張琛　李晶

[摘要]電氣化公路是實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)輸零排放的新型交通基礎(chǔ)設(shè)施，具有一定的工程承包市場(chǎng)前景。文章系統(tǒng)分析了電氣化公路的構(gòu)成、特點(diǎn)和施工技術(shù)，基于國際政策與市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)電氣化公路的發(fā)展前景進(jìn)行展望，并對(duì)我國工程建設(shè)單位提出應(yīng)對(duì)措施建議。

[關(guān)鍵詞]電氣化公路；低碳；交通基礎(chǔ)設(shè)施；工程承包市場(chǎng)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201615140

1概述

電氣化公路指對(duì)傳統(tǒng)公路布設(shè)供電系統(tǒng)，使配備有混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車獲得連續(xù)驅(qū)動(dòng)電能，實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)行的新型交通基礎(chǔ)設(shè)施。在全球環(huán)境剛性約束日趨增強(qiáng)的背景下，受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，可能成為未來城市和區(qū)域公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新增長(zhǎng)點(diǎn)，具備一定的工程承包市場(chǎng)前景。

2電氣化公路的基本構(gòu)成及特點(diǎn)

電氣化公路由供電牽引系統(tǒng)、汽車集電裝置和汽車動(dòng)力裝置三部分構(gòu)成。[1]供電牽引系統(tǒng)包括高架接觸網(wǎng)系統(tǒng)和無線能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（Dynamic Wireless Power Transfer System，DWPT）兩類（見圖1）。電氣化公路較傳統(tǒng)公路設(shè)施的優(yōu)勢(shì)主要有兩點(diǎn)：一是充分服務(wù)于電動(dòng)汽車的行駛需求。在私家車保有率較高的發(fā)達(dá)國家，電動(dòng)汽車的數(shù)量和使用頻率都在迅速增長(zhǎng)，然而采用靜態(tài)充電站的電力供給方式，迫使汽車必須?？亢蟪潆?，已經(jīng)顯露出了續(xù)航里程較短的弊端。[2]電氣化公路便于電動(dòng)汽車的連續(xù)駕駛，并且能夠減少建設(shè)和運(yùn)維成本，減少地面空間使用，能夠充分滿足電動(dòng)汽車的行駛需求，伴隨著電動(dòng)汽車的進(jìn)一步推廣和充電續(xù)航需求的提升，電氣化公路很有可能成為未來城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。二是實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)輸“零排放”。一直以來，歐洲國家在交通運(yùn)輸節(jié)能減排領(lǐng)域充當(dāng)著“急先鋒”的角色，致力于提升技術(shù)水平，改善基礎(chǔ)設(shè)施，尋求減輕交通運(yùn)輸對(duì)化石燃料的依賴，并提出在2030年前，交通運(yùn)輸溫室氣體排放量降低至2008年水平的80%。[3]由于采用電網(wǎng)電力為道路運(yùn)輸提供動(dòng)力，能夠顯著降低化石燃料消耗帶來的碳排放，國外眾多研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，電氣化公路可以幫助道路運(yùn)輸擺脫對(duì)石油的依賴，是降低碳排放的有力工具。目前在英國、美國等發(fā)達(dá)國家正在緊密地進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)目，政府部門也投入了相當(dāng)數(shù)額的財(cái)政預(yù)算，著力推進(jìn)電氣化公路的發(fā)展。

3無線能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的施工技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)提出了三種無線能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的施工方法，即：溝槽施工（Trench-based construction）、全車道施工（Full lane construction）和全車道預(yù)制裝配施工（Full lane prefabricated construction）。[4]對(duì)于傳統(tǒng)公路的電氣化改造，溝槽施工是最為簡(jiǎn)單和快捷的方式。只需要開挖溝槽、埋設(shè)電氣化供電牽引網(wǎng)絡(luò)以及澆筑瀝青路面層等程序即可。全車道施工指的是移除既有路段后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工或埋設(shè)預(yù)制單元的。相比于溝槽施工方式，全車道施工可以將縱向縫設(shè)置在路邊，并且施工維護(hù)需求較少；但是成本和時(shí)間消耗均高于溝槽施工方式。

全車道預(yù)制施工即使用已經(jīng)埋設(shè)了牽引系統(tǒng)的預(yù)制路段替換整條既有路段，明顯加快施工進(jìn)度和提升施工質(zhì)量。目前，研究人員已經(jīng)開發(fā)出Modieslab系統(tǒng)。[4]從運(yùn)輸物流的角度來看，由于Modieslab澆筑用模板體積和重量更小、更加靈活，利于原材料轉(zhuǎn)運(yùn)。盡管預(yù)制過程需要投入資金，得益于澆筑用模板帶來的物流便捷性，在規(guī)劃階段就能有效控制原材料的運(yùn)輸物流成本，進(jìn)而降低了全車道預(yù)制施工的成本。

