云南高原山區(qū)高速公路光伏發(fā)電淺議

解天

摘 要：云南省高速公路大部分路段修建在崇山峻嶺間，已建成的云南高速公路中，橋隧比例高達(dá)40%左右，隧道的通風(fēng)照明，橋梁的機(jī)電設(shè)施，直至收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)的電力供給已經(jīng)成為高速公路保障車輛安全通行的重點(diǎn)考慮因素，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)山區(qū)，跨越多個(gè)地區(qū)，就近接入地方電網(wǎng)是現(xiàn)階段供配電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。提高供配電等級(jí)，逐漸過(guò)渡到獨(dú)立的專網(wǎng)供電系統(tǒng)，結(jié)合云南高原山區(qū)日照充足，空氣潔凈，高速公路路域地帶土地權(quán)屬清晰，橋隧、立交、邊坡及分隔帶上存在大量閑置土地資源可供利用的條件，在規(guī)劃建設(shè)高速公路的同時(shí)，建設(shè)沿途專線供配電系統(tǒng)，引進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電，既解決了高速公路沿途的用電所需，又符合綠色、健康、生態(tài)環(huán)保節(jié)能的理念。

關(guān)鍵詞：云南高速公路 能耗增長(zhǎng) 電力供應(yīng) 制約 日照充足 路域地帶 太陽(yáng)能光伏發(fā)電

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0216-02

1 高速公路發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)高速公路發(fā)展迅速，截止到2012年底，通車?yán)锍桃呀?jīng)突破9.2萬(wàn)公里，躍居世界第一，至2014年底，中國(guó)高速公路的通車總里程已達(dá)11.195萬(wàn)公里，按照目前每年高速公路新增通車?yán)锍?.8萬(wàn)公里計(jì)算，2015年底，中國(guó)高速公路通車總里程預(yù)計(jì)將達(dá)到12萬(wàn)公里。

云南省高速公路發(fā)展始于1996年10月，昆明至嵩明近45公里高速公路建成通車，至2010年底達(dá)到2630公里，2014年增加到3255 km，預(yù)計(jì)到2015年底高速公路的通車?yán)锍虒⒊^(guò)4000 km。

高速公路快速的發(fā)展，產(chǎn)生了較高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，隨著在用汽車的數(shù)量的急劇上升，在改善和提高民眾生活質(zhì)量和生活水平的同時(shí)，也帶來(lái)了能耗的快速增長(zhǎng)，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示：目前，僅公路交通運(yùn)輸行業(yè)的能耗就約占全社會(huì)能耗的7%～8%，是僅次于制造業(yè)的第二大能源消費(fèi)行業(yè)，公路交通運(yùn)輸行業(yè)已成為“十二五”期間我國(guó)節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。

2 高速公路的能耗及對(duì)電能的需求

公路交通運(yùn)輸行業(yè)的能耗可分為兩部分：第一是公路（主要是高速公路）運(yùn)營(yíng)管理中機(jī)電設(shè)施的能耗；第二是運(yùn)營(yíng)汽車的能耗。

高速公路運(yùn)營(yíng)管理中的能耗主要是沿線為車輛提供服務(wù)的監(jiān)控、收費(fèi)、通信、照明中的相關(guān)機(jī)電系統(tǒng)及服務(wù)區(qū)生活用電的能耗總和。機(jī)電系統(tǒng)作為高速公路的重要組成部分，事關(guān)道路營(yíng)運(yùn)、交通服務(wù)質(zhì)量和安全水平的重要設(shè)施，其運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到公路營(yíng)運(yùn)水平的提升、運(yùn)輸效率的提高和道路交通安全水平的改善與保障，而高速公路機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量在很大程度上依賴于電力的供給與保障，這部分能源主要以電能的形式體現(xiàn)。

