電氣化高速公路發(fā)展背景及改革建議

刁萌萌 韓雪 趙震 張倩 陸安琪

東北大學(xué)秦皇島分校 河北省秦皇島市 066004

在大氣污染日益加劇的今天，打造節(jié)能、環(huán)保的新型公路交通運(yùn)輸系統(tǒng)似乎已經(jīng)成為世界各國(guó)發(fā)展的目標(biāo)。隨著科技的不斷發(fā)展，世界各國(guó)面臨著能源短缺、環(huán)境惡化、大氣污染等國(guó)際性問題，如何尋找一種新途徑解決當(dāng)前環(huán)境問題已經(jīng)成為各國(guó)交流發(fā)展的共同話題。第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)指出，世界各方將加強(qiáng)對(duì)氣候變化威脅的全球應(yīng)對(duì)，把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度之內(nèi)，并為把升溫控制在1.5攝氏度之內(nèi)而努力。全球?qū)⒈M快實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放達(dá)峰，本世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放。汽車尾氣的排放是全球氣體污染的主要危害，解決汽車尾氣的排放問題對(duì)環(huán)境的保護(hù)與發(fā)展將會(huì)具有重要意義。

1 電氣化高速公路研究現(xiàn)狀

電氣化高速公路系統(tǒng)最早是由西門子公司提出，并于2012年在瑞典開展了全世界首個(gè)電氣化高速公路系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目。瑞典耶夫勒堡省議會(huì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人JanNylander指出，電氣化高速公路系統(tǒng)結(jié)合了久經(jīng)考驗(yàn)的鐵路技術(shù)與公路運(yùn)輸?shù)撵`活性，利用斯堪尼亞的混合動(dòng)力技術(shù)，將會(huì)實(shí)現(xiàn)降低能耗和節(jié)能減排的目標(biāo)。2014年西門子宣布將美國(guó)洛杉磯和長(zhǎng)灘附近的一段約3.2千米的高速公路延長(zhǎng)段架設(shè)電力混合驅(qū)動(dòng)貨運(yùn)載重卡車電氣化接觸網(wǎng)系統(tǒng)，并開始進(jìn)行多項(xiàng)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。2015年西門子與卡車制造商斯堪尼亞宣布，西門子將在瑞典斯德哥爾摩背部?jī)晒镩L(zhǎng)的E16公路架設(shè)電氣化接觸網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)歐洲的第一個(gè)電氣化公路系統(tǒng)。

2016年6月，安裝有智能受電弓系統(tǒng)的貨車首次在電氣化高速公路上行駛。而在2017年，西門子公司宣布與德國(guó)黑森林州達(dá)成合作協(xié)議，在德國(guó)A5聯(lián)邦公路架設(shè)總長(zhǎng)10公里的接觸網(wǎng)系統(tǒng)，建設(shè)成為德國(guó)首個(gè)電氣化公路。西門子的eHighway電氣化公路實(shí)現(xiàn)成功運(yùn)行表明，未來公路交通運(yùn)輸將要向電氣化高速公路轉(zhuǎn)變，屆時(shí)將會(huì)實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能減排。

2 世界各國(guó)面臨的環(huán)境問題

自第二次工業(yè)革命以來，人類文明進(jìn)入了快速發(fā)展的新時(shí)代。19世紀(jì)80年代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，推動(dòng)了汽車、輪船、飛機(jī)的快速發(fā)展。1870年，全世界石油需求量約為80萬噸，至1900年已經(jīng)猛增至2000萬噸。在伴隨著經(jīng)濟(jì)、科技、軍事不斷發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境也遭受到了嚴(yán)重破壞。英國(guó)是第二次工業(yè)革命的急先鋒，同時(shí)它也是世界上遭受工業(yè)革命影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一。在1952年英國(guó)發(fā)生了一次環(huán)境危機(jī)，1952年12月5-8日，英國(guó)倫敦被濃霧籠罩，在這四天里，倫敦的死亡人數(shù)得到了4000多人，在其后的兩個(gè)月里，相繼有8000人死亡，據(jù)悉“倫敦?zé)熿F事件”中，倫敦空氣塵粒濃度達(dá)4.46毫克每平方米，是平常的十倍，其余的有害氣體也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常水平。著名的環(huán)境污染事件還有美國(guó)的洛杉磯光化學(xué)煙霧事件等。這些事件為我們敲響了警鐘，保護(hù)環(huán)境，即在當(dāng)下。

環(huán)境問題同科技發(fā)展，已成為人類社會(huì)共同的關(guān)注主題。而全球化程度的加深，為國(guó)際環(huán)境合作的實(shí)現(xiàn)提供了政治、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和法律平臺(tái)，這為科技的推廣普及奠定了基礎(chǔ)。全球范圍的合作已成為世界共識(shí)和務(wù)實(shí)合作，并已取得了一定成效。

3 傳統(tǒng)汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境的影響

隨著科技的進(jìn)步，汽車在為人們帶來高效、便捷的出行方式的時(shí)候，也不可避免的帶來了環(huán)境問題。汽車尾氣的排放對(duì)大氣造成的危害讓世界各國(guó)頭痛，人類迫切地想找到一種新的交通方式取代過去的傳統(tǒng)燃油汽車，以減輕對(duì)大氣的污染。據(jù)了解，汽車尾氣中含有一氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫、含鉛化合物、醛以及鉛塵、煙塵等固體顆粒物，對(duì)大氣造成了極大地破壞，同時(shí)也是霧霾的主要制造者之一。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車每燃燒1千克汽油，需要消耗15千克的新鮮空氣，排除150~200克的一氧化碳、4~8克的碳?xì)浠衔铩?~20克的氧化氮等污染物。其中，一定濃度的碳氧化物在靜風(fēng)、逆溫等特定條件下與氮氧化物結(jié)合會(huì)形成光化學(xué)煙霧。當(dāng)與二氧化硫結(jié)合時(shí)會(huì)形成硫酸霧，引發(fā)呼吸道等疾病。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以看出，電力汽車對(duì)環(huán)境的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車對(duì)環(huán)境的影響。目前我國(guó)的貨運(yùn)主要依靠大型燃油汽車來完成，公路運(yùn)輸貨運(yùn)量大，對(duì)環(huán)境造成的影響也大。因此解決傳統(tǒng)公路運(yùn)輸問題是解決我國(guó)大氣污染的關(guān)鍵因素之一。而隨著公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，電氣化高速公路系統(tǒng)的發(fā)展也成為未來交通運(yùn)輸方式的趨勢(shì)之一。

