低空架空索道在集中式光伏场站运维检修中的应用探索

永登县弘阳新能源发电有限公司 刘东东

1 引言

架空索道具有对自然地形适应性强、爬坡能力大、占地面积少、受气象影响小，以及设备简单、建设速度快、管理费用低等优点，大幅度地减少对地表植被生态和景观的影响，在光伏领域应用有极大的探索意义。

目前索道主要应用在整个旅游行业，全国的索道数量已经达将近1200条，光伏领域应用处于空白阶段。我国戈壁、沙漠、荒滩区内地势平坦，地面附着物较少自然条件差，生态环境脆弱，大多属于国有荒滩地，开发利用条件优越；满足建设用地要求，适合建设大型光伏并网发电项目。

2 光伏电站使用架空索道的背景

我国戈壁、沙漠、荒滩土质含粉土、含砾砂层，结构疏松，干燥，土层凝结度低，区内天然植被稀少，地势开阔，该层工程地质条件差。光伏电站检修频繁，光伏场区道路纵横交错，道路密度高，车辆行驶极易引起地表原始凝结状态破坏，大风天气引起扬尘，且车辆行驶中扬尘较大，不利于戈壁、沙漠、荒滩区域内防风固沙，与我国在戈壁、沙漠、荒滩区域内环保政策背道而驰。

目前光伏场区主干道路多采用人工铺砂石道路，虽对扬尘有抑制作用，但对砂石需求量大，砂石的采集、粉碎、运输都有不同程度的环境污染和对自然资源的破坏、能源的消耗，且砂石道路不利于植被恢复。

3 光伏电站使用索道的必要性

光伏场区建成后，日常巡视、检修、维护主要以汇流箱、逆变器为主，携带工具大多以万用表、钳表、螺丝刀、手钳等轻型工具为主。携带备件以保险、板件等轻型耗材为主。大型机械进入频率低，重型备品如变压器油概率频次1次/年，工具、备件、人重量低空索道足可以承重，用索道空中优势代替车辆频繁对土壤的碾压。光伏组件具有雨水汇流作用，雨水冲刷光伏组件后落地形成一条湿润地带，逐渐对土壤进行改良，日积月累、减少人为活动有利于植被的恢复，最终达到有光伏的地方就有绿色，有绿色的地方就有野生动物，达到人与自然的和谐共生。

沙漠地带安装光伏对沙土环境改善已经有很多成功的经验，如陕西大荔某光伏，光伏下沙漠草长茂密。然西部地区戈壁、沙漠、荒滩大多数地方降雨量不及陕西，但是光伏具有遮光作用，汇集雨水对沙漠土壤改善作用，耐旱性植物如红柳、骆驼刺在间歇性的雨水滋润下也有顽强的生命力，人类要做的就是在这些植物成长的过程中足下留情，因此低空架空索道空中交通系统的建设就很有必要。

生态研究表明，索道是最环保的交通解决方案。“客运索道点对点运输，运距最短，电力驱动，同等运能情况下能耗更少，产生的二氧化碳当量最小。假设使用寿命为 30年，索道产生的二氧化碳当量不到其他运输工具的四分之一”，

近年来，随着科技的不断进步，人工干预天气对自然环境进一步恶化状况的改善起了巨大的作用，如人工降雨、人工降雪。但是人类工业化进程不断加快，人类涉足的地域越来越广，破坏的范围也越来越广，有必要对人类生产活动区域脆弱的生态保护提出一种可靠的解决办法。索道成为一种新型的绿色交通工具，真正践行了绿色低碳环保新理念。近年来光伏+农业，光伏+充电桩、光伏+畜牧、光伏+渔业，光伏+交通等，光伏+已经变成无限可能，随着光伏+技术应用潮流风靡盛行，光伏+索道交通在光伏领域也有必要展开具有前瞻性的探索。

