“太陽能光伏”和“高速公路”是我們在社會生活中經(jīng)常接觸到的。前者直接把太陽光轉(zhuǎn)化為電力，為人們提供了新型綠色能源；后者則極大地變革人們的出行方式、提高了出行效率。如果把兩者結(jié)合起來會起什么樣的“化學反應(yīng)”呢？近日，在山東濟南問世的“中國首條光伏高速”吸引了人們的目光，這段全長僅約1.12公里的試驗路段向人們展示，現(xiàn)代道路交通系統(tǒng)正在悄然發(fā)生前所未有的大變革，其在繼續(xù)完成車輛通行的傳統(tǒng)使命的基礎(chǔ)上，將演進為現(xiàn)代清潔能源中心和現(xiàn)代智能交通的核心載體。
①發(fā)電量可觀 路面經(jīng)得起考驗
對“光伏公路”，發(fā)電量無疑是人們首先想了解的指標。該光伏高速試驗路段位于濟南市繞城高速南線，太陽能光伏路面鋪設(shè)長度1.08公里，總面積近5900平方米，分布式并網(wǎng)發(fā)電裝機容量峰值功率超過800千瓦，采用全額上網(wǎng)模式并網(wǎng)發(fā)電，年發(fā)電量約為100萬度。按照這樣的發(fā)電效率，此段試驗路段的效益無疑是很可觀的。
發(fā)電效益很重要，但是“光伏公路”作為一種道路基礎(chǔ)設(shè)施，其通行能力和安全性無疑更為重要。
“光伏公路”應(yīng)用的核心技術(shù)被稱為“承載式光伏路面技術(shù)”，由上海同濟大學交通運輸工程學院張宏超教授團隊研發(fā)，其核心是解決太陽能光伏組件路面承載問題，也就是使路面不僅有很好的透光性，保障光電轉(zhuǎn)化效率保持在較高水平，而且摩擦系數(shù)還必須符合道路交通安全性的要求，并經(jīng)得起各種車輛長期碾壓磨損。按照上述目標要求，張宏超團隊研發(fā)出的承載式光伏路面共分為三層：最表層為透光混凝土路面層，該層具有強度大、透光率高兩大特點；中間層為光伏面板，也就是光電轉(zhuǎn)化的功能層，利用路面空閑時間吸收陽光發(fā)電；第三層為絕緣層，既有對光伏面板的物理保護作用，又有防水防潮等性能。
經(jīng)山東省公路檢測中心的檢測，張宏超團隊研發(fā)的承載式光伏路面的技術(shù)指標和通行安全系數(shù)均超過當前普遍使用的瀝青混凝土路面，強度和使用性能均符合國家相關(guān)規(guī)定，完全滿足車輛行駛正常使用要求。參與測試的一名中巴車司機對該路面表示滿意。他說，駕車行駛在該種路面上，感覺和其他類型路面一樣。
?、谧兩砟茉粗行?邁向智能交通
“光伏公路”意味著道路交通可以成為新的能源中心，意味著路通到哪里，哪里就會有豐富的清潔電力資源，不僅可以為與高速公路有關(guān)的道路基礎(chǔ)設(shè)施比如道路標識系統(tǒng)等提供電力支持，而且可以為方興未艾的電動汽車提供動力來源。實際上，濟南市繞城高速南線這段“光伏公路”試驗路段目前已實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，并實現(xiàn)了與充電樁相連，可以隨時為電動汽車提供充電服務(wù)。不僅如此，這段光伏路面下還預(yù)留了電磁感應(yīng)線圈，隨著電動汽車無線充電技術(shù)的成熟，將來電動汽車在此路段行駛過程中，可實現(xiàn)邊行駛邊充電。由此可見，“光伏公路”正在從根本上解決當下電動汽車面臨的“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)。
由于清潔電能唾手可得，“光伏公路”使交通智能化有了更現(xiàn)實的條件。據(jù)報道，試驗路段預(yù)留了信息化端口，未來還可接入各種信息采集設(shè)備。車輛信息、擁堵狀況等信息將匯聚成交通大數(shù)據(jù)，并與其他方面的數(shù)據(jù)進行匯總分析，為智能交通、智慧城市的建設(shè)提供支持。在張宏超看來，從高速公路光伏路面到未來的智能交通，需要完成三步跨越。第一步是實現(xiàn)公路的電氣化，即公路要滿足未來智能設(shè)備隨時隨地用電需求，“光伏公路”的發(fā)展為此奠定了基礎(chǔ)。第二步是實現(xiàn)車路協(xié)同，即實現(xiàn)能源、信息、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合，讓人流與物流實現(xiàn)綠色、安全與高效通行。第三步是進入智慧交通階段，即智慧公路和城市道路共同構(gòu)成智慧交通體系，催生新的技術(shù)創(chuàng)新和模式創(chuàng)新。
