中國儲能網(wǎng)訊：在“公轉(zhuǎn)鐵”與“交能融合”背景下，鐵路運輸?shù)牡吞及l(fā)展將形成“運輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化+能源供給革新”的雙向發(fā)力格局。
杭州西站站房頂部均勻分布了7540塊單晶硅光伏發(fā)電組件，鋪設(shè)面積達到1.5萬平方米。開通運營兩年來，杭州西站已累計發(fā)電591萬千瓦時。
京雄城際鐵路雄安站屋頂?shù)姆植际焦夥l(fā)電項目采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式，總裝機容量6兆瓦，每年可為雄安高鐵站提供580萬千瓦時清潔電力。
交通運輸業(yè)是我國碳減排的重點領(lǐng)域之一，其碳排放量約占全國碳排放總量的10%。其中，鐵路作為國家重大基礎(chǔ)設(shè)施，是能源轉(zhuǎn)型的重點之一。
近年來，大宗貨物及中長距離貨物運輸“公轉(zhuǎn)鐵”有序推進，預(yù)計到2025年年底，鐵路貨運量較2020年將增長超過10%。而隨著鐵路貨運量大幅上漲，2024年全國鐵路營業(yè)里程突破16.2萬千米，鐵路系統(tǒng)年用電量已經(jīng)突破1000億千瓦時。
為落實國家“雙碳”目標(biāo)，國務(wù)院印發(fā)的《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》明確了鐵路能耗下降的硬性指標(biāo)，即到2025年年底鐵路單位換算周轉(zhuǎn)量綜合能耗較2020年降低4.5%，鐵路用能的綠色低碳轉(zhuǎn)型已勢在必行。2024年2月，國家鐵路局聯(lián)合多部門發(fā)布了《推動鐵路行業(yè)低碳發(fā)展實施方案》，其中明確到2030年，鐵路單位運輸工作量綜合能耗和單位運輸工作量二氧化碳排放較2020年下降10%；鐵路電氣化率達到78%以上；電力機車占比力爭達到70%以上；鐵路場站內(nèi)車輛裝備逐步實現(xiàn)新能源化。其中，還要求對新建和既有客運站實施應(yīng)用光伏發(fā)電等技術(shù)措施，并大力開發(fā)推廣“源、網(wǎng)、車、儲”一體化新技術(shù)，積極探索綠色能源供電新模式，推進新能源在牽引變電所和牽引網(wǎng)分布式接入。
今年3月，交通運輸部等十部門發(fā)布了《關(guān)于推動交通運輸與能源融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，要求充分利用候車樓、貨場、站房、鐵路沿線等資源，綜合考慮光環(huán)境影響和安全影響，對符合條件的既有站點進行光伏改造，建設(shè)光伏屋頂和光伏車棚。
在“公轉(zhuǎn)鐵”與“交能融合”背景下，鐵路運輸?shù)牡吞及l(fā)展將形成“運輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化+能源供給革新”的雙向發(fā)力格局。
鐵路光伏，潛力巨大
按照消納途徑，鐵路光伏有三類消納場景：一是在非牽引用電場景，即在鐵路場站（包括客運站、貨場、站房等）的建筑物屋面以及空地等場地鋪設(shè)光伏板，可實現(xiàn)光伏發(fā)電的就近消納；二是在牽引用電場景，即利用鐵路沿線邊坡等場地布置光伏板，并接入機車牽引用電系統(tǒng)后進行消納；三是在場站建筑及機車電氣化轉(zhuǎn)型的過程中，結(jié)合光伏發(fā)電推廣綜合能源利用。
在鐵路非牽引用電場景中，光伏結(jié)合場站建筑物，通?？梢允褂霉夥ㄖ惑w化技術(shù)（BIPV）或在現(xiàn)有建筑上安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)（BAPV）的形式進行光伏板的布置。經(jīng)測算，此類場景中可鋪設(shè)的光伏板面積超過2600萬平方米，理想情況下光伏裝機容量可達6.5吉瓦，光伏可利用安裝面積及裝機容量相當(dāng)可觀。
