電氣化高速公路的探索與發展

蘇川翔　高君彬　連思蘭　邊智穎　胥光穎

摘 要 目前95%的新能源汽車均為電池供電，而電氣化高速公路系統可解決電池續航能力差的問題，使新能源汽車能夠獲得源源不斷的電動力，其在我國必然會受到政府的支持且有很大的發展空間。本文就此系統的發展背景與歷程進行論述，并介紹了此系統與其未來發展前景。

關鍵詞 電氣化 高速公路 發展

1宏觀背景分析

1.1我國對新能源汽車的政策分析

在國務院發布的《中國的能源政策》白皮書中提到我國目前石油對外依存度達到57%，且機動車氮氧化物排放量已經占到排放總量的40%以上。大氣污染嚴重，石油資源極度匱乏，解決能源短缺、環境污染等問題刻不容緩。時下我國已成為世界第一大碳排放國、第二大能源消費國和第三大石油進口國。為了解決我國環境污染與能源消耗的不合理現狀，2017年1-10月國家累計出臺32項新能源汽車相關政策，其核心觀念是能源結構調整與節能減排。

1.2我國存在電力過剩情況

中國電網電力備用容量分析報告顯示，我國平均備用容量約為28%，而標準規劃備用容量僅為15%。與全國平均電力備用容量相比，我國主要區域電網區域的電力備用容量存在顯著差異：東北地區的電力備用容量高達60%，緊接著是西北地區的49%，南部電網區域是35%，北部是24%，東部是16%，中部是15%。并且我國的電力產能過剩還在加劇。因此，我們應該想方設法將電力能源投入汽車的能源消耗中，用其替換掉傳統的石油，即能達到電力能源充分利用的目的，還能達到節能減排的效果。

2公路電氣化的發展歷程

汽車電氣化主要分為四階段：蒸汽機汽車-電動汽車階段（1881年-1885年）、蒸汽機汽車-電動汽車-燃油汽車獨霸階段（1885年-1925年）、燃油汽車獨霸階段（1925年-1960年）、電動汽車再次復興-其他新能源技術涌現-影響燃油汽車階段（1960年-今）。

而以下是電車系統的發展歷程。1879年，在柏林世博會上，西門子和哈爾斯合展長達550m的電氣化鐵路，這是人類史上第一次用電力來牽引列車的做法。1881年5月，德國在柏林近郊的利西特菲爾德修建的長達2.15km的電氣化鐵路正式投入運行。1908年，無軌電車首現維也納，歐洲許多城市隨后掀起無軌電車熱潮。在我國，第一條無軌電車系統在1914年11月15日首次在上海現身，隨后北京、廣州、青島等城市相繼投入使用。1979年鄭州首現無軌電車。2012年，西門子公司提出電氣化公路的概念。2014年，西門子宣布在美國架設電力混合驅動卡車電氣化接觸網的系統，并開始進行相應實驗。2015年，西門子與斯堪尼亞宣布，在斯德哥爾摩背部約兩公里長的E16公路上架設起電氣化接觸網系統。2017年，西門子公司宣布與黑森林州合作，在德國A5的聯邦公路架設總長約10公里的接觸網系統。與此同時，我國的無軌電車也有一定的發展，在2017年保定市已經投資5.9億元用于兩條雙源無軌電車的開發建設。

3電氣化高速公路系統

電氣化高速公路系統是一套集接觸網、電力汽車、高速公路于一體的智能交通運輸系統。其通過接觸網為在供電高速區行駛的貨運汽車提供電力，當貨運汽車駛出供電區時則啟動混合動力引擎，切換到蓄電池電力驅動。置身于該電氣化高速公路系統下的新能源汽車較普通貨運汽車而言，不僅具有低耗減排的優點，同時擺脫了電池續航能力差和充電不便的問題。而與無軌電車相比，則更具靈活性，可完成取電斷電、變道超車等一系列操作。

為了實現智能識別、自動取電、安全超車等一體化操作，需在新能源汽車上方安裝智能受電弓組件。當汽車駛入供電區時，受電弓可自動識別高速公路上架設的接觸網，并把信號傳輸給數據處理模塊，在獲得用戶授權后，數據處理模塊即對受電弓下達指令并完成觸網操作。同時，該系統使用PID閉環控制技術實時調整受電弓的位置，以確保線弓在誤差允許范圍內的正確匹配。當汽車駛出供電段時，受電弓則會自動斷開與接觸網的連接，收回并安放于車頂上。

在設有接觸網的高速公路路段，電力汽車可通過受電弓觸網而獲得電力驅動汽車行駛。當汽車駛離時，受電弓自動收回并安放于車頂上，同時切換為蓄電池電力續航。如若再次駛入供電路段，汽車將關閉蓄能電池動力源，電力通過接觸網源源不斷地輸入蓄電池，開啟電網集電行駛模式。該動力方式利用蓄電池的充放電原理克服了充電等待和充電樁設施不完善的缺陷，同時為低碳出行提供了技術支持。

4電氣化高速公路系統發展前景預測

隨著有關政策的相繼出臺，電氣化高速公路系統作為新能源汽車發展的新型交通方式較大程度地得到國家政策扶持，將會帶動我國高速公路基礎建設、汽車行業、新能源、電力設施建設等一系列產業的發展與提升。與此同時，建設電氣化高速公路系統不僅僅對促進我國節能減排、改善能源結構、優化資源配置貢獻巨大，而且這是一項惠民工程。此外，建設發展電氣化公路系統也會提供更多就業崗位，使我國就業率得到提升，降低對傳統能源的對外依存度，同時帶動我國新興經濟的發展。隨著進一步實驗測試及完善，相關技術趨于成熟，有理由相信，電氣化高速公路系統將為我國帶來深刻且具跨時代意義的影響。

參考文獻

[1] 劉小明.我國“公交都市”建設發展現狀與展望[J].交通工程，2017.

[2] 母傳偉.高速公路電氣化發展設想[J].中國科技信息，2014.