運(yùn)營(yíng)車輛-的能耗目前主要為化石能源（汽油和柴油），這是一種有著比較成熟開(kāi)采和應(yīng)用技術(shù)的能源，是目前運(yùn)輸行業(yè)能源消耗的主流，因儲(chǔ)量有限（石油大約在50年后將逐漸枯竭），對(duì)大氣的污染（是大氣的主要污染源），目前屬于限制發(fā)展的能源，許多國(guó)家在政策和經(jīng)濟(jì)上做出了許多的限制，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，將會(huì)逐漸淡出市場(chǎng)。

當(dāng)前，在交通運(yùn)輸行業(yè)，發(fā)展新型電動(dòng)汽車是其中的一條出路，在技術(shù)方面，油電混合汽車的性能完全能夠滿足使用需求，純電動(dòng)汽車一次充電的運(yùn)行里程已超過(guò)200 km甚至接近300 km，國(guó)家已經(jīng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，今年1月，京滬高速公路全線平均每50 km一個(gè)的充電樁已建成，可以完全滿足國(guó)標(biāo)電動(dòng)汽車的充電要求，這是國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略邁出的第一步，是國(guó)家在公路交通運(yùn)輸行業(yè)實(shí)施節(jié)能減排的決心和行動(dòng)，可以預(yù)見(jiàn)，在規(guī)模化的電動(dòng)汽車進(jìn)入市場(chǎng)之時(shí)，就是公路電力配給需求最為迫切之時(shí)。

綜上所述，無(wú)論是公路營(yíng)運(yùn)管理，還是公路車輛運(yùn)行能耗所需，高質(zhì)量的供配電系統(tǒng)不僅是當(dāng)前高速公路營(yíng)運(yùn)的基本保障，而且是國(guó)家今后建設(shè)發(fā)展的重點(diǎn)。

云南省高速公路大部分路段修建在崇山峻嶺間，已建成的云南高速公路中，橋隧比例高達(dá)40%左右，隧道的通風(fēng)照明，橋梁的機(jī)電設(shè)施，直至收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)的電力供給已經(jīng)是高速公路保障車輛安全通行的重要因素，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的山區(qū)，跨越多個(gè)地區(qū)，就近接入地方電網(wǎng)是現(xiàn)階段供配電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。這種供電方式相對(duì)于高壓專線供電方式來(lái)講，一次性投資少，但受當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)制約和影響比較嚴(yán)重，供電質(zhì)量難以保證，提高供配電等級(jí)，逐漸過(guò)渡到獨(dú)立的高壓專網(wǎng)供電系統(tǒng)是云南高速公路供配電的發(fā)展趨勢(shì)。

云南地處高原山區(qū)，平均海拔2000 m左右，日照充足，空氣潔凈，高速公路路域地帶土地權(quán)屬清晰，在橋隧、立交、甚至邊坡及分隔帶上均存在大量閑置土地資源可供利用，在建設(shè)高速公路的同時(shí)，規(guī)劃建設(shè)沿途專線供配電系統(tǒng)，利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)特征，采取沿途分散并網(wǎng)就近發(fā)電，就近消納，余電輸出，地方電網(wǎng)補(bǔ)充的運(yùn)作方式，既可以解決了高速公路沿途的用電所需，又符合綠色、健康、生態(tài)環(huán)保節(jié)能的理念。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)權(quán)威部門發(fā)布的資料及相關(guān)的測(cè)試表明，地表每平方米平均每年接收到的輻射大約在1000～2000 kWh之間，國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，在全球4%的沙漠上安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，就足以滿足全球能源需求，光伏發(fā)電具有廣闊的發(fā)展空間（屋頂、建筑面、空地和沙漠等），潛力十分巨大。

在中國(guó)，太陽(yáng)投射到地球地面上的有效能量，按地區(qū)的不同其年輻射量在3350～8400 MJ/m2（大約在930～2333 kWh/m2）不等，多年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)利用的太陽(yáng)能熱水器就是一個(gè)典型應(yīng)用范例。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用特殊制造的材料實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的光輻射直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)，在歷經(jīng)100多年實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)后，出現(xiàn)了多種材料不同應(yīng)用途徑的太陽(yáng)能光伏板，目前，商業(yè)應(yīng)用最高的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)逼近20%，光伏板組件的成本已商業(yè)化到5元/瓦以下。