當(dāng)前，場站等建筑設(shè)施開發(fā)光伏項目技術(shù)成熟，可行性較高。場站等設(shè)施用電量大，光伏發(fā)電可實現(xiàn)較高自消納率，且運維相對便捷?！锻苿予F路行業(yè)低碳發(fā)展實施方案》明確，“新建鐵路場站等建筑屋面優(yōu)先采用光伏建設(shè)一體化方式或預(yù)留光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置條件”。目前，鐵路系統(tǒng)在場站屋面布置光伏板已經(jīng)有實踐。例如，杭州西站安裝了總裝機容量為3兆瓦的屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，以自發(fā)自用為主，發(fā)出的綠電供給空調(diào)、顯示屏、站內(nèi)燈光、商業(yè)廣告、電梯、停車場充電樁等設(shè)施設(shè)備，屬于交通和能源互補互濟的一體化項目。同時，杭州西站結(jié)合屋頂鋪設(shè)的5.6萬平方米輻射制冷膜以及綜合能源管理系統(tǒng)，每年可實現(xiàn)節(jié)能35%～45%，電力需求削峰比約60%。
但對于鐵路系統(tǒng)而言，牽引用電是能耗重點。根據(jù)《鐵路企業(yè)綜合能耗計算方法》，鐵路的能耗主要集中在直接生產(chǎn)消耗能源和非直接生產(chǎn)消耗能源。直接生產(chǎn)消耗對應(yīng)列車牽引等和運輸直接相關(guān)的能耗，非直接生產(chǎn)消耗則包含設(shè)備維修、生產(chǎn)管理照明、廠區(qū)等間接能耗。其中列車牽引動力能耗占總能耗的60%～70%，是絕對核心環(huán)節(jié)；其余能耗則分布在車站、沿線設(shè)施、列車輔助系統(tǒng)等場景，且不同鐵路類型（普速、高鐵、貨運）的能耗結(jié)構(gòu)差異顯著。
在鐵路逐步提升電氣化的過程中，可以探索在鐵路沿線邊坡、空置場地等更多場景布置光伏發(fā)電設(shè)備，并將光伏發(fā)電配合儲能設(shè)備引入牽引用電系統(tǒng)。
根據(jù)我國目前鐵路營運里程測算，鐵路邊坡滿鋪光伏板預(yù)計裝機容量達到60吉瓦，年發(fā)電量可達到900億千瓦時，將其接入牽引動力供電系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)用能結(jié)構(gòu)調(diào)整，大幅度降低碳排放量。
目前，非中國國家鐵路集團有限公司（以下簡稱“國鐵集團”）管理的鐵路專用線（即由企業(yè)或者其他單位管理的與國家鐵路或者其他鐵路線路接軌的岔線）已實現(xiàn)光伏發(fā)電接入牽引用電系統(tǒng)零的突破。
國家能源集團在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的新朔鐵路落地的“網(wǎng)-源-儲-車”協(xié)同供能項目，是我國首個將光伏發(fā)電接入鐵路牽引供電系統(tǒng)的示范工程，并已于2025年1月2日并網(wǎng)發(fā)電。該項目在鐵路沿線配備5兆瓦的分布式光伏和5兆瓦時的儲能，年發(fā)電量達到700萬千瓦時，實現(xiàn)了可再生能源與傳統(tǒng)能源的協(xié)同供電。當(dāng)前，此類示范項目均應(yīng)用在鐵路專用線場景或小規(guī)模國鐵線路（國鐵集團管轄鐵路線路）的實驗項目，大規(guī)模的國鐵線路場景應(yīng)用仍有待探索。
項目投資收益可觀
影響光伏發(fā)電項目經(jīng)濟性的因素較多，包括安裝條件、上網(wǎng)電價、消納電價、自發(fā)自用比例（消納率）、投資模式等。其中，投資成本、消納電價和自發(fā)自用比例（消納率）對經(jīng)濟性的影響較大。
鐵路場站用電設(shè)施多屬于工商業(yè)電力用戶，目前在工商業(yè)分布式光伏較為成熟的商業(yè)模式下，光伏項目的投資收益主要體現(xiàn)在兩部分：一部分是用戶通過使用屋頂光伏自發(fā)自用，節(jié)約了從電網(wǎng)購電的費用；另一部分，除自消納外的光伏發(fā)電量上網(wǎng)出售給電網(wǎng)公司所獲得的并網(wǎng)發(fā)電收益。
