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(fēng)照明,橋梁的機電設(shè)施,直至收費站、服務(wù)區(qū)的電力供給已經(jīng)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(zhèn)山區(qū),跨越多個地區(qū),就近接入地方電網(wǎng)是現(xiàn)階段供配電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。提高供配電等級,逐漸過渡到獨立的專網(wǎng)供電系統(tǒng),結(jié)合云南高原山區(qū)日照充足,空氣潔凈,高速公路路域地帶土地權(quán)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(guī)劃建設(shè)高速公路的同時,建設(shè)沿途專線供配電系統(tǒng),引進太陽能光伏發(fā)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(tài)環(huán)保節(jié)能的理念。
關(guān)鍵詞:云南高速公路 能耗增長 電力供應(yīng) 制約 日照充足 路域地帶 太陽能光伏發(fā)電
中圖分類號:U416.1 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)08(c)-0216-02
1 高速公路發(fā)展現(xiàn)狀
中國高速公路發(fā)展迅速,截止到2012年底,通車里程已經(jīng)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(yù)計將達到12萬公里。
云南省高速公路發(fā)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(yù)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(fā)展,產(chǎn)生了較高經(jīng)濟效益與社會效益,隨著在用汽車的數(shù)量的急劇上升,在改善和提高民眾生活質(zhì)量和生活水平的同時,也帶來了能耗的快速增長,據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料顯示:目前,僅公路交通運輸行業(yè)的能耗就約占全社會能耗的7%~8%,是僅次于制造業(yè)的第二大能源消費行業(yè),公路交通運輸行業(yè)已成為“十二五”期間我國節(jié)能減排的重點行業(yè)。
2 高速公路的能耗及對電能的需求
公路交通運輸行業(yè)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(shè)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(wù)的監(jiān)控、收費、通信、照明中的相關(guān)機電系統(tǒng)及服務(wù)區(qū)生活用電的能耗總和。機電系統(tǒng)作為高速公路的重要組成部分,事關(guān)道路營運、交通服務(wù)質(zhì)量和安全水平的重要設(shè)施,其運行質(zhì)量直接關(guān)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(tǒng)的運行質(zhì)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(xiàn)。
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(yīng)用技術(shù)的能源,是目前運輸行業(yè)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(fā)展的能源,許多國家在政策和經(jīng)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(dāng)前,在交通運輸行業(yè),發(fā)展新型電動汽車是其中的一條出路,在技術(shù)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(jīng)制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),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(biāo)電動汽車的充電要求,這是國家能源發(fā)展戰(zhàn)略邁出的第一步,是國家在公路交通運輸行業(yè)實施節(jié)能減排的決心和行動,可以預(yù)見,在規(guī)?;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(zhì)量的供配電系統(tǒng)不僅是當(dāng)前高速公路營運的基本保障,而且是國家今后建設(shè)發(fā)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(fēng)照明,橋梁的機電設(shè)施,直至收費站、服務(wù)區(qū)的電力供給已經(jīng)是高速公路保障車輛安全通行的重要因素,遠離城鎮(zhèn)的山區(qū),跨越多個地區(qū),就近接入地方電網(wǎng)是現(xiàn)階段供配電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。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(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)制約和影響比較嚴重,供電質(zhì)量難以保證,提高供配電等級,逐漸過渡到獨立的高壓專網(wǎng)供電系統(tǒng)是云南高速公路供配電的發(fā)展趨勢。
云南地處高原山區(qū),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(quán)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(shè)高速公路的同時,規(guī)劃建設(shè)沿途專線供配電系統(tǒng),利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)特征,采取沿途分散并網(wǎng)就近發(fā)電,就近消納,余電輸出,地方電網(wǎng)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(tài)環(huán)保節(jié)能的理念。
3 太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)權(quán)威部門發(fā)布的資料及相關(guān)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(shù)據(jù)顯示,在全球4%的沙漠上安裝光伏發(fā)電系統(tǒng),就足以滿足全球能源需求,光伏發(fā)電具有廣闊的發(fā)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(qū)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(jīng)開發(fā)利用的太陽能熱水器就是一個典型應(yīng)用范例。
太陽能光伏發(fā)電是利用特殊制造的材料實現(xiàn)太陽能的光輻射直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù),在歷經(jīng)100多年實驗和開發(fā)后,出現(xiàn)了多種材料不同應(yīng)用途徑的太陽能光伏板,目前,商業(yè)應(yīng)用最高的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)逼近20%,光伏板組件的成本已商業(yè)化到5元/瓦以下。
相關(guān)研究表明,大面積使用太陽能光伏發(fā)電,能有效減少二氧化碳的排放,減少溫室效應(yīng),改變地球氣候。按照相關(guān)的減排標(biāo)準(zhǔn)進行計算,每1兆瓦光伏太陽能發(fā)電每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)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(jié)能減排效應(yīng)。
