kWh，后期可根据用电负荷需求弹性扩容，远期可与电动汽车充电桩联动，引入V2G技术，让电动汽车成为移动的储能单元，参与电网调节，这将极大提升项目的前瞻性和想象力。

　　根据分时电价和光伏发电情况，实施“削峰填谷”和“平谷充电、高峰放电”策略，提升服务区的电能自给率。

　　6.空调柔性负荷控制

　　采用“半经验混合式高速服务区消耗量预测方法”专利技术， 精准预测服务区的用电需求，为光伏系统的柔性调度提供技术支撑。对益常北线两个服务区的VRV中央空调系统进行智能化改造，将空调主机外加控制模块通过485通讯协议，纳入智能调控平台，实现负荷的柔性调节，大幅提升光伏自消纳比例。

　　7.源网荷储一体智能调控系统

　　建立服务区短期负荷预测模型，构建微电网核心系统，基于负荷预测、光伏发电实时效率及电价信号，对柔性负荷进行调控，实现光伏自消纳、储能调度优化和服务区运营成本降低。智能调控系统实现各环节协同优化，提升整体经济效益。

　　(二)应对高速公路运营环境的技术挑战

　　1.针对高速公路特有的振动、噪音、车辆尾气、风荷载、雷击等环境因素对光伏系统的影响，项目采取了以下措施：

　　通过设计将光伏组件集成到隔音屏障中，实现降噪和发电的双重效益，并形成“交通道路光伏隔音屏障”专利技术。

　　强调针对高速公路特殊环境(车速快、振动大)的安全保障措施，如光伏组件的防坠落设计、储能系统的消防安全方案(如液冷、 气体灭火)等。

　　充分考虑风荷载、雪荷载，采用不同形式的支架和基础以应对不同环境。采用完善的接地网和防雷措施，保护设备和人身安全。

　　2.针对光伏组件存在功率衰减，逆变器、储能电池等设备性能随运行时间下降问题。项目建立设备全生命周期档案，定期进行相关检测，精确掌握组件衰减情况。对储能电池实施健康度(SOH)监测，建立梯次利用方案。

　　3.针对分布式站点的运维难题，项目构建“集中监控+区域巡检+智能诊断”三级运维体系，采用无人机巡检、智能清洗机器人、线上智能监控平台等智慧运维手段，高效的运维是保证25年以上生命周期内经济效益的关键。

　　(三)行业标准与技术创新

　　针对高速公路等交通基础设施光伏应用缺乏专门技术标准的问题，项目参与编制《晶硅光伏与压型钢板一体化系统应用技术规程》和《光电建筑防火技术规程》，推动行业规范化发展。

　　三、取得成效

　　1.节能减排效益明显

　　本项目光伏安装容量为10.48MWp，年均发电量约916.21万kW.h，25年的总发电量约为22905.37万kW.h，每年可节约标准煤2931.89吨，减少CO₂排放量9134.66吨、SO₂排放量274.86吨、氮氧化物排放量137.43吨，有效降低服务区碳排放强度，助力“双碳”目标实现。

　　2.经济效益突出

　　本项目按光伏发电量20%配比配置储能电池，配置源网荷储智能调控系统，并将通过将服务区VRV空调纳入智能调调控平台。可将光伏发电自消纳率由50%提升至80%，附加储能电池的峰谷套利及中央空调的节约用电量，年均减少电费支出费用549.70万元，储能系统年峰谷套利44.90万元，中央空调年节约电费支出38.99万元，经济效益显著。

　　3.树立示范标杆

　　专利技术与项目实践的结合，验证了单晶硅N型Topcon组件在高速公路场景的高效适用性。从专利技术到标准输出的转化路径，契合高速公路光伏“技术创新-标准固化-规模推广”的发展趋势，项目成果已成为湖南乃至中部地区“交通能源一体化”标杆案例。

　　四、经验总结

　　1.模式创新突破

　　打破交通与能源行业壁垒，构建“交通为体、能源为血、智慧为脑”相向赋能体系，推动基础设施协同规划与资源高效配置的范式转型。

　　2.技术集成应用

　　通过分布式光伏发电、储能系统与智能调度技术的深度融合，实现交通设施从单一能源消耗向“产储调用”一体化转型，形成动态能源互联网闭环。

　　3.能源产消转型

　　依托光储直柔技术，将高速公路服务区、边坡等场景转化为分布式能源节点，打造“荷随源动”的弹性用能体系，提高能源自给率。

　　总体来看，益常北线交能融合项目系统协同、相互赋能，经济效益良好，节能减排效果显著，具有长期的社会、经济与环境效益。未来，项目还可将高速沿线光储与柔性负荷通过虚拟电厂协同整合，促进多能源互补与供需平衡，为电力系统提供调峰调频服务，获取附加收益，未来还可以探索参与电网需求侧响应，通过为电网提供辅助服务来获取额外收益，前景广阔。