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光伏公路:“交通+ 新能源”的实践构想
2018-07-02 11:15:52   来源:( 智能交通技术)   

    随着全球禁售燃油车的时间表纷纷出炉,业界亦在争论,未来是否应把充电桩放置在传统加油站内,以化解电动汽车产业最大的瓶颈?

    跳出思维的桎梏,不少道路设计专家及学者却想另辟蹊径,将目光转移到光伏产业领域,致力于将“绿色”的代表“太阳能”和“便捷”的代表“高速公路”联系在一起,创造全新的现代道路交通系统,在继续完成车辆通行的传统使命基础上,将其演进为现代清洁能源中心和现代智能交通的核心载体。



光伏跨界,融合新能源道路建设

    2016 年,国家能源局科技司《能源互联网应用于人人光伏发展研究》课题提出设想,预测到2035 年全国人均可享一千瓦光伏。
受上网电价调整、成本下降等多重因素影响,2017 年我国光伏发电市场规模快速扩大。由中国经济信息社发布的《中国清洁能源行业年度发展报告(2017 年度)》显示,当年,我国光伏发电装机容量继续保持快速增长,新增装机53.06GW,同比增长53.6%,连续5 年居世界第一。

    同时,分布式光伏新增19.44GW,同比增长3.7 倍。截至2017 年12 月底, 全国光伏发电累计装机容量达到130GW,其中,光伏电站100.59GW,分布式光伏29.66GW。

    在中科院半导体研究所研究员曲胜春看来,“光伏公路作为一种新生事物,比普通的公路增加了发电的功能。”技术发展已经使得“交通+新能源”融合变成可能,而随着封装材料和封装技术的发展,太阳电池将不再仅仅是发电器件,还可以用作道路或建筑材料,“实现跨界融合”。

    曲胜春口中的“光伏公路”,即指充分利用道路沿线光伏、风力和水力等清洁能源,依托多种能源协同发电以及大容量储能缓存等能源互联网尖端技术,以电动汽车等终端为能源信息移动载体,沿线建设分布式光伏电站、自驾车宿营地等能源信息节点,最终将其打造成为一条能源与信息有机融合的高速公路。


    实际上,早在2006 年,美国的一对科学家夫妇就提出了“光伏路面”的设想,并着手研制出一种Solarroadways 太阳能电池板,尽管其在强度及摩擦力等方面均较混凝土和沥青材料稍胜一筹,却最终因造价高昂而暂停搁置使用。

    11 年后,全球首段光伏路面也于法国西北部图鲁夫尔欧佩尔什镇正式投入使用,成为世界上第一段真正可供机动车行驶的“光伏公路”。

    根据测算,光伏路面每平方米一年的发电量可达239 度。假设以2016 年底我国公路里程统计数据458 万公里计算,公路仅两车道约321 亿平米铺设光伏路面,年发电量即可达到7.6 万亿度。而根据能源局公布的数据,同年我国社会总用电量不过只有5.9 万亿度。


    从另一方面看,东部地区虽然电力不足,但胜在路网稠密,充分利用东部路网优势,将路面作为能量收集平台、电力供给平台,将有望做到“自发自用”,不仅满足自身用电需求,还避免了“西电东送”过程中长距离输电导致的电力损失等问题。

    更有专家提出,在冬季雨雪天气,甚至可将“光伏公路”自身存储电量合理利用,为其增设电能转换热能的装置,而后通过人工开启或智能感知路面结冰情况开启电力加热系统,消融冰雪,保障出行安全。

全球首条光伏高速公路面世,通向绿色智能的“超级路”?

    2017年12月,齐鲁交通光伏路面技术负责人、同济大学交通运输工程学院教授张宏超耗时九年,专注光伏路面研究从地下车库出生,在体系下成长,孕育于同济大学道路与交通工程实验室,最终新鲜出炉,被搬到了山东济南的高速公路路面上。

    齐鲁交通发展集团党委书记、董事长徐春福为张宏超的产业化试验“刨开”了路面。在他看来,发电卖钱绝不是光伏高速公路发展的最终目的,在未来的某一天,他们要建成一条开往绿色、智能的“超级公路”——一种立体智能出行的未来交通系统,是以光伏路面为全线电气化、智能化载体,实现高时速(120 公里/ 小时以上)、高效率( 智能编组、同速汇流、智能分流)、高能效( 无线移动充电、智能供电管廊)、高智能( 预约出行、即时出行、无人驾驶、车路协同) 的绿色、安全、无接驳、点对点的全新出行方式。

    试验路段通车时,不少济南成中的车友到此体验,这段“看起来像玻璃,摸起来像土”的全球首条光伏高速公路,在他们眼中和平常的高速公路差不多,“没有镜面反射,刹车距离也和正常路面近似。”