在各國政府的激勵政策推動和技術(shù)進步的驅(qū)動下,太陽能光伏發(fā)電的投入和建設(shè),在2001年至2008年期間,全球太陽能光伏發(fā)電快速增長,年均增速達50.2%,2008年全球新增光伏發(fā)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(chǎn)量年均復(fù)合增長率為47%,2008年產(chǎn)量達到6.4 GW。同期,以歐美為主的全球太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用市場也以45%的年均復(fù)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(jù)歐盟委員會聯(lián)合研究中心(Joint Research Centre)(JRC)的預(yù)測,到2030年可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上,太陽能光伏發(fā)電在世界總電力的供應(yīng)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(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀(jì)末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上,太陽能光伏發(fā)電占到60%以上,顯示出重要戰(zhàn)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(fā)展時期,在2004年以后,其產(chǎn)量連續(xù)5年增長率超過100%,2010年我國光伏電池產(chǎn)量已超過全球總產(chǎn)量的50%,并每年以接近3倍的速度上翻,僅2007年國內(nèi)太陽能電池的產(chǎn)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(chǎn)量分別是1062、920和266 MWp相比,中國已成為當(dāng)年名副其實的光伏太陽能第一生產(chǎn)大國。
2012年的資料顯示,我國生產(chǎn)的光伏太陽能電池已占世界總產(chǎn)量的60%以上,然而國內(nèi)市場用量不到10%,且大部分集中建設(shè)在西部遠離城市的荒漠之上。
為更好發(fā)展我國太陽能光伏發(fā)電,國家相繼出臺了一系列的政策和措施。
2013年7月,國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》相關(guān)部委就補貼、退稅、電價、項目管理、并網(wǎng)以及融資等問題陸續(xù)出臺配套政策。
2013年7月,國家發(fā)改委《分布式發(fā)電管理暫行辦法》。
2013年8月,國家發(fā)改委《關(guān)于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》。
……
開發(fā)新的太陽能光伏產(chǎn)品,拓展太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域,與當(dāng)前國家大政方針吻合,也是全球環(huán)境保護的發(fā)展趨勢。
總結(jié)我國太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展歷史,在太陽能光伏發(fā)電建設(shè)之初多以規(guī)?;⒓惺降哪J桨l(fā)展,且大多集中在內(nèi)蒙、寧夏和甘肅等遠離城市用電的區(qū)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(chǎn)電在物理空間地域上不可避免的遠距離輸電網(wǎng)建設(shè)的投資,直至產(chǎn)生棄電。
4 云南高速公路太陽能光伏發(fā)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?shù)哪茉聪闹?,對電力的依賴和需求已?jīng)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(fā)展態(tài)勢。
一方面,調(diào)整現(xiàn)有的高速公路供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高供配電的質(zhì)量和負荷等級;另一方面,引進新技術(shù),創(chuàng)新思維模式,利用已建設(shè)和待建設(shè)的云南高速公路路域地帶發(fā)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(qū)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(fā)電建設(shè)項目,研究太陽能光伏發(fā)電在云南省高速公路建設(shè)的實施方案是本項目的實施目標(biāo)。
將太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用在云南省山區(qū)高速公路上,就近發(fā)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(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域,參考國外已有經(jīng)驗和做法,將其作為太陽能光伏發(fā)電的新型、有效載體,實現(xiàn)光伏發(fā)電、交通運輸、節(jié)能減排、安全行駛、道路養(yǎng)護、耕地保護六者的高效整合與最佳統(tǒng)一,發(fā)展不占土地的高速公路光伏發(fā)電,具有較大的潛力,對推動交通科技自主創(chuàng)新、提高公路建設(shè)質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)具有積極的現(xiàn)實意義。
2011年,意大利在西西里已經(jīng)建設(shè)完成了世界第一條全部設(shè)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(shè)施的電力需求,包括路燈、隧道風(fēng)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(fā)達國家的發(fā)展經(jīng)驗看,大力發(fā)展光伏發(fā)電是解決能源消耗與環(huán)境問題矛盾,引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展、推進行業(yè)技術(shù)進步的重要方法和手段,光伏發(fā)電作為一直比較看好的可再生能源,將從現(xiàn)在的補充能源開始,到替換能源,直至實現(xiàn)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(shè)施系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜,種類繁多、布局分散,不同種類用電設(shè)施的技術(shù)和途徑及其能耗等有很大區(qū)別,傳統(tǒng)的配電方式較難滿足這樣的配電需求,而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成,可以根據(jù)道路設(shè)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(fā)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(xué)污染,也無反光干擾,設(shè)計的重點在于解決配置沿途專網(wǎng)供電線路后,綜合而靈活布局光伏組件及戶外開關(guān)柜的數(shù)量及位置設(shè)置等。
本著科學(xué)性、實用性原則,探索云南高速公路沿線光伏發(fā)電建設(shè)途徑,是節(jié)能減排工作向縱深發(fā)展的一個選擇,是推動我國高速公路交通運輸行業(yè)由高能耗、傳統(tǒng)模式向安全高效、節(jié)能環(huán)保的模式發(fā)展,促進行業(yè)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的長遠性和基礎(chǔ)性工作。同時,這樣的舉措,也為綠色低碳公路建設(shè)提供行業(yè)技術(shù)支撐,實現(xiàn)國家關(guān)于公路交通運輸行業(yè)的節(jié)能減排戰(zhàn)略要求。
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