相關(guān)研究表明，大面積使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電，能有效減少二氧化碳的排放，減少溫室效應(yīng)，改變地球氣候。按照相關(guān)的減排標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，每1兆瓦光伏太陽(yáng)能發(fā)電每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)用煤335.84 t，減少CO2和SO2排放分別為837.09 t和25.06 t，減少煙塵排放228.57 t，具有明顯的節(jié)能減排效應(yīng)。

在各國(guó)政府的激勵(lì)政策推動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動(dòng)下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的投入和建設(shè)，在2001年至2008年期間，全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電快速增長(zhǎng)，年均增速達(dá)50.2%，2008年全球新增光伏發(fā)電容量為5.95 GW，同比增長(zhǎng)110%左右。2000年至2008年，全球太陽(yáng)電池產(chǎn)量年均復(fù)合增長(zhǎng)率為47%，2008年產(chǎn)量達(dá)到6.4 GW。同期，以歐美為主的全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用市場(chǎng)也以45%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，到2008年全球累計(jì)裝機(jī)總量已接近15 GW。

根據(jù)歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心（Joint Research Centre）（JRC）的預(yù)測(cè)，到2030年可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力的供應(yīng)中將達(dá)到10%以上；2040年可再生能源將占總能耗50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電占到60%以上，顯示出重要戰(zhàn)略地位。

我國(guó)光伏太陽(yáng)能在2000年后得到重視并迅速進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，在2004年以后，其產(chǎn)量連續(xù)5年增長(zhǎng)率超過(guò)100%，2010年我國(guó)光伏電池產(chǎn)量已超過(guò)全球總產(chǎn)量的50%，并每年以接近3倍的速度上翻，僅2007年國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量就到達(dá)1180 MWp，在全球太陽(yáng)能光伏電池市場(chǎng)的份額中占到27%，與同期的歐洲、日本和美國(guó)的產(chǎn)量分別是1062、920和266 MWp相比，中國(guó)已成為當(dāng)年名副其實(shí)的光伏太陽(yáng)能第一生產(chǎn)大國(guó)。

2012年的資料顯示，我國(guó)生產(chǎn)的光伏太陽(yáng)能電池已占世界總產(chǎn)量的60%以上，然而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)用量不到10%，且大部分集中建設(shè)在西部遠(yuǎn)離城市的荒漠之上。

為更好發(fā)展我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電，國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列的政策和措施。

2013年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》相關(guān)部委就補(bǔ)貼、退稅、電價(jià)、項(xiàng)目管理、并網(wǎng)以及融資等問(wèn)題陸續(xù)出臺(tái)配套政策。

2013年7月，國(guó)家發(fā)改委《分布式發(fā)電管理暫行辦法》。

2013年8月，國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》。

……

開(kāi)發(fā)新的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品，拓展太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域，與當(dāng)前國(guó)家大政方針吻合，也是全球環(huán)境保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。

總結(jié)我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展歷史，在太陽(yáng)能光伏發(fā)電建設(shè)之初多以規(guī)?；⒓惺降哪Ｊ桨l(fā)展，且大多集中在內(nèi)蒙、寧夏和甘肅等遠(yuǎn)離城市用電的區(qū)域，在重點(diǎn)考慮了我國(guó)荒漠化的土地資源利用的同時(shí)，沒(méi)有顧及到用電和產(chǎn)電在物理空間地域上不可避免的遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)建設(shè)的投資，直至產(chǎn)生棄電。