4電氣化公路的成本與收益

英國學(xué)者通過計(jì)算機(jī)模擬對(duì)電氣化公路帶來的成本和收益進(jìn)行了估算，認(rèn)為電氣化公路將明顯降低道路運(yùn)輸?shù)摹巴獠控?fù)面效應(yīng)”。[4]根據(jù)折現(xiàn)率為35%和2010年價(jià)格作為基準(zhǔn)價(jià)格的前提條件，計(jì)算期取20年，每千米電氣化公路向電力供應(yīng)商付費(fèi)總額超過1200萬英鎊，占比達(dá)到70%，基礎(chǔ)設(shè)施成本占其余的30%，其中每千米無線能源轉(zhuǎn)化單元基礎(chǔ)設(shè)施成本為305萬英鎊，占凈現(xiàn)值比重為18%（見表1）。

環(huán)境影響方面，在計(jì)算期末，二氧化碳、氮氧化物和PM排放減少額均超過35%，其中氮氧化物和PM的排放減少額超過40%。如果將發(fā)電環(huán)節(jié)也考慮在內(nèi)，二氧化碳排放減少額的貨幣化價(jià)值達(dá)到199萬英鎊，占無線能源轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)設(shè)施成本的65%；在計(jì)算期的最后一年，電動(dòng)汽車的市場(chǎng)占有率達(dá)到峰值的條件下，每年二氧化碳排放減少額的貨幣化價(jià)值為163萬英鎊。對(duì)于高速公路附近區(qū)域、城市區(qū)域等不同地理位置，排放減少額的貨幣化價(jià)值有較大變化，越靠近人群的區(qū)域，其貨幣化價(jià)值越大。綜合以上分析，電氣化公路將給機(jī)動(dòng)化區(qū)域特別是城市地區(qū)帶來明顯的環(huán)境效益。

5電氣化公路的發(fā)展前景

51發(fā)達(dá)國家注重電氣化公路的前期論證，并加快科研成果的轉(zhuǎn)化

歐美等發(fā)達(dá)國家正在緊密地進(jìn)行電氣化公路的各項(xiàng)基礎(chǔ)研究與測(cè)試，促進(jìn)研究成果向生產(chǎn)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化。例如，英國政府將電氣化公路視為“戰(zhàn)略公路網(wǎng)絡(luò)（strategic road network）”。[2]學(xué)者觀察到，超低排放車輛（ultra-low emission vehicles-ULEVS）銷售總量正在經(jīng)歷迅猛增長(zhǎng)，將在未來的交通出行當(dāng)中扮演更加重要的角色，必須改善現(xiàn)有的道路基礎(chǔ)設(shè)施滿足電動(dòng)汽車的行駛需求。英格蘭公路局業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)有關(guān)項(xiàng)目，承諾未來五年將撥款5億英鎊（約合78億美元）用于開展這一項(xiàng)目。西門子公司承攬了瑞斯德哥爾摩北部E16公路電氣化試驗(yàn)項(xiàng)目合同，旨在形成可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。[5]在美國最大海運(yùn)樞紐洛杉磯港和長(zhǎng)灘地區(qū)的一段公路連接線上，西門子公司也進(jìn)行了利用電氣化公路為貨運(yùn)卡車提供動(dòng)力的試驗(yàn)項(xiàng)目，并已經(jīng)證實(shí)了未來商業(yè)運(yùn)作的適用性。[6]

52巴黎協(xié)議正式簽約，低排放增長(zhǎng)模式成為全球共識(shí)

2015年12月12日，在法國巴黎舉行的聯(lián)合國氣候變化大會(huì)達(dá)成了一項(xiàng)具有法律約束力的國際條約——《聯(lián)合國氣候變化框架公約巴黎協(xié)議》，它是自1992年達(dá)成的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》以及1997年達(dá)成的《京都議定書》以來人類應(yīng)對(duì)氣候變化的第三個(gè)里程碑式的成果文件。巴黎協(xié)議的達(dá)成，標(biāo)志著全人類邁向了應(yīng)對(duì)氣候變化的新征程，低排放增長(zhǎng)模式已成為全球共識(shí)，勢(shì)必將推動(dòng)碳排放主題相關(guān)產(chǎn)業(yè)（如電動(dòng)汽車）發(fā)展，為電氣化公路這一支持低碳客貨運(yùn)輸?shù)慕煌ɑA(chǔ)設(shè)施提供了良好的發(fā)展前景。