    与相邻的超车道相比,光伏路面呈灰白色、颗粒感较强。不过,行车道和超车道的厚度基本一致。

    据悉,该段光伏路面分为三层。最表层为透光混凝土路面,具有高强度和超过90% 的透光率;中层为光伏板,可利用路面空闲时间吸收阳光发电;底层为绝缘层,三层结构总厚度不超过3 厘米。而在光伏路面之下,无需新建路基,仍是原先的沥青混凝土路面。只不过施工人员在两个月内,采用路面改造方案,将原路面结构精铣刨后加铺光伏发电层,用特殊胶水粘连,保持路面总厚度和标高不变,以保证路面承载能力,同时利于排水。



    当2018 年的第一场雪在千呼万唤中悄然降临济南,绕城高速南线亮白色路灯的映照下,雪片纷飞。据齐鲁交通发展集团养护部部长张宏庆介绍,亮灯的能源,正来自于下方光伏路面白天存放在“光伏银行”中的电。

    据悉,光伏路面铺设总面积达5875 平方米,分布式光伏并网发电装机容量峰值功率817.22 千瓦,“预计可实现年发电量约100 万千瓦时。”同时,试验段实现为路灯、电子情报板、融雪剂自动喷淋设施、隧道及收费站提供电力供应,余电上网。

    尽管该项目尚处试验阶段,但未来三年的技术路线方向却是实现车辆移动充电,使整个公路化身为一个巨大的“充电桩”。

    “汽车产业的智能化与电气化是两大趋势。一直以来,由于缺失公路的智能化配套,智能驾驶只能围绕汽车单方面推进;由于公路没有实现电气化变革,导致电动汽车只能蜗居在城市里。”山东光实能源有限公司董事长李武指出,光伏高速的市场化应用有望一体推进汽车产业这两大趋势的进程。

让“纯能耗”的交通,变为新的能源中心?

    尽管首条光伏高速公路试验路段仅在济南正式开通上线后5 天,就传出了光伏路面面板失窃的消息,浓墨重彩般登场、颇具戏剧性的插曲、出现在相关政策调整的关键时刻,不免让人唏嘘不已。

    但就整个公路本身,《人民日报》记者张保淑仍在《“光伏公路”通向智能交通时代》一文中认为,“光伏公路”意味着道路交通可以成为新的能源中心,意味着路通道哪里,哪里就会有丰富的清洁电力资源,不仅可以为与高速公路相关的道路基础设施提供电力支持,而且可以为方兴未艾的电动汽车提供动力来源。

    在她看来,“光伏公路”正在从根本上解决当下电动汽车面临的“行驶里程焦虑”,既可以提供电能,广建充电桩等基础设施,又可以干脆通过无线充电技术,使电动车获得如影随形的充电服务。

    徐春福的眼中,高速公路电气化还将成为智能化的基础。有了电,才能满足照明、融雪、交通监控、安全设施、无线通讯以及未来智能交通路端设备随时随地的用电需求,智能车辆在电气化公路行驶过程中,同步实现着信息与能量的“握手”,也就是车与路的能量和信息交互,完成车辆自我校核和车路双向校核,有了上述前提,智能交通就将成为现实。

    然而,亦有专家认为,“光伏高速公路的设想还是有些理想化。”

    根据王欣在《电脑报》发表的《光伏高速公路看起来很美好》的评论文章中可见,经对媒体报道数据的综合分析,山东济南的该段光伏高速公路的光电转化效率“并不算高”,“即便索性刨去光伏组件的不匹配性、板间连线造成的能耗损失、透光混凝土覆盖层的影响以及其他安装角度因素,光伏面板的实际发电效率最多也只有理论值的八成左右。”

    正如徐春福所言, 实现汽车“边跑边充电”的设想也还是以后的事。电磁感应式无线充电虽然效率较高,但要求特定的摆放位置才能实现精确充电,这对高速路上行驶的电动汽车而言无疑是一大技术难关。

    此外,金属感应式接触必然会导致发热,而一旦线圈升温,上面提到的畠体硅特性就会影响光伏面板的光电转化效率了。“通过光伏面板储电并在道路两旁设立充电桩的方式显然更加切实可行。”

    除了技术可行性还有待更多相关数据资料的公布和实际运行过程的检验外,如何控制建设成本也是光伏高速公路在推广和普及前所必须克服的一大难题。

    根据参与济南市绕域高速试验路段项目的业内人士介绍,由于模块化的结构特性,本次亮相的光伏高速公路在养护环节上的便利性虽优于普通高速公路,但建设成本却一点不低。

    张宏超教授在接受央视采访时亦表示,光伏发电的高昂成本曾一度为其科研带来阻力,好在近年光伏发电产业高速发展已经大大降低了光伏成本,光伏高速公路的路面造价最多只需要3000 元每平方米。

    如何降低成本,同时提高光电转化效率,无疑是真正实现光伏公路普遍推广的关键性问题之一。

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