铁路沿线光伏系统集成对城市旅游列车可持续运行的适用性评估

为解决城市旅游列车电力需求与碳中和目标的矛盾，研究人员针对韩国釜山海云台海滩列车开展铁路集成光伏(PV)系统研究。通过ArcGIS Pro太阳辐射建模结合PVsyst仿真，证实该系统年发电量达943,882 kWh，可超额满足列车用电需求，并实现年减排415吨CO2。该研究为轨道交通可再生能源应用提供了可推广的方法论框架。

　　

在全球气候变暖威胁加剧的背景下，实现碳 neutrality（碳中和）已成为国际共识。交通运输业作为碳排放的重要来源，其绿色转型迫在眉睫。韩国釜山的海云台海滩列车作为改造自废弃铁路的电池驱动旅游专线，其电力供应如何实现可持续性成为关键问题。传统化石能源供电不仅成本高昂，更与全球减排目标背道而驰。与此同时，光伏(PV)技术因其安装便捷、零运行排放等优势，在轨道交通领域展现出巨大应用潜力。然而，现有研究多集中于车站屋顶等离散区域，对铁路沿线这一连续空间的系统性开发仍存在技术空白，特别是在城市旅游铁路这种具有独特空间约束的场景中。

针对这一挑战，韩国国立研究基金会(National Research Foundation of Korea)支持的研究团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表了一项创新性研究。该团队开发了一套整合地理空间分析与能源仿真的方法论，首次对海云台海滩列车沿线光伏系统的适用性进行全面评估。研究采用多学科交叉方法：通过Python算法实现光伏面板的自动化排布，利用ArcGIS Pro的Solar Radiation Tool（太阳辐射工具）进行精细化建模，并基于PVsyst软件完成发电量预测。特别值得注意的是，研究人员优化了每月diffuse proportion（漫反射比例）和transmittivity（透射率）参数，使模型误差控制在4.37%以内。

研究结果部分呈现了系列重要发现：

1. 太阳辐射建模参数优化：通过比对韩国气象厅ASOS观测站数据，确定了最佳月际参数组合，如8月采用0.5漫反射比例与0.6透射率，使模拟误差降至4.37%。
2. 光伏系统配置：在排除隧道、道路重叠区后，最终部署1,889块面板，总装机容量达742 kW_p（峰瓦）。
3. 发电性能：年发电量达943,882 kWh，显著超过列车年耗电量。即使在用电高峰的8月，发电量仍为需求的3.8倍；而在光照最弱的12月，仍保持2.7倍的盈余。
4. 环境效益：预计年减排CO₂ 415吨，相当于种植约6万棵树的固碳效果。
5. 经济性：虽然初期投资较高，但考虑韩国现行电价与碳交易机制，投资回收期可控制在合理范围内。

在讨论环节，作者Jeongwoo Park等强调该研究的三大突破：首次实现弯曲轨道的光伏面板精准排布算法；建立考虑城市微气候的辐射模型；证实旅游铁路能源自给的可能性。该方法论可推广至全球类似场景，特别是光照资源丰富的旅游城市。研究局限性在于未评估阴影效应对电池寿命的影响，这将是未来重点方向。

这项研究不仅为海云台列车提供了具体的绿色解决方案，更开创了"铁路+光伏"系统评估的新范式。其价值在于将理论建模与实际工程需求紧密结合，通过详实的数据证明：在城市旅游铁路场景中，光伏系统不仅能实现能源自给，还可产生可观的环境正效益。随着各国碳定价机制的完善，这类集成方案的经济可行性将持续提升，为交通领域的深度脱碳提供重要技术路径。