6措施建議

61加大調(diào)研力度，跟蹤國際市場(chǎng)動(dòng)態(tài)

2016年以來，全球經(jīng)濟(jì)依然處于低位運(yùn)行，其中歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇態(tài)勢(shì)疲軟，日本經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷，新興經(jīng)濟(jì)體經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率同比有所下滑，資源型國家由于大宗商品價(jià)格萎靡削減了財(cái)政收入預(yù)算。然而，伴隨全球生態(tài)環(huán)境硬約束不斷強(qiáng)化，世界各國在循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳交通等方面仍然存在很高的要求，從長(zhǎng)期來看，在建筑、能源、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)擺脫對(duì)于化石燃料的依賴仍然是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的有利途徑。這就要求我國工程承包單位要充分認(rèn)識(shí)到有關(guān)市場(chǎng)的新趨勢(shì)、新變化，加大市場(chǎng)調(diào)研力度，緊密跟蹤有關(guān)國別市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)，積極參與東道國低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展建設(shè)，不僅拓寬業(yè)務(wù)板塊，更能為全球低碳發(fā)展模式做出貢獻(xiàn)，普及企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，樹立良好的企業(yè)形象。

62提升裝備水平，完善施工工藝

電氣化公路有關(guān)技術(shù)與管理方法已經(jīng)趨于成熟，例如運(yùn)輸物流中已經(jīng)采用的Modieslab概念，通過減少物流成本降低全過程成本，起到“以小博大”的作用，充分體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國家在運(yùn)輸物流過程中關(guān)注的單元化思想。鑒于此，我國工程單位應(yīng)積極轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，從擴(kuò)大產(chǎn)能和規(guī)模向提升價(jià)值鏈和產(chǎn)品附加值逐漸轉(zhuǎn)型，推進(jìn)分工細(xì)化，擴(kuò)充數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施、先進(jìn)交通運(yùn)輸設(shè)備的施工能力，全面提升施工工藝、效率環(huán)保和產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值水平。

63加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，支撐業(yè)務(wù)拓展

電氣化公路環(huán)保是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要與電動(dòng)汽車集電系統(tǒng)的協(xié)同合作，也是一項(xiàng)相對(duì)較新的業(yè)務(wù)板塊，對(duì)專業(yè)技術(shù)、法律法規(guī)、管理水平和溝通協(xié)作等方面有較高的要求。因此，企業(yè)要重視培養(yǎng)復(fù)合人才，構(gòu)建復(fù)合人才培養(yǎng)體系，組織對(duì)從事有關(guān)業(yè)務(wù)人員的培訓(xùn)；支持高校和企業(yè)聯(lián)合科學(xué)技術(shù)公關(guān)和人才培養(yǎng)，通過產(chǎn)學(xué)研合作等方式，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為企業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)板塊的發(fā)展提供有力支持。

7結(jié)論

一直以來，道路運(yùn)輸是碳排放的重要貢獻(xiàn)力量，電氣化公路作為服務(wù)于電動(dòng)汽車的交通基礎(chǔ)設(shè)施，伴隨今后電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電動(dòng)汽車市場(chǎng)占有率的進(jìn)一步提高，將逐漸進(jìn)入發(fā)達(dá)國家甚至是發(fā)展中國家城市管理者的視野，其建設(shè)工程承包市場(chǎng)具有較為廣闊的前景。工程承包單位只要抓住良好機(jī)遇，與堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合，不斷提高裝備水平，培育通曉發(fā)達(dá)國家市場(chǎng)準(zhǔn)則的綜合人才，必將在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得主動(dòng)和優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張耀平，劉本林電氣化公路及電力汽車技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2013（6）：38-43

[2]Highways AgencyPreparing the strategic road network for electric vehicles：a research programme[R].London：Department of Transport，2015

[3]European CommissionRoadmap to a Single European Transport Area – Towards a competitive and resource efficient transport system[R].Brussels：European Commission，2011

[4]Highways EnglandFeasibility study：Powering electric vehicles on Englands major roads[R].London：Highways England，2015

[5]企業(yè)之窗西門子建設(shè)瑞典首條電氣化公路[J].The World of Power Supply，2015（8）：12-13

[6]EM要聞西門子在美國加州試驗(yàn)電氣化高速公路系統(tǒng)[J].電氣制造，2014（8）：15-16