4 新能源運(yùn)輸方式的興起

新能源汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，政府部門期待新能源可以解決傳統(tǒng)能源短缺和環(huán)境污染的問題，也希望能在新能源汽車的發(fā)展中把握戰(zhàn)略機(jī)遇，加快中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?！笆濉逼陂g，我國(guó)新能源汽車正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化將分三步走，第一步2008—2010年，在大城市公共服務(wù)領(lǐng)域開展示范運(yùn)行，這是產(chǎn)業(yè)化前期。第二步是2011—2015年（“十二五”）開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，在全全社會(huì)推廣新能源城市客車、混合動(dòng)力轎車、小型電動(dòng)車。第三步是2016-2020年（“十三五”），進(jìn)一步普及新能源汽車、多能源混合動(dòng)力車，插電式電動(dòng)轎車，氫燃料電池轎車將逐步進(jìn)入普通家庭。2015年，我國(guó)新能源汽車行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為3.69萬億元，隨著未來幾年噴井式增長(zhǎng)，我國(guó)新能源汽車行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到39.97萬億元。

目前全球新能源汽車發(fā)展已經(jīng)形成了共識(shí)，從長(zhǎng)期來看，包括純電動(dòng)、燃料電池技術(shù)在內(nèi)的純電驅(qū)動(dòng)將是新能源汽車的主要技術(shù)方向，在短期內(nèi)，油電混合、插電式混合動(dòng)力將是重要的過渡路線。電氣化高速公路的設(shè)想響應(yīng)國(guó)家對(duì)于能源優(yōu)化的號(hào)召，既可以節(jié)約不可再生能源，又能減少污染物的排放，是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要戰(zhàn)略手段之一。

5 方案分析

電氣化高速公路結(jié)合了電子信息、互聯(lián)網(wǎng)加、材料、車輛設(shè)計(jì)、環(huán)境能源等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，屬于一種新型的未來交通方式。目前電氣化高速公路技術(shù)手段尚未成熟，能源動(dòng)力系統(tǒng)有待完善，與此同時(shí)電氣化高速公路的建設(shè)還需要國(guó)家政策的支持。在此筆者提出以下幾個(gè)建議：

（1）加快電氣化高速公路技術(shù)方案的完善。電氣化高速公路包括電氣化公路、電力汽車、接觸網(wǎng)以及儲(chǔ)電站等基礎(chǔ)設(shè)施。電力汽車與無軌電車技術(shù)相近，在電力汽車的設(shè)計(jì)方案中以無軌電車受電弓技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合人車交互技術(shù)、電子信息技術(shù)改造成為智能受電弓，在變道過程中可以充分發(fā)揮人工智能優(yōu)勢(shì)，使汽車變道方式更加靈活。

（2）政府機(jī)關(guān)扶持。隨著大氣污染的日益加劇，煤炭石油資源逐漸枯竭，世界各國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到保護(hù)資源環(huán)境的重要性。電氣化高速公路作為一種綠色交通方式，使用電能發(fā)電，不排放污染性氣體，有效利用了能源。各國(guó)政府應(yīng)當(dāng)積極建設(shè)實(shí)施電氣化高速公路方案，在技術(shù)研究方面加大投資力度，并制定相關(guān)法律條令，對(duì)原有高速公路進(jìn)行改造，打造一條示范性電氣化高速公路。

表1 傳統(tǒng)燃油車與電力汽車污染物排放量

（3）制定相關(guān)補(bǔ)貼政策，加大投資力度。電氣化高速公路的建設(shè)是一項(xiàng)耗資巨大的民生工程，涉及到各行各業(yè)人員。政府機(jī)構(gòu)制定相關(guān)補(bǔ)貼政策，鼓勵(lì)支持民營(yíng)貨運(yùn)客車改造成為電力汽車，并提供一定的資金補(bǔ)貼。政府與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作，將項(xiàng)目承包給企業(yè)，由企業(yè)組織研發(fā)人員、施工人員，完成電氣化高速公路儲(chǔ)電站、管理中心、調(diào)度中心等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

電氣化高速公路的發(fā)展離不開各國(guó)政府的支持。電氣化高速公路具有像普通高速公路一樣的靈活性，并且通行能力大，運(yùn)輸成本低，同時(shí)有效降低了汽車對(duì)石油資源的消耗，提高了能源利用率，對(duì)資源環(huán)境起到了保護(hù)作用。在電氣化高速公路上運(yùn)行的電力汽車與高速公路上方接觸網(wǎng)接觸，使用電力驅(qū)動(dòng)汽車行駛，節(jié)約了世界石油資源，緩解了各國(guó)的石油壓力?？傊?，電氣化高速公路是未來一種新型綠色交通方式，需要世界各國(guó)政府?dāng)y手合作，共同發(fā)展建設(shè)電氣化高速公路，為世界的資源環(huán)境以及能源做出貢獻(xiàn)。