云南高原山區高速公路光伏發電淺議

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40%左右，隧道的通風照明，橋梁的機電設施，直至收費站、服務區的電力供給已經成為高速公路保障車輛安全通行的重點考慮因素，遠離城鎮山區，跨越多個地區，就近接入地方電網是現階段供配電系統的主要結構。提高供配電等級，逐漸過渡到獨立的專網供電系統，結合云南高原山區日照充足，空氣潔凈，高速公路路域地帶土地權屬清晰，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，在規劃建設高速公路的同時，建設沿途專線供配電系統，引進太陽能光伏發電，既解決了高速公路沿途的用電所需，又符合綠色、健康、生態環保節能的理念。

關鍵詞：云南高速公路 能耗增長 電力供應 制約 日照充足 路域地帶 太陽能光伏發電

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0216-02

1 高速公路發展現狀

中國高速公路發展迅速，截止到2012年底，通車里程已經突破9.2萬公里，躍居世界第一，至2014年底，中國高速公路的通車總里程已達11.195萬公里，按照目前每年高速公路新增通車里程0.8萬公里計算，2015年底，中國高速公路通車總里程預計將達到12萬公里。

云南省高速公路發展始于1996年10月，昆明至嵩明近45公里高速公路建成通車，至2010年底達到2630公里，2014年增加到3255 km，預計到2015年底高速公路的通車里程將超過4000 km。

高速公路快速的發展，產生了較高經濟效益與社會效益，隨著在用汽車的數量的急劇上升，在改善和提高民眾生活質量和生活水平的同時，也帶來了能耗的快速增長，據有關統計資料顯示：目前，僅公路交通運輸行業的能耗就約占全社會能耗的7%～8%，是僅次于制造業的第二大能源消費行業，公路交通運輸行業已成為“十二五”期間我國節能減排的重點行業。

2 高速公路的能耗及對電能的需求

公路交通運輸行業的能耗可分為兩部分：第一是公路（主要是高速公路）運營管理中機電設施的能耗；第二是運營汽車的能耗。

高速公路運營管理中的能耗主要是沿線為車輛提供服務的監控、收費、通信、照明中的相關機電系統及服務區生活用電的能耗總和。機電系統作為高速公路的重要組成部分，事關道路營運、交通服務質量和安全水平的重要設施，其運行質量直接關系到公路營運水平的提升、運輸效率的提高和道路交通安全水平的改善與保障，而高速公路機電系統的運行質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。

運營車輛-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采和應用技術的能源，是目前運輸行業能源消耗的主流，因儲量有限（石油大約在50年后將逐漸枯竭），對大氣的污染（是大氣的主要污染源），目前屬于限制發展的能源，許多國家在政策和經濟上做出了許多的限制，在不遠的將來，將會逐漸淡出市場。

當前，在交通運輸行業，發展新型電動汽車是其中的一條出路，在技術方面，油電混合汽車的性能完全能夠滿足使用需求，純電動汽車一次充電的運行里程已超過200 km甚至接近300 km，國家已經制定了相關的標準，今年1月，京滬高速公路全線平均每50 km一個的充電樁已建成，可以完全滿足國標電動汽車的充電要求，這是國家能源發展戰略邁出的第一步，是國家在公路交通運輸行業實施節能減排的決心和行動，可以預見，在規?；碾妱悠囘M入市場之時，就是公路電力配給需求最為迫切之時。

綜上所述，無論是公路營運管理，還是公路車輛運行能耗所需，高質量的供配電系統不僅是當前高速公路營運的基本保障，而且是國家今后建設發展的重點。

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40%左右，隧道的通風照明，橋梁的機電設施，直至收費站、服務區的電力供給已經是高速公路保障車輛安全通行的重要因素，遠離城鎮的山區，跨越多個地區，就近接入地方電網是現階段供配電系統的主要結構。這種供電方式相對于高壓專線供電方式來講，一次性投資少，但受當地電網制約和影響比較嚴重，供電質量難以保證，提高供配電等級，逐漸過渡到獨立的高壓專網供電系統是云南高速公路供配電的發展趨勢。

云南地處高原山區，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，在建設高速公路的同時，規劃建設沿途專線供配電系統，利用太陽能光伏發電技術特征，采取沿途分散并網就近發電，就近消納，余電輸出，地方電網補充的運作方式，既可以解決了高速公路沿途的用電所需，又符合綠色、健康、生態環保節能的理念。

3 太陽能光伏發電的發展現狀

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

在中國，太陽投射到地球地面上的有效能量，按地區的不同其年輻射量在3350～8400 MJ/m2（大約在930～2333 kWh/m2）不等，多年來已經開發利用的太陽能熱水器就是一個典型應用范例。

太陽能光伏發電是利用特殊制造的材料實現太陽能的光輻射直接轉變為電能的技術，在歷經100多年實驗和開發后，出現了多種材料不同應用途徑的太陽能光伏板，目前，商業應用最高的轉換效率已經逼近20%，光伏板組件的成本已商業化到5元/瓦以下。

相關研究表明，大面積使用太陽能光伏發電，能有效減少二氧化碳的排放，減少溫室效應，改變地球氣候。按照相關的減排標準進行計算，每1兆瓦光伏太陽能發電每年可節省標準用煤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，具有明顯的節能減排效應。

