风光互补充电桩在内蒙古草原公路的应用分析

陈松利 万大千

（内蒙古农业大学能源与交通工程学院，内蒙古 呼和浩特010018）

随着日益严重的环境污染，世界各个国家都制订了非常严格的排放法规，所以不少国家的能源战略都有一个明显的政策导向- 鼓励发展电动汽车[1]。在国务院出台减免购置税优惠政策的支持下，新能源汽车行业大规模增长，新能源汽车发展现阶段最突出的问题就是续航能力不足，充电设施标准不统一，充电桩等基础设施的建设相对滞后，因此，充电桩等配套设施的建设就显得尤为重要。

而随着人们对环境保护意识的增强，应用可再生能源已成为全球趋势。在众多的可再生能源中，风能和太阳能利用技术是最有发展前景的新能源技术。但由于风能和太阳能存在着地理、气候条件差异较大特点，单独利用太阳能或者风能无法保证持续稳定的能量输出，而风光互补混合发电系统就很好地解决了这一难题，彼此互补，提高了可再生能源的利用率[2]。内蒙古具有得天独厚的风能和太阳能资源，是国家可再生能源发展规划目标得以落实的重要地区，因此，为推动草原公路应用绿色能源，在草原公路沿线的停车区、服务区安装风、光互补发电系统组成微电网为新能源汽车充电装置提供稳定的电力输出，具有重要的应用前景，是未来作为充电装置绿色能源来源的重点之一[1-2]。

1 风光互补充电系统设备组成

图1 系统设备构成

系统设备组成如图1 所示，主要由太阳能电池方阵、风力发电机组、智能控制器，充电- 逆变器、储能锂电池、充电桩等构成。风电机组和光伏电池发出的电通过智能控制器经逆变器转换电压后作为充电桩电源为电动汽车充电，当发电量富足时除了为充电桩和其它用电设备供电外，还向储能锂电池充电；发电不足时由储能锂电池通过智能控制器经逆变器转换电压后协助向充电桩和其它照明、生活生产用电设备供电。

2 内蒙古草原公路风光互补充电桩可行性分析

2.1 内蒙古风能与太阳能资源情况

内蒙古位于我国的北部，横跨东北、华北、西北三个地区，东西长2400km，南北宽1700km，总面积占全国总面积的12.3%左右，大部分地区属温带大陆性季风气候。内蒙古的理论可开发风能储量为78690 万kW，可开发风能储量为6178 万kW，占全国风能总储量的24.4%[3-4]，风资源占有量在全国排第一位，内蒙古各盟市风能资源年平均风速分布如图2 所示。

内蒙古的太阳能资源也非常丰富，仅次于青藏高原，内蒙古光照充足，太阳能辐射较强，年均辐射总量在4840～7020MJ/m2左右。大部分盟市年日照时数都超过了2800h，阿拉善盟西部沙漠地区更是高达3450h[3-4]以上，内蒙古太阳能资源年分布如图3 所示。

图2 内蒙古风能资源年平均风速分布图

图3 内蒙古太阳能资源年分布图

2.2 内蒙古草原公路风光互补充电桩可行性分析

近年来随着内蒙古自治区能源的开发、输送和旅游业的快速发展，国家及自治区政府对自治区交通建设投资力度逐年加大，据内蒙古正北方网相关数据表明，截至2019 年底，内蒙古公路总里程达20.6 万km，其中高速公路6633km、一级公路8443km，全区农村牧区公路通车总里程16.5 万km，国道和省道的主干线路网已经覆盖内蒙古85%以上盟市，达到了县（旗）县（旗）通油路，连通了70%以上的苏木乡镇[5-7]。内蒙古自治区具有8666.7 万hm2的天然草场，草原面积占土地总面积的73.3%[6]，内蒙古草原公路如S105 省级大通道具有路域地形地貌变化较小、线路长、横跨内蒙古中西部和东北地区，沿途的风能和太阳能资源非常丰富，且内蒙古每年的春、秋、冬大风季节是太阳关照最弱的时候，而炎热的夏季正好是风能最差的时候，因此在内蒙古草原公路沿线非常适合安装风光互补发电系统。随着世界各国对环境保护的重视，推广应用新能源和清洁能源汽车已成为全球趋势。据公安部统计，截至2019 年底，全国新能源汽车保有量达381 万辆，内蒙古全区LNG 与电动出租车达到了51.5%，LNG 与电动公交车达到了63.3%[6]。若按照这一数据计算，目前的车桩比约为3：1。与《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》[9]规划车桩比1：1 还有巨大的缺口。因此，在内蒙古草原公路沿线的停车区、服务区安装风光互补系统发电系统组成微电网，建设和安装一定数量的充电桩，保证新能源汽车有足够的行驶里程，是完全可行的。草原公路服务区充电设施如图4 所示。

图4 草原公路服务区充电设施布局

3 结论

节能与环保是未来汽车发展的重要方向，新能源汽车是我国汽车产业赶超世界的重要发展机遇，提前规划好新能源汽车充电基础设施建设才能促进我国新能源汽车的发展，而内蒙古具有得天独厚的可再生能源，必须结合内蒙古区域特色，加快发展风力和光伏发电，在内蒙古草原公路沿线建设和安装风光互补系统充电桩不仅可以减少传统能源的消耗，而且可以很好地保护当地生态环境，为新能源汽车充电桩的建设明确了新的研究方向[10]。同时，也为无电网覆盖的偏远地区使用新能源汽车提供了新的参考和方向。