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日本羽村市光伏發(fā)電為巴士充電真正實現“二氧化碳零排放”

發(fā)布時間：2016年03月18日 16:25 來源：

中國客車英文網【www.chinabuses.org】：東京都羽村市位于市中心以西約45km。既有保留著武藏野痕跡的雜木林，也有很多日野汽車等的工廠，住宅區(qū)與工業(yè)區(qū)相間。羽村市政府幾乎位于JR青梅線羽村站和小作站的正中間，兩個車站與市政府之間通行著電動巴士“Hamuran”，是羽村市運營的社區(qū)巴士。

慮及環(huán)境問題而導入電動巴士的地方政府很多。無疑，行駛中不排放尾氣的電動巴士有助于改善市區(qū)的空氣質量。但防止地球變暖的效果，光憑行駛的電動巴士是看不出來的。

電動巴士在配備的蓄電池中蓄電驅動馬達行駛。作為地球變暖對策的評價，因蓄電池所充電力的發(fā)電方法而異。如果使用火力發(fā)電站的電力，雖然行駛過程中不排放尾氣，但發(fā)電站會排放二氧化碳。在停止了所有核電的東京電力管轄內，主要電源來自火力發(fā)電，購買商用電力為電動巴士充電的話，也會排放不少的二氧化碳。

在這點上，電動巴士“Hamuran”的地球變暖對策也實現了“二氧化碳零排放”。因為是利用光伏發(fā)電電力為電動巴士充電的。

羽村市2015年12月7日為旨在實現“二氧化碳零排放”交通系統(tǒng)的項目而舉行了啟動儀式。項目名稱為“All Zero Emission Mobile System（二氧化碳零排放交通系統(tǒng)）”，簡稱“AZEMS”。

“AZEMS項目”構筑了二氧化碳排放量為零的交通系統(tǒng)：將市政府屋頂上設置的50kW光伏發(fā)電設備，與鋰離子蓄電池和兩臺快速充電器等連接起來，對電動巴士和普通電動汽車（EV）供應光伏電力。

電動巴士以零二氧化碳排放量運行的機制如下：（1）市政府屋頂上的光伏發(fā)電設備，沒有利用固定價格收購制度（FIT）售電，而是作為給市政府內設置的定置式鋰離子蓄電池（16kWh）充電的電源，存儲太陽能的電力；（2）兩臺快速充電器（JFE Technos制造的“RAPIDAS”）采用鋰離子蓄電池（巴士用：24kWh，普通EV用：12kWh）內置型產品，對回到市政府的電動巴士，從內置的蓄電池放電，為巴士快速充電；（3）為巴士充電后，快速充電器內置蓄電池的剩余電量減少時，從市政府內的定置式蓄電池放電，為充電器中內置的蓄電池充滿電。

雖然太陽能的輸出會隨著時間和天氣而變化，但利用定置式蓄電池可以使之穩(wěn)定化。加之，通過采用蓄電池內置型快速充電器，可以平抑快速充電器運行時的電力需求高峰?？焖俪潆娖鞯念~定輸出功率為50kW，為內置蓄電池充電可在10～28kW之間設定，因此能抑制作為電源的定置式蓄電池的輸出。

不過，采用容量相對較小的定置式蓄電池，在以下兩種情況下會出問題。一種情況是，存儲光伏電力的定置式蓄電池充滿電時，光伏電力會剩余。另一種情況正相反，在持續(xù)下雨等天氣下，定置式蓄電池的余量不足時，無法為快速充電器提供足夠的電力，會妨礙電動巴士的運行。

用光伏發(fā)電剩余電力削減市政府的峰值需求

因此，采用了使定置式蓄電池的輸出通過商用電力受電設備（變壓器）與市政府的內部系統(tǒng)連接，把光伏發(fā)電剩余電力用于市政府內有電力需求的設備的方法。另外，定置式蓄電池的余量不足時，采用了利用備用商用電力的機制。具體來說，為預防發(fā)生災害，定置式蓄電池的余量最低要維持在20％，因此余量變成20％時就會停止放電，切換為備用的商用電力。

