光伏公路：“交通+新能源”的實踐構(gòu)想
2018-07-05 02:50:32陳楠枰
交通建設(shè)與管理 2018年2期
文/本刊記者 陳楠枰
隨著全球禁售燃油車的時間表紛紛出爐，業(yè)界亦在爭論，未來是否應(yīng)把充電樁放置在傳統(tǒng)加油站內(nèi)，以化解電動汽車產(chǎn)業(yè)最大的瓶頸？
跳出思維的桎梏，不少道路設(shè)計專家及學(xué)者卻想另辟蹊徑，將目光轉(zhuǎn)移到光伏產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，致力于將“綠色”的代表“太陽能”和“便捷”的代表“高速公路”聯(lián)系在一起，創(chuàng)造全新的現(xiàn)代道路交通系統(tǒng)，在繼續(xù)完成車輛通行的傳統(tǒng)使命基礎(chǔ)上，將其演進(jìn)為現(xiàn)代清潔能源中心和現(xiàn)代智能交通的核心載體。
光伏跨界，融合新能源道路建設(shè)
2016年，國家能源局科技司《能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于人人光伏發(fā)展研究》課題提出設(shè)想，預(yù)測到2035年全國人均可享一千瓦光伏。
受上網(wǎng)電價調(diào)整、成本下降等多重因素影響，2017年我國光伏發(fā)電市場規(guī)模快速擴(kuò)大。由中國經(jīng)濟(jì)信息社發(fā)布的《中國清潔能源行業(yè)年度發(fā)展報告(2017年度)》顯示，當(dāng)年，我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量繼續(xù)保持快速增長，新增裝機(jī)53.06GW，同比增長53.6%，連續(xù)5年居世界第一。
同時，分布式光伏新增19.44GW，同比增長3.7倍。截至2017年12月底，全國光伏發(fā)電累計裝機(jī)容量達(dá)到130GW，其中，光伏電站100.59GW，分布式光伏29.66GW。
在中科院半導(dǎo)體研究所研究員曲勝春看來，“光伏公路作為一種新生事物，比普通的公路增加了發(fā)電的功能?！奔夹g(shù)發(fā)展已經(jīng)使得“交通+新能源”融合變成可能，而隨著封裝材料和封裝技術(shù)的發(fā)展，太陽電池將不再僅僅是發(fā)電器件，還可以用作道路或建筑材料，“實現(xiàn)跨界融合”。
曲勝春口中的“光伏公路”，即指充分利用道路沿線光伏、風(fēng)力和水力等清潔能源，依托多種能源協(xié)同發(fā)電以及大容量儲能緩存等能源互聯(lián)網(wǎng)尖端技術(shù)，以電動汽車等終端為能源信息移動載體，沿線建設(shè)分布式光伏電站、自駕車宿營地等能源信息節(jié)點，最終將其打造成為一條能源與信息有機(jī)融合的高速公路。
實際上，早在2006年，美國的一對科學(xué)家夫婦就提出了“光伏路面”的設(shè)想，并著手研制出一種Solarroadways太陽能電池板，盡管其在強(qiáng)度及摩擦力等方面均較混凝土和瀝青材料稍勝一籌，卻最終因造價高昂而暫停擱置使用。
11年后，全球首段光伏路面也于法國西北部圖魯夫爾歐佩爾什鎮(zhèn)正式投入使用，成為世界上第一段真正可供機(jī)動車行駛的“光伏公路”。
根據(jù)測算，光伏路面每平方米一年的發(fā)電量可達(dá)239度。假設(shè)以2016年底我國公路里程統(tǒng)計數(shù)據(jù)458萬公里計算，公路僅兩車道約321億平米鋪設(shè)光伏路面，年發(fā)電量即可達(dá)到7.6萬億度。而根據(jù)能源局公布的數(shù)據(jù)，同年我國社會總用電量不過只有5.9萬億度。
