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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