在該計劃中，預測50kW光伏發(fā)電設備的年發(fā)電量為5萬3280kWh，而電動巴士和普通EV充電使用的年間電力需求約為2萬9800kWh，光伏發(fā)電的電力會有剩余（設想每天有3輛普通EV利用）。剩余部分在市政府內自家消費，能相應減少商用電力的購電量，從而削減電費。

光伏發(fā)電量出現剩余的時段很有可能會與空調運行等市政府的電力需求高峰時段重合。因此，削減商用電力最大受電電力的效果也值得期待。如果能削減合同電力的電量，則電費的節(jié)約效果將變得更大。

另外，發(fā)生災害導致電力系統(tǒng)停電時，可手動將定置式蓄電池的連接由內部系統(tǒng)切換為快速充電器的送電電路。光伏逆變器（PCS）也切換為獨立運轉模式，利用光伏電力為電動巴士和EV快速充電。

每天平均有3輛普通EV利用

羽村市開始致力于AZEMS項目是因為，市內各領域的二氧化碳排放量，汽車所占的比例僅次于電力，需要采取相應的對策。“此次的項目是以負責地球變暖對策的市政府職員為主構想，并向市長提案的”（羽村市產業(yè)環(huán)境部環(huán)境保全課橫山拓史）。由公開征集選擇了施工商JFE Technos。預計總業(yè)務費約為9493萬日元，其中，獲得了環(huán)境省和經濟產業(yè)省合計約6301萬日元的補貼。

羽村市從2005年5月開始運行社區(qū)巴士“Hamuran”，2012年3月導入了連接市政府、羽村站和小作站等的“羽村中央線”的一輛電動巴士（日野汽車制造，定員36人）。當時就在市政府的停車場內設置了電動巴士用快速充電器。該線路時長約為1小時，距離為14.4km，每天運行6班。是利用商用電力充電的。

電動巴士每一班次返回終點站市政府都要快速充電。充電一次需要10～12kWh的電力。AZEMS項目還新設了面向普通EV用戶的快速充電器。普通EV充電一次需要約8kWh電力。系統(tǒng)設計方面的問題是，應該設想有多少輛普通EV利用。利用的EV數量不同，設置的太陽能電池板和蓄電池的容量也不同。

因此，2013年6月～2015年10月期間，在設置光伏發(fā)電設備之前，先面向普通EV用戶免費開放了快速充電器，收集了使用頻率相關的信息。結果發(fā)現，每天平均有3輛EV利用。系統(tǒng)設計著眼于今后EV的普及，設想每天有4～5輛利用，以此為基礎確定了太陽能電池板和蓄電池的容量。

積雪時等利用商用電力做備用

項目才剛剛啟動1個月左右，“此前基本沒有利用備用的商用電力，光利用光伏發(fā)電電力就能滿足快速充電需求”，羽村市環(huán)境保全課橫山說。但1月中旬的降雪導致市政府屋頂上設置的太陽能電池板終日被積雪覆蓋，基本無法發(fā)電。在這種情況下仍然能為電動巴士充電，保證其正常行駛，主要是與市政府的內部系統(tǒng)連接，可利用備用商用電力的靈活系統(tǒng)設計收到了效果。

另一方面，也存在課題。直流與交流之間的轉換次數較多，均會產生電力損失。此次導入的定置式蓄電池系統(tǒng)的PCS為交流輸入機型，太陽能電池板用PCS先將直流轉換成交流，蓄電池用PCS再將交流轉換成直流后充電。之后，在放電時恢復為交流，與內部系統(tǒng)連接，為快速充電器內置的蓄電池充電時要再度轉換成直流。

羽村市環(huán)境保全課橫山說，“雖然知道交直轉換產生的損失很大，但由于通用的蓄電池用PCS為交流輸入，因優(yōu)先考慮降低初期投資，采用了經由交流的電路設計。如果直接利用光伏電力的直流電流為蓄電池充電，需要采用特殊的PCS等，會造成成本升高”。

今后，要構筑結合光伏電力和蓄電池的自家消費型系統(tǒng)時，以直流輸入為前提的PCS低成本化也是一個問題。

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