從另一方面看，東部地區(qū)雖然電力不足，但勝在路網(wǎng)稠密，充分利用東部路網(wǎng)優(yōu)勢，將路面作為能量收集平臺、電力供給平臺，將有望做到“自發(fā)自用”，不僅滿足自身用電需求，還避免了“西電東送”過程中長距離輸電導(dǎo)致的電力損失等問題。
更有專家提出，在冬季雨雪天氣，甚至可將“光伏公路”自身存儲電量合理利用，為其增設(shè)電能轉(zhuǎn)換熱能的裝置，而后通過人工開啟或智能感知路面結(jié)冰情況開啟電力加熱系統(tǒng)，消融冰雪，保障出行安全。
全球首條光伏高速公路面世，通向綠色智能的“超級路”？
2017年12月，齊魯交通光伏路面技術(shù)負(fù)責(zé)人、同濟(jì)大學(xué)交通運輸工程學(xué)院教授張宏超耗時九年，專注光伏路面研究從地下車庫出生，在體系下成長，孕育于同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程實驗室，最終新鮮出爐，被搬到了山東濟(jì)南的高速公路路面上。
齊魯交通發(fā)展集團(tuán)黨委書記、董事長徐春福為張宏超的產(chǎn)業(yè)化試驗“刨開”了路面。在他看來，發(fā)電賣錢絕不是光伏高速公路發(fā)展的最終目的，在未來的某一天，他們要建成一條開往綠色、智能的“超級公路”——一種立體智能出行的未來交通系統(tǒng)，是以光伏路面為全線電氣化、智能化載體，實現(xiàn)高時速(120公里/小時以上)、高效率(智能編組、同速匯流、智能分流)、高能效(無線移動充電、智能供電管廊)、高智能(預(yù)約出行、即時出行、無人駕駛、車路協(xié)同)的綠色、安全、無接駁、點對點的全新出行方式。
試驗路段通車時，不少濟(jì)南成中的車友到此體驗，這段“看起來像玻璃，摸起來像土”的全球首條光伏高速公路，在他們眼中和平常的高速公路差不多，“沒有鏡面反射，剎車距離也和正常路面近似?！?/p>
與相鄰的超車道相比，光伏路面呈灰白色、顆粒感較強(qiáng)。不過，行車道和超車道的厚度基本一致。
據(jù)悉，該段光伏路面分為三層。最表層為透光混凝土路面，具有高強(qiáng)度和超過90%的透光率；中層為光伏板，可利用路面空閑時間吸收陽光發(fā)電；底層為絕緣層，三層結(jié)構(gòu)總厚度不超過3厘米。
而在光伏路面之下，無需新建路基，仍是原先的瀝青混凝土路面。只不過施工人員在兩個月內(nèi)，采用路面改造方案，將原路面結(jié)構(gòu)精銑刨后加鋪光伏發(fā)電層，用特殊膠水粘連，保持路面總厚度和標(biāo)高不變，以保證路面承載能力，同時利于排水。
當(dāng)2018 年的第一場雪在千呼萬喚中悄然降臨濟(jì)南，繞城高速南線亮白色路燈的映照下，雪片紛飛。據(jù)齊魯交通發(fā)展集團(tuán)養(yǎng)護(hù)部部長張宏慶介紹，亮燈的能源，正來自于下方光伏路面白天存放在“光伏銀行”中的電。
據(jù)悉，光伏路面鋪設(shè)總面積達(dá)5875平方米，分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)容量峰值功率817.22千瓦，“預(yù)計可實現(xiàn)年發(fā)電量約100萬千瓦時?！蓖瑫r，試驗段實現(xiàn)為路燈、電子情報板、融雪劑自動噴淋設(shè)施、隧道及收費站提供電力供應(yīng)，余電上網(wǎng)。
盡管該項目尚處試驗階段，但未來三年的技術(shù)路線方向卻是實現(xiàn)車輛移動充電，使整個公路化身為一個巨大的“充電樁”。
“汽車產(chǎn)業(yè)的智能化與電氣化是兩大趨勢。一直以來，由于缺失公路的智能化配套，智能駕駛只能圍繞汽車單方面推進(jìn)；由于公路沒有實現(xiàn)電氣化變革，導(dǎo)致電動汽車只能蝸居在城市里?！鄙綎|光實能源有限公司董事長李武指出，光伏高速的市場化應(yīng)用有望一體推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)這兩大趨勢的進(jìn)程。