由于自身可以產(chǎn)生足夠電能，“光伏公路”可以通過裝配電能轉(zhuǎn)換熱能的設(shè)備，智能感知路面結(jié)冰情況，開啟電力加熱系統(tǒng)，消融路面上的冰雪，大大提升行車安全系數(shù)，尤其是在北方冬季，行駛起來更安全。
?、劢档徒ㄔO(shè)成本 因地制宜推廣
就國際范圍而言，較早把太陽能光伏與道路交通結(jié)合在一起并付諸實踐的是一對美國科學家夫婦。2006年，他們提出了用太陽能板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的瀝青來建造所謂“太陽能公路”的設(shè)想，并研發(fā)了一種名為“太陽公路”的太陽能電池板。其表面的材質(zhì)是超耐磨的特殊玻璃，最高承重可達125噸。該太陽能道路系統(tǒng)項目后來在美國66號公路密蘇里路段開啟了小規(guī)模試點建設(shè)工程，但是囿于建設(shè)成本等因素，沒有得到推廣。
2016年12月，一條長約1000米、寬2米、單向行駛的“太陽能公路”在法國諾曼底的圖魯夫爾歐佩爾什鎮(zhèn)投入使用。這段公路年發(fā)電量約28萬度，可支撐一個5000人口的小鎮(zhèn)居民日常公共照明用電。
中國科學家研發(fā)的“太陽能公路”見諸報端始于2017年9月。在張宏超教授團隊的支持下，山東齊魯交通發(fā)展集團投資建設(shè)的660平方米光伏路面示范區(qū)在濟南鋪設(shè)完成，并實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。該光伏路面示范區(qū)同時配備了電動汽車充電樁、智能引導標線等衍生應(yīng)用設(shè)施。這是張宏超率領(lǐng)同濟大學科研團隊8年磨一劍，在光伏智能道路關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得的重要成果。
2007年10月，浙江省紹興市建成了一段世界上承重最大的太陽能試驗道路，并經(jīng)受了一輛重200噸的大型自卸車行駛，路面完好無損。這標志著浙江蘭亭太陽能科技有限公司、中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所和清華大學智慧城市與智慧交通研究中心等多家單位歷經(jīng)10年完成的“太陽一號”光伏路面道路成為當時世界上承重最大的太陽能試驗道路。
中國“光伏公路”的研發(fā)突破和試驗路段的建設(shè)讓人們感受到其光明的發(fā)展應(yīng)用前景。在中國科學院半導體研究所研究員曲勝春看來，“光伏公路”大規(guī)模推廣在很大程度上取決于建設(shè)和養(yǎng)護成本。實際上，正是受制于居高不下的成本，美國和法國的光伏公路項目仍然處于試驗應(yīng)用階段，沒能拓展開來。曲勝春認為，綜合考慮其通行和發(fā)電效益，建設(shè)成本只要控制在普通公路的1.5倍之內(nèi)，就有可行性。
據(jù)參與濟南市繞城高速試驗路段項目的業(yè)內(nèi)人士介紹，光伏高速路面建設(shè)成本比普通高速公路高出不少，而就養(yǎng)護而言，從實驗數(shù)據(jù)來看，光伏路面比普通高速公路的成本要低，同時，其模塊化設(shè)計為快速修復(fù)提供了便利。而降低“光伏公路”建設(shè)的成本則在很大程度上要依靠太陽能光伏技術(shù)的進步。隨著新型光伏材料比如鈣鈦礦光伏發(fā)電電池的開發(fā)利用，有望進一步提高光電轉(zhuǎn)換率同時降低價格，這將為“光伏公路”的建設(shè)和普及創(chuàng)造條件。
即使建設(shè)成本降下來，“光伏公路”的建設(shè)也要因地制宜。曲勝春指出，光伏發(fā)電的必要條件是日照充足，這顯然對于青海、甘肅、西藏、新疆等陽光照射充足的地區(qū)來說非常適宜，但是對于日照條件較弱、雨雪天氣較多的地區(qū)來說，建設(shè)“光伏公路”發(fā)電效率很低，因而得不償失。
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