4 目前光伏电站交通成本分析

4.1 道路施工成本分析

以某戈壁、沙漠50MW 光伏电站修路成本为例，道路维修合计成本1127048.5万元，戈壁、沙漠、荒滩地势平坦，具备基本的通行，沙砾石开挖101343元和沙砾石回填51485.5元，两项合计152828.5元作为初步道路维修费用满足通行条件，结余974220元。

4.2 车辆使用维护成本分析

以光伏配20万元车辆计算，每天平均30km，每年行驶10950km，25年行驶273750km，油耗以9L/100km 计算，共计需24637.5L，以每升8.5元共计209418.75元，车辆维修、保养保险每年预计1万元，全生命周期预计25万元。全生命周期每辆车合计费用659418.75元，且不包括中途更换车辆及配置双车辆的费用。

4.3 车辆使用导致组件遮挡电量损失分析

光伏场站检修人员每日场区进入频繁，车辆所经之处扬起沙尘，沙尘落在光伏组件之上，阻挡阳光照射组件，影响组件发电，光伏场区道路纵横交错，影响面积占总容量的1%，以50MW为例，全年发电量目标7500万kWh，减去每年组件清洗4次40d 无影响时间，不考虑全生命组件衰减，发电量减少20%计算，预计影响电量达13.358万kWh，25年生命周期影响电量333.95万，以每kWh0.4元计算，损失合计133.58万元。

5 使用低空架空索道技术要求

5.1 重载高速

重载高速即索道的承重既要满足人员、轿厢、还有可能携带的工器具，备品备件的重量，还要满足风力等外力作用的合力效果下安全系数，同时速度较常规速度有较快的提升，满足运检人员对于处理事故及缺陷的紧迫性要求，减少运检人员交通耗费时间，提升检修效率。

5.2 智能控制

智能控制是基于大数据的安全监控故障诊断，以及远程安全监控故障诊断系统。充分利用信息技术和网络技术，提高索道智能控制等领域的技术实力，从高速度大运量向高安全性、可靠性、乘坐舒适性发展，确保在光伏行业领域低空架空索道的应用处于领先龙头地位。

5.3 架空索道的构成

一是钢索：供轿厢行走、牵引轿厢运行；二是绞盘机：索道的动力设备；三是索道塔架、平台；钢支架等，起支撑承载索保持悬空状态；四是电梯、旋梯；电梯从塔架平台至地面塔架内部垂直升降，旋梯绕塔架外围焊接的楼梯呈螺旋状攀爬上至或下至塔架平台或地面；五是鞍座(直线或拐弯鞍座)：承托承载索且减少其挠度；六是止动器：固定在承载索上，使轿厢在预定位置停止；七是滑车：承托、转向、拉紧钢索等作用；八是轿厢：用于承载人和货物的可以密闭的空间。

6 建设低空架空索道交通成本分析

按照目前的道路交通成本、车辆成本、电量损失成本分析都是一笔不小的费用，将此费用计入索道安装施工，以50MW光伏容量为例计算，采用箱逆变一体机，箱变容量采用3250kVA，预计共计需要15台，每台箱逆变间距按100m计算，合计1500m，加上边界距离及裕度距离，在箱变及升压站选址、设计时做好规划，使边界距离最短，阵列排布整齐。预留最大裕度，取最大裕度系数1.5，合计距离2.25km。

索道按照施工难易程度造价成本在20万～200万元/km，光伏场站戈壁、沙漠、荒滩区内具有地势平坦，机械易于安装，索道高度低，施工周期短等优点。按照最易于施工的费用计算合计45万元，按照溢价1.5系数，合计67.5万元，具体费用根据业主的配置要求适当增减，如索道平台至地面采用爬梯、绕铁塔旋转楼梯或是电梯、16台塔架平台费用等，但是总体价格低于目前交通分析成本。索道应用的全貌如图1所示。