以北京地區(qū)投建1兆瓦鐵路設(shè)施屋頂光伏為例測算收益，電站運維費用取0.05元/瓦每·年，光伏電站建設(shè)成本上限取3.5元/瓦，假設(shè)自發(fā)自用率為70%，北京年均利用小時數(shù)為1200小時（參考中國氣象局風(fēng)能太陽能中心發(fā)布的《中國風(fēng)能太陽能資源年景公報》數(shù)據(jù)），實際運行效率為90%，則一年發(fā)電量為108萬千瓦時，自用電量為76萬千瓦時，上網(wǎng)電量為32萬千瓦時。國鐵集團或場站的用電電價取1～10千伏工商業(yè)用電價格，未來鐵路光伏項目預(yù)期采用產(chǎn)業(yè)方投建的合同能源管理模式（EMC模式），投建方與用戶方結(jié)算優(yōu)惠電費的形式回收投資成本。
按照逐時發(fā)電量對應(yīng)北京一般工商業(yè)用電價格以及光伏上網(wǎng)價格進行收益測算，項目發(fā)電收益約為每年84萬元，其中EMC投建方每年獲取電站發(fā)電收益為自發(fā)自用節(jié)約電費的80%和上網(wǎng)電費，扣除掉運維成本，則每年電費收益共計為65萬元，綜合分析EMC模式的靜態(tài)回收年限約為6年，投資內(nèi)部收益率約17%。
規(guī)?；l(fā)展需結(jié)合區(qū)域優(yōu)勢
當(dāng)前鐵路光伏發(fā)展雖有試點項目落地，但受技術(shù)適配、安全穩(wěn)定、成本規(guī)劃等多重因素制約，大規(guī)模推廣仍面臨諸多難題。未來，要繼續(xù)推動鐵路光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要結(jié)合區(qū)域優(yōu)勢、場地資源、投資模式和技術(shù)探索等因素。
一是需要優(yōu)選產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)域，例如京津冀、珠三角、長三角等地區(qū)。這些區(qū)域均是全國鐵路客貨運核心樞紐，同時“公轉(zhuǎn)鐵”也會帶來高負荷需求，例如京廣高鐵2023年客運量達5.1億人次。此外，這些地區(qū)鐵路場站的工商業(yè)電價較高，投建光伏項目就近消納收益可觀，預(yù)計投資回收期為4～6年。另外，西安、南京、南昌、太原、鄭州、呼和浩特等地市，因兼具“承東啟西的樞紐負荷與政策加碼的轉(zhuǎn)型需求”，電力需求同樣較高且部分地區(qū)對鐵路光伏有專項政策支持，預(yù)期投資回收期為6～8年。
二是需要優(yōu)選場地資源。動車段（所）、車輛段（所）、機務(wù)段（所）的建筑物面積較大、用電量較多、消納光伏比例高，可優(yōu)先開發(fā)。其中，動車段用電需求較高，根據(jù)用電負荷匹配相應(yīng)容量的光伏電站，可以保證較高消納比例和較好投資收益率。物流基地（貨場）等屋面資源相對集中，易于成片開發(fā)，但用電需求稍低，可以開發(fā)具備并網(wǎng)條件且有一定經(jīng)濟效益的光伏項目。此外，站房、雨棚等建筑屋面需要結(jié)合安全性、屋面條件、自消納模式、當(dāng)?shù)仉妰r等因素選擇性開發(fā)。
三是靈活運用產(chǎn)業(yè)投資模式。對于自用率高、場地資源豐富、用戶電價較高，且地方鐵路局對光伏技術(shù)接受度較強的項目建議采用合同能源管理模式。對于當(dāng)?shù)罔F路資產(chǎn)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的區(qū)域，可以與鐵路局成立合資公司聯(lián)合開發(fā)光伏項目，共同享受發(fā)電收益，提高路局參與積極性。
四是持續(xù)探索光伏發(fā)電直供牽引用電技術(shù)。全國鐵路牽引用電量在1000億千瓦時以上，可完全消納光伏發(fā)電電量，且牽引用電價格較高，投資光伏項目收益率可觀，是未來技術(shù)突破的重要方向。同時，鐵路邊坡及沿線場地具有大量的場地資源，是未來交能融合的重要場景?，F(xiàn)階段，高速公路兩旁的光伏項目已有成熟案例，光伏供給鐵路牽引動力電系統(tǒng)也有小規(guī)模試點，鐵路邊坡大規(guī)模光伏項目可能會成為未來鐵路新能源產(chǎn)業(yè)的重點投資方向。
（作者分別供職于國鐵物資有限公司和中國鐵路投資集團有限公司。編輯：趙卉寒）