4 云南高速公路太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)施分析

居于上面分析，高速公路無(wú)論是在營(yíng)運(yùn)管理中還是在汽車運(yùn)輸?shù)哪茉聪闹?，?duì)電力的依賴和需求已經(jīng)都成為了一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，今后，這種狀況隨著電動(dòng)汽車的進(jìn)入，電力能源消耗將會(huì)是一個(gè)有增無(wú)減的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

一方面，調(diào)整現(xiàn)有的高速公路供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高供配電的質(zhì)量和負(fù)荷等級(jí)；另一方面，引進(jìn)新技術(shù)，創(chuàng)新思維模式，利用已建設(shè)和待建設(shè)的云南高速公路路域地帶發(fā)展綠色能源，拓展能源的配給渠道，以云南省典型的山嶺重丘區(qū)高速公路路段、隧道和特大橋?yàn)檠芯恐攸c(diǎn)突破口，引進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目，研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電在云南省高速公路建設(shè)的實(shí)施方案是本項(xiàng)目的實(shí)施目標(biāo)。

將太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用在云南省山區(qū)高速公路上，就近發(fā)電，就近消納，減少了輸電線路電能的線損，提高了電能的利用率，拓展了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域，參考國(guó)外已有經(jīng)驗(yàn)和做法，將其作為太陽(yáng)能光伏發(fā)電的新型、有效載體，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、交通運(yùn)輸、節(jié)能減排、安全行駛、道路養(yǎng)護(hù)、耕地保護(hù)六者的高效整合與最佳統(tǒng)一，發(fā)展不占土地的高速公路光伏發(fā)電，具有較大的潛力，對(duì)推動(dòng)交通科技自主創(chuàng)新、提高公路建設(shè)質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

2011年，意大利在西西里已經(jīng)建設(shè)完成了世界第一條全部設(shè)施以太陽(yáng)能為動(dòng)力的高速公路，安裝的太陽(yáng)能光伏裝置能滿足沿線設(shè)施的電力需求，包括路燈、隧道風(fēng)機(jī)、路牌、緊急電話及路上所有需要靠太陽(yáng)能運(yùn)行的裝置。

從發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)看，大力發(fā)展光伏發(fā)電是解決能源消耗與環(huán)境問(wèn)題矛盾，引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展、推進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要方法和手段，光伏發(fā)電作為一直比較看好的可再生能源，將從現(xiàn)在的補(bǔ)充能源開(kāi)始，到替換能源，直至實(shí)現(xiàn)主流能源的過(guò)度，是將來(lái)解決能源進(jìn)級(jí)換代最的理想能源。

云南省高速公路沿線用電設(shè)施系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，種類繁多、布局分散，不同種類用電設(shè)施的技術(shù)和途徑及其能耗等有很大區(qū)別，傳統(tǒng)的配電方式較難滿足這樣的配電需求，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，可以根據(jù)道路設(shè)備用電狀況，路邊空余地塊狀況、施工情況的難易等靈活配置，施工周期短，發(fā)電容量按需組合，按需變化，對(duì)行駛的汽車無(wú)噪聲污染，無(wú)化學(xué)污染，也無(wú)反光干擾，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于解決配置沿途專網(wǎng)供電線路后，綜合而靈活布局光伏組件及戶外開(kāi)關(guān)柜的數(shù)量及位置設(shè)置等。

本著科學(xué)性、實(shí)用性原則，探索云南高速公路沿線光伏發(fā)電建設(shè)途徑，是節(jié)能減排工作向縱深發(fā)展的一個(gè)選擇，是推動(dòng)我國(guó)高速公路交通運(yùn)輸行業(yè)由高能耗、傳統(tǒng)模式向安全高效、節(jié)能環(huán)保的模式發(fā)展，促進(jìn)行業(yè)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)性和基礎(chǔ)性工作。同時(shí)，這樣的舉措，也為綠色低碳公路建設(shè)提供行業(yè)技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)國(guó)家關(guān)于公路交通運(yùn)輸行業(yè)的節(jié)能減排戰(zhàn)略要求。

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