在各國政府的激勵政策推動和技術進步的驅動下，太陽能光伏發電的投入和建設，在2001年至2008年期間，全球太陽能光伏發電快速增長，年均增速達50.2%，2008年全球新增光伏發電容量為5.95 GW，同比增長110%左右。2000年至2008年，全球太陽電池產量年均復合增長率為47%，2008年產量達到6.4 GW。同期，以歐美為主的全球太陽能光伏發電應用市場也以45%的年均復合增長率快速增長，到2008年全球累計裝機總量已接近15 GW。

根據歐盟委員會聯合研究中心（Joint Research Centre）（JRC）的預測，到2030年可再生能源在總能源結構中將占到30%以上，太陽能光伏發電在世界總電力的供應中將達到10%以上；2040年可再生能源將占總能耗50%以上，太陽能光伏發電將占總電力的20%以上；到21世紀末可再生能源在能源結構中將占到80%以上，太陽能光伏發電占到60%以上，顯示出重要戰略地位。

我國光伏太陽能在2000年后得到重視并迅速進入快速發展時期，在2004年以后，其產量連續5年增長率超過100%，2010年我國光伏電池產量已超過全球總產量的50%，并每年以接近3倍的速度上翻，僅2007年國內太陽能電池的產量就到達1180 MWp，在全球太陽能光伏電池市場的份額中占到27%，與同期的歐洲、日本和美國的產量分別是1062、920和266 MWp相比，中國已成為當年名副其實的光伏太陽能第一生產大國。

2012年的資料顯示，我國生產的光伏太陽能電池已占世界總產量的60%以上，然而國內市場用量不到10%，且大部分集中建設在西部遠離城市的荒漠之上。

為更好發展我國太陽能光伏發電，國家相繼出臺了一系列的政策和措施。

2013年7月，國務院發布《關于促進光伏產業健康發展的若干意見》相關部委就補貼、退稅、電價、項目管理、并網以及融資等問題陸續出臺配套政策。

2013年7月，國家發改委《分布式發電管理暫行辦法》。

2013年8月，國家發改委《關于發揮價格杠桿作用促進光伏產業健康發展的通知》。

……

開發新的太陽能光伏產品，拓展太陽能光伏發電的應用領域，與當前國家大政方針吻合，也是全球環境保護的發展趨勢。

總結我國太陽能光伏發電的發展歷史，在太陽能光伏發電建設之初多以規模化、集中式的模式發展，且大多集中在內蒙、寧夏和甘肅等遠離城市用電的區域，在重點考慮了我國荒漠化的土地資源利用的同時，沒有顧及到用電和產電在物理空間地域上不可避免的遠距離輸電網建設的投資，直至產生棄電。

4 云南高速公路太陽能光伏發電實施分析

居于上面分析，高速公路無論是在營運管理中還是在汽車運輸的能源消耗中，對電力的依賴和需求已經都成為了一個不爭的事實，今后，這種狀況隨著電動汽車的進入，電力能源消耗將會是一個有增無減的發展態勢。

一方面，調整現有的高速公路供配電系統結構，提高供配電的質量和負荷等級；另一方面，引進新技術，創新思維模式，利用已建設和待建設的云南高速公路路域地帶發展綠色能源，拓展能源的配給渠道，以云南省典型的山嶺重丘區高速公路路段、隧道和特大橋為研究重點突破口，引進太陽能光伏發電建設項目，研究太陽能光伏發電在云南省高速公路建設的實施方案是本項目的實施目標。

將太陽能光伏發電應用在云南省山區高速公路上，就近發電，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，拓展了太陽能光伏發電的應用領域，參考國外已有經驗和做法，將其作為太陽能光伏發電的新型、有效載體，實現光伏發電、交通運輸、節能減排、安全行駛、道路養護、耕地保護六者的高效整合與最佳統一，發展不占土地的高速公路光伏發電，具有較大的潛力，對推動交通科技自主創新、提高公路建設質量及標準具有積極的現實意義。

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

從發達國家的發展經驗看，大力發展光伏發電是解決能源消耗與環境問題矛盾，引導行業發展、推進行業技術進步的重要方法和手段，光伏發電作為一直比較看好的可再生能源，將從現在的補充能源開始，到替換能源，直至實現主流能源的過度，是將來解決能源進級換代最的理想能源。

云南省高速公路沿線用電設施系統構成比較復雜，種類繁多、布局分散，不同種類用電設施的技術和途徑及其能耗等有很大區別，傳統的配電方式較難滿足這樣的配電需求，而太陽能光伏發電系統的組成，可以根據道路設備用電狀況，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，發電容量按需組合，按需變化，對行駛的汽車無噪聲污染，無化學污染，也無反光干擾，設計的重點在于解決配置沿途專網供電線路后，綜合而靈活布局光伏組件及戶外開關柜的數量及位置設置等。

本著科學性、實用性原則，探索云南高速公路沿線光伏發電建設途徑，是節能減排工作向縱深發展的一個選擇，是推動我國高速公路交通運輸行業由高能耗、傳統模式向安全高效、節能環保的模式發展，促進行業全面、協調、可持續發展的長遠性和基礎性工作。同時，這樣的舉措，也為綠色低碳公路建設提供行業技術支撐，實現國家關于公路交通運輸行業的節能減排戰略要求。

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