7 使用低空架空索道效果愿景

7.1 减少土地表层破坏

减少对光伏场区生态的侵扰，光伏场区无车辆对土壤表层的碾压，光伏场区箱变（逆变器）与箱变（逆变器）之间的距离使用低空架空索道交通，某一子阵汇流箱之间故障处理徒步进行。积年累月，土壤逐渐改善，人为种植耐旱性植被，逐渐恢复草绿最终达到天蓝草绿、动物成群人与自然和谐共生的状态。

7.2 提升运输效率

检修人员接到检修任务，准备工具、备品备件，从办公区域乘坐电梯至楼顶轿厢停靠处，打开轿厢箱门，人员进入关好门窗，按下要检修的子阵编号，如7（号子阵），索道系统自动识别定位到该子阵塔架平台处，索道系统开始行走，途经的每个子阵都有语音播报系统，且报站下一个子阵编号，提醒乘坐人员间隔距离远近。到预定检修子阵后，轿厢自动停靠在塔架平台，人员走出轿厢，关好轿厢门。人员走至平台电梯按钮处，按下1按键，乘坐电梯至地面在当前7号子阵开展检修任务，轿厢一直停靠在7号塔架平台。

当人员检修人员活动范围较广，超出当前子阵区域，人员可以前往最近的一个塔架平台按下所在的子阵编号，此时轿厢将自动前往该子阵塔架平台停靠，接送检修人员前往下一个子阵或返回办公场所。同时轿厢具有完整的控制系统，在行进中具有控制停止和启动的功能，使人员在任何地方、任何场景都具有完全控制轿厢的能力。同时具有一键报警求生的功能，该功能和光伏主控室电话联通，确保任何情况下都有和外界信息畅通的保障。

7.3 提升乘驾体验

在乘坐的过程中视野开阔、较车辆比较不同的乘坐体验感，人员身心放松，心情舒畅，相比较戈壁、沙漠干旱乏味的自然大环境，有利于检修人员的身心健康。

7.4 增加经济效益

近年来随着网红打卡地的兴起，打卡地所在的区域经济借助人口流量贡献不少经济增长值。光伏与低空索道的结合就是工业与旅游业的结合，目前光伏加农业、光伏加牧业模式已经成熟。光伏加旅游也是在光伏场区修建观光平台的静态阶段，光伏加低空架空索道实现了人在光伏游，处处都是景，开创了光伏俯视动态旅游的先河，使之逐渐兴起工业旅游热、网红打卡地。

8 使用低空架空索道注意事项

一是戈壁、沙漠、荒滩全年多风，以酒泉为例全年平均风速2.4m/s，8级大风平均17.1d，最多达40d，3、4、5月平均8.9d，最多达25d，6、7月多干热风，建设低空架空索道应注意防风及应对极端天气情况下突发状况，索道轿厢行驶在低空中，如何防止摆动，可以借鉴高压电力架空线路的经验，高压电力架空线路具有架设高度高，铁塔之间跨距大，架空导线加高耐压值绝缘子吨位重，线路运行中随时有随大风摆动的安全隐患，但是设计人员巧妙运用防震锤化解了此种风险，同样索道轿厢的防震放摆可以借鉴此经验。低空索道相比景区索道具有高度低，档距小，摆幅小，安全可靠性高特点，具有实施的可行性。

二是轿厢内应配备安全衣，安全带、缓降绳，急救医药箱等，乘坐轿厢人员应经过培训合格，确保在轿厢突发故障紧急情况下或不能可靠停靠在塔架平台能按照应急预案逃生自救，每年应开展应急演练，开展演练总结评价，针对演练中存在的不足及时制定相关的对策。

三是索道维保人员应定期开展索道安全隐患排查，定期巡检，维护保养，并做好相关记录。

四是索道、轿厢应有良好的避雷措施，人员所接触到的金属可导电部分应与大地具有等电位，防止雷雨天气人员遭受雷电侵害。同时轿厢应与动力系统的电力电缆应有良好的绝缘，防止乘坐过程中人员发生触电危险。