電氣化公路應用前景

潘露揚 高瑞麒 于得淼

電氣化公路是立足當下著眼于未來的研究項目，它對解決能源問題和環境污染問題都有著積極地促進作用，并且它也關系到來來我國交通運輸行業戰略不屈居人后。因此，本研究具有較好的經濟效益、生態效益和社會效益，并具有廣闊的推廣應用前景。

據有關資料顯示：我國目前年消耗石油約5.56億噸，到2030年將超過美國，成為全球最大石油消耗國；并且中國早已是全球第一大石油進口國。因此未來中國的發展，能源的問題將是首要的問題。我們還需要清醒的認識到，我國所面臨的問題中不僅僅只有能源問題需要我們特別的注意，環境污染問題也同樣嚴峻。環境污染問題關系到國計民生，是阻礙我國經濟健康發展的攔路虎。交通運輸行業是能源消耗大戶，同時也是污染物排放大戶，可以說若想解決能源和環境兩大問題，對交通運輸行業的改造將不可回避。參考電氣化鐵路的運營模式，由于它能源不需自帶，能源利用率高，以電力為能源，實現零排放。那么我們可以設想，公路電氣化改造后也會帶來同樣的效果，從而解決能源和環境兩大困局。

國內外發展現狀

近年來，歐美等發達國家正緊鑼密鼓地進行電氣化公路的各項基礎理論研究與實際測試，促進研究成果向實際生產轉化。例如，英國政府就將電氣化公路納入到“戰略公路網絡（strategic road network）”項目中，作為未來國家交通運輸戰略的發展方向之一。有關項目已經在英格蘭公路局地推動下逐步落地，并且未來五年將有7.8億美元經費用于開展這些項目。西門子公司在瑞士斯德哥爾摩北部全長兩公里的E16公路上實現電氣化，該項目旨在形成可復制、可推廣的經驗。在美國最大海運樞紐洛杉磯港的運輸線上，西門子公司與汽車制造商沃爾沃進行了以電氣化公路為全電力貨運卡車提供電能的試驗項目，并從商業角度驗證了其可行性。在電氣化公路的發展過程中，歐美等國家無疑又一次走在了前列，目前來看電氣化公路還處在先期探和理論驗證階段，距離大規模推廣還有很長一段路要走。我國在電氣化公路方面的研究還只停留在理論層面，相關項目還只是鳳毛麟角。這種情況的成因與我國較重時鐵路運輸有一定關系，但是可以預見到在不久的將來，電氣化公路將成為交通運輸領域新的“核心技術”，那么在參與國際相關標準制定的時候，我們又將受制于人。

電氣化公路相較傳統公路的優勢

充分滿足電動汽車的行駛要求。隨著電動汽車保有率的不斷增長，采用靜態供電方式提供能源的方式大大制約了電動汽車的實用性，汽車必須停靠一段時間才能完成充電過程，并且續航里程較短的弊端也被進一步放大。電氣化公路從根本上解決了汽車連續行駛的問題，從理論上來講，在電氣化公路上行駛的汽車擁有著無限的行駛里程。伴隨著電動汽車的進一步推廣和對續航充電要求的進一步提升，電氣化公路極有可能成為未來城市建設的關鍵環節。

實現道路運輸“零排放”。一直以來，交通運輸行業都是節能減排呼聲最高的領域，如今政府致力于提升技術水平，加強基礎設施建設，尋求減少交通運輸對化石燃料的依賴。由于采用電力為道路運輸提供動力，能夠顯著降低化石燃料的使用量，從而減少排放甚至實現“零排放”。在國外學術界形成了這樣的共識：電氣化公路可以從根本上使道路運輸擺脫對石油的依賴，是降低碳排放的有力方式。我國交通運輸體量龐大，每年消耗的化石燃料和產生碳排放量都相當可觀。并且我國交通運輸行業發展潛力巨大，作為“世界工廠”對效率的要求永遠無止境，現今的道路運輸模式想要大幅度的提高效率在技術上已經觸及天花板，想要進一步進步電氣化公路將是最優選擇。

電氣化公路無線供電系統的施工

溝槽施工（Trench-based construction）

溝槽施工方式是面向在公路上架設供電架線桿的電氣化改造方式，類似于電氣化鐵路或有軌電車的形式。這種改造方式對原有路面幾乎沒有破壞，而且適應性強對路面條件和地質條件要求較低。溝槽施工是目前已有的改造方案中最為經濟快捷的，只需要開挖溝槽、埋設供電架線桿。我國是高鐵大國，這種電氣化公路改造方式和電氣化鐵路有技術共通性，很多電氣化鐵路上的技術都可以做技術轉移，這樣就大大節省了科研時間與成本。在建設施工和裝備制造方面也可以順利過渡，人才培養也是一樣。可以說，在目前的技術資源條件下，以架設供電架線桿的電氣化公路改造方式輔以溝槽施工的建設方式是最為合理的。

全車道施工（Full lane construction）

相比于溝槽施工方式，全車道施工維護需求較少；但是成本和時間消耗均高于溝槽施工方式。全車道施工主要面向新建公路，在新建公路路基施工過程中直接將輸電設備埋設其中，在公路面層下鋪設無線輸電線圈。該方案面臨兩個技術上的剛性制約：第一，無線輸電的距離問題。在滿足能量轉化率的前提下，電能發射裝置和接收裝置需要在一定的距離內才能工作。目前，在一米的距離內可以達到90%的轉化率，將來的技術突破也是可預期的。第二，移動中無線輸電問題。目前所見的無線輸電設備都固定接發，要滿足在公路上為汽車提供能源移動性必須要解決。斯坦福大學的研究小組利用量子力學中的宇稱一時間對稱性（PT-對稱）原理已經解決了無線輸電移動性的問題，技術的從實驗室向工廠的轉化也一樣可預期。

電氣化公路無疑是一種面向未來的交通運輸方式，在緩解環境壓力，節約能源等方面都十分優于現有方式。我國正處在由交通大國向交通強國邁進的路上，將來我們將引領新的發展潮流，貯備新技術是必須做的準備。隨著更多新技術的出現，電氣化公路離我們也將越來越近，如今的未雨綢繆將是未來的先發主動權。