Аргументы в пользу интеграции солнечной энергетики с железнодорожным транспортом в Южной Корее

Обширная железнодорожная сеть Южной Кореи может стать новым пространством для солнечной энергетики в густонаселенных районах, где количество свободной земли ограничено. Исследователи изучили потенциал установки фотоэлектрических систем между железнодорожными путями и пришли к выводу, что на подходящих участках пяти наземных железнодорожных коридоров можно разместить солнечные панели общей мощностью более 8,5 МВт.

Международная исследовательская группа изучила возможность установки фотоэлектрических систем между железнодорожными путями в Южной Корее, чтобы расширить производство солнечной энергии, не конкурируя за дефицитные земельные участки. Исследователи обнаружили, что на подходящих участках пяти наземных железнодорожных коридоров можно разместить солнечные панели общей мощностью более 8,5 МВт, что подчеркивает потенциал существующей транспортной инфраструктуры для размещения солнечных электростанций в густонаселенных районах.

«В густонаселенных мегаполисах нужны стратегии использования возобновляемых источников энергии, которые не конкурируют за земельные ресурсы. Одним из таких вариантов являются железнодорожные коридоры, поскольку они уже занимают линейное общественное пространство и тесно связаны с тяговой и распределительной инфраструктурой, — говорят исследователи.

— В нашем исследовании мы выясняем, может ли транспортная система использовать электроэнергию, вырабатываемую фотоэлектрическими панелями в железнодорожных коридорах, какой объем электроэнергии необходимо экспортировать или ограничивать, какие нужны накопители и как финансовая неопределенность влияет на вероятность окупаемости, — добавляют они.

Исследователи оценили пять наземных железнодорожных коридоров: линии Гая и Тонхэ в Пусане, наземные участки первой линии Сеульского метрополитена и первой линии метро Тэгу, а также отдельные открытые участки линии Кёнбу, соединяющей Сеул и Пусан.

Используя железнодорожную геометрию OpenStreetMap и цифровую модель поверхности Кореи в QGIS, исследователи исключили из выборки туннели, виадуки и участки путей, на которых ежегодные потери из-за затенения превышают 15%.

Они смоделировали установку гибких пластин из монокристаллического кремния шириной 1,05 метра с минимальным зазором в 150 мм от головки рельса с каждой стороны. Номинальная эффективность пластин составляла 21,4 %, а удельная мощность — 214 Вт/м².

В моделировании учитывались потери на загрязнение в размере 3,5 %, в том числе дополнительный процентный пункт на железнодорожную пыль, а также комбинированные потери на несимметричность и потери в проводке постоянного тока в размере 2 %. Исследователи также приняли во внимание эффективность инвертора в 97,5 % и альбедо 0,18 для балласта и бетонных шпал. Они проверили модель генерации на основе данных о выработке солнечной энергии на крышах в Пусане за 17 месяцев.

Затем группа смоделировала выработку фотоэлектрической энергии на железной дороге и сопоставила ее с почасовыми профилями тяговой нагрузки, чтобы рассчитать собственное потребление, экспорт в сеть и сокращение выработки. Также были сравнины централизованные и распределенные конфигурации подключения к электросети и оценена емкость литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов — до 2 кВт⋅ч на киловатт установленной фотоэлектрической мощности.

Исследователи оценили финансовые показатели системы за 20 лет, предполагая, что ежегодный износ фотоэлектрических модулей составляет 0,45%. Они провели анализ чувствительности и моделирование методом Монте-Карло с 10 000 итераций, чтобы учесть финансовую неопределенность.

«В ходе отбора было выявлено 28,4 км подходящих наземных железнодорожных коридоров и 39 760 м² площади для установки оборудования. Это соответствует 8,51 МВт фотоэлектрической мощности, исходя из скорректированной плотности модулей 4,67 м²/кВт для коридора стандартной колеи 1435 мм», — сообщили исследователи.

По их оценкам, годовая выработка составит 9,95 ГВт·ч, а коэффициент использования установленной мощности — 13,4%. Без накопителей 62,3% выработки фотоэлектрических систем совпадет с тяговой нагрузкой. Из оставшихся 37,7% 19,8% можно будет экспортировать в сеть, а 17,8% придется сократить.

Исследователи обнаружили, что аккумуляторная батарея емкостью 0,5 кВт⋅ч/кВт может сократить неиспользуемый избыток с 38% до 8,5% от общего объема выработки. Установка аккумулятора увеличит приведенную стоимость электроэнергии примерно на 10%, если потери при хранении энергии в обоих направлениях будут учитываться при расчете поставляемой энергии. Без учета этих потерь рост составил бы 9,0 %.

«Вероятностный анализ показывает, что медианная приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) составляет 170 долларов США за МВт·ч на основе поставляемой энергии, а вероятность окупаемости в течение 12 лет при 40-процентном капитальном субсидировании составляет 68 % по сравнению с примерно одной третью без субсидии», — заключили исследователи.

Результаты исследования представлены в работе «Климатоустойчивая городская энергетическая инфраструктура за счет фотоэлектрических систем, интегрированных с железнодорожными путями, в Южной Корее с дефицитом земельных ресурсов», опубликованной в международном журнале Engineering Science and Technology.

В исследовательскую группу вошли ученые из Университета Донг-А и Университета Кенсон в Южной Корее, Суматранского технологического института в Индонезии и Высших технологических колледжей в Объединенных Арабских Эмиратах.

Аккумулятор FIAMM 12FGH36 https://invertory.ru/product/fiamm-12fgh36/