讓“純能耗”的交通，變?yōu)樾碌哪茉粗行模?/h2>
盡管首條光伏高速公路試驗路段僅在濟(jì)南正式開通上線后5天，就傳出了光伏路面面板失竊的消息，濃墨重彩般登場、頗具戲劇性的插曲、出現(xiàn)在相關(guān)政策調(diào)整的關(guān)鍵時刻，不免讓人唏噓不已。
但就整個公路本身，《人民日報》記者張保淑仍在《“光伏公路”通向智能交通時代》一文中認(rèn)為，“光伏公路”意味著道路交通可以成為新的能源中心，意味著路通道哪里，哪里就會有豐富的清潔電力資源，不僅可以為與高速公路相關(guān)的道路基礎(chǔ)設(shè)施提供電力支持，而且可以為方興未艾的電動汽車提供動力來源。
在她看來，“光伏公路”正在從根本上解決當(dāng)下電動汽車面臨的“行駛里程焦慮”，既可以提供電能，廣建充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施，又可以干脆通過無線充電技術(shù)，使電動車獲得如影隨形的充電服務(wù)。
徐春福的眼中，高速公路電氣化還將成為智能化的基礎(chǔ)。有了電，才能滿足照明、融雪、交通監(jiān)控、安全設(shè)施、無線通訊以及未來智能交通路端設(shè)備隨時隨地的用電需求，智能車輛在電氣化公路行駛過程中，同步實現(xiàn)著信息與能量的“握手”，也就是車與路的能量和信息交互，完成車輛自我校核和車路雙向校核，有了上述前提，智能交通就將成為現(xiàn)實。
然而，亦有專家認(rèn)為，“光伏高速公路的設(shè)想還是有些理想化?！?/p>
根據(jù)王欣在《電腦報》發(fā)表的《光伏高速公路看起來很美好》的評論文章中可見，經(jīng)對媒體報道數(shù)據(jù)的綜合分析，山東濟(jì)南的該段光伏高速公路的光電轉(zhuǎn)化效率“并不算高”，“即便索性刨去光伏組件的不匹配性、板間連線造成的能耗損失、透光混凝土覆蓋層的影響以及其他安裝角度因素，光伏面板的實際發(fā)電效率最多也只有理論值的八成左右?！?/p>
正如徐春福所言,實現(xiàn)汽車“邊跑邊充電”的設(shè)想也還是以后的事。電磁感應(yīng)式無線充電雖然效率較高，但要求特定的擺放位置才能實現(xiàn)精確充電，這對高速路上行駛的電動汽車而言無疑是一大技術(shù)難關(guān)。
此外，金屬感應(yīng)式接觸必然會導(dǎo)致發(fā)熱，而一旦線圈升溫，上面提到的畠體硅特性就會影響光伏面板的光電轉(zhuǎn)化效率了?！巴ㄟ^光伏面板儲電并在道路兩旁設(shè)立充電樁的方式顯然更加切實可行。”
除了技術(shù)可行性還有待更多相關(guān)數(shù)據(jù)資料的公布和實際運行過程的檢驗外，如何控制建設(shè)成本也是光伏高速公路在推廣和普及前所必須克服的一大難題。
根據(jù)參與濟(jì)南市繞域高速試驗路段項目的業(yè)內(nèi)人士介紹，由于模塊化的結(jié)構(gòu)特性，本次亮相的光伏高速公路在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)上的便利性雖優(yōu)于普通高速公路，但建設(shè)成本卻一點不低。
張宏超教授在接受央視采訪時亦表示，光伏發(fā)電的高昂成本曾一度為其科研帶來阻力，好在近年光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展已經(jīng)大大降低了光伏成本，光伏高速公路的路面造價最多只需要3000元每平方米。
如何降低成本，同時提高光電轉(zhuǎn)化效率，無疑是真正實現(xiàn)光伏公路普遍推廣的關(guān)鍵性問題之一。
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