從道路獲取能量捕獲環境能量并轉換為電能的新技術

／Catherine Bischofberger 中國電器工業協會標準化與技術評價中心 甄晗妤（譯） 張亮（校）/

想象一下，利用世界上上百萬公里鋪設的道路來獲取能量。除了安裝和設備所需的初始投資成本外，該能源是免費生產的，并且對環境沒有不利影響。相應地，它利用陽光或車輛產生的機械振動來產生電能。

Wattaway開發了可以放置在道路上的光伏組件（圖片：Wattaway）

從道路獲得的能量即捕獲未使用的環境能量并將其轉化為電能。這種電力可用來為道路基礎設施提供動力，例如路燈和信號。所捕獲的電能可以存儲在電池中，當需要時使用或引入電網。而且，這種技術是利用現有的道路網絡，無需分配新的土地空間。

國際標準在以上解決方案的發展中至關重要。IEC技術委員會（TC）47負責制定半導體器件的國際標準，包括那些獲得能量的半導體器件。用于存儲電能的電池主要依靠IEC TC 21的標準化工作。IEC TC 8 及其分技術委員會（SC）8A制定電力供應系統的標準，包括再生能源接入電網。最近成立的SyC智慧能源，負責提供智能電網和智慧能源領域系統層級的標準化、協調和指導。

收接陽光的道路

目前已經研發了將光伏組件直接放在道路表面來捕獲太陽能的技術。能量可以從世界各地所鋪設的超過1600萬公里并暴露在陽光下的道路上獲得。

然而，在道路上安裝玻璃模塊絕非易事。汽車輪胎必須能夠抓住路面，玻璃面板必須耐用，并且可以承受重物。樹木、建筑物和云層的遮蔽可能減少陽光的照射。盡管存在以上挑戰，一些公司已經開發了可以取代瀝青或直接放置在現有道路表面的光伏模塊。雖然這些解決方案是涉及專利的，但這些技術均依賴于IEC TC 82所制定的國際標準，該技術委員負責太陽能光伏發電系統。

在美國，Solar Roadways公司已經開發了太陽能模塊，包括用于智能通信的微處理器和用于線路和標牌用發光二極管（LED）燈以及用于加熱融化冰雪的加熱元件。在法國，Wattway太陽能道路公司目前正在全國范圍內試用，包括在高速公路收費站入口處為閘門和支付設備供電。在中國，山東省已經修建了一條兩公里的道路，以此來為路燈和道路融雪系統供電。然而，由于這些光伏（PV）模塊的高成本和所產生實際電能量的不確定性，以上技術的推行是受到限制的。已經提出替代方案：將光伏組件放置在道路旁邊或者非關鍵區域，如停車場、自行車道和車道。

熱發電機（TEG）也可以用來從道路獲得能量。基于塞貝克效應，TEG可以將地熱能（由于路面和地表層以下產生的地熱差）轉化為電能。隨著溫差的增加，產生更多的電能，所以使此項技術非常適合極端炎熱的地區。在2017年，IEC TC 47起草了IEC 62830-2系列標準，提供了用于熱電能量收集裝置中的薄膜熱功率評價方法。

好用的振動能量

汽車在道路行駛過程中產生的振動可以產生電能。壓電是當施加機械應力時由某些晶體產生的電荷。壓電技術的標準由IEC TC 49制定，解決了壓電、介電和靜電器件問題。

壓電晶體也可以嵌入在瀝青層下面。當汽車在道路上行駛時，車輪會施加力量使晶體變形并產生電能。然后，這種電能可以用來為路燈供電，也可以存儲在電池中供以后使用。IEC 62830-1 系列標準，由 IEC TC 47起草，包括基于振動的壓電能量收集裝置性能評估方法。

在美國，加里福尼亞州已對將壓電器件嵌入道路捕獲能量的2個獨立驗證項目投資230萬美元。英國蘭開斯特大學也在開展類似的試點項目。但是，仍然存在多方面的挑戰。增加壓電道路效率的因素與道路的耐受性為負相關。交通流量較大、且有重型汽車高速通過的道路將產生較多能量輸出，與之相比，交通流量較小、且多為輕型汽車慢速通過的道路則產生較少的能量輸出。

考慮到相對低的能量轉換效率，目前還不確定安裝和維護道路嵌入壓電技術是否能夠與所產生的電能成本相抵消。其他能量捕獲解決方案，如路邊光伏模塊，可能安裝成本更便宜且發電量更高。

未來發展

利用道路捕獲能量的解決方案還仍處在其早期階段，由于許多現階段研究和開發均由私人企業開展，公共可用數據還非常有限。由于缺乏大規模生產，成本仍高居不下。這些解決方案還沒能得到牽引。一些附加技術，可以引入如傳感器和微處理器，可以實時監督基礎設備和車輛交通情況。這些解決方案均依靠ISO/IEC聯合技術委員會制定的標準，JTC1 SC25負責微處理器國際標準，IEC TC47負責傳感器國際標準。現在還不清楚，需要實施哪項技術。但追求可再生能源的熱情依然存在。

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