潘露揚 高瑞麒 于得淼

電氣化公路是立足當(dāng)下著眼于未來的研究項目，它對解決能源問題和環(huán)境污染問題都有著積極地促進(jìn)作用，并且它也關(guān)系到來來我國交通運輸行業(yè)戰(zhàn)略不屈居人后。因此，本研究具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益，并具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

據(jù)有關(guān)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(jìn)口國。因此未來中國的發(fā)展，能源的問題將是首要的問題。我們還需要清醒的認(rèn)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(huán)境污染問題也同樣嚴(yán)峻。環(huán)境污染問題關(guān)系到國計民生，是阻礙我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的攔路虎。交通運輸行業(yè)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(huán)境兩大問題，對交通運輸行業(yè)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(xiàn)零排放。那么我們可以設(shè)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(huán)境兩大困局。

國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，歐美等發(fā)達(dá)國家正緊鑼密鼓地進(jìn)行電氣化公路的各項基礎(chǔ)理論研究與實際測試，促進(jìn)研究成果向?qū)嶋H生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。例如，英國政府就將電氣化公路納入到“戰(zhàn)略公路網(wǎng)絡(luò)（strategic road network）”項目中，作為未來國家交通運輸戰(zhàn)略的發(fā)展方向之一。有關(guān)項目已經(jīng)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(jīng)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(xiàn)電氣化，該項目旨在形成可復(fù)制、可推廣的經(jīng)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(jìn)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(yè)角度驗證了其可行性。在電氣化公路的發(fā)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(guī)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(guān)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(guān)系，但是可以預(yù)見到在不久的將來，電氣化公路將成為交通運輸領(lǐng)域新的“核心技術(shù)”，那么在參與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的時候，我們又將受制于人。

電氣化公路相較傳統(tǒng)公路的優(yōu)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(tài)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(xù)航里程較短的弊端也被進(jìn)一步放大。電氣化公路從根本上解決了汽車連續(xù)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(jìn)一步推廣和對續(xù)航充電要求的進(jìn)一步提升，電氣化公路極有可能成為未來城市建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

實現(xiàn)道路運輸“零排放”。一直以來，交通運輸行業(yè)都是節(jié)能減排呼聲最高的領(lǐng)域，如今政府致力于提升技術(shù)水平，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，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(xiàn)“零排放”。在國外學(xué)術(shù)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(chǎn)生碳排放量都相當(dāng)可觀。并且我國交通運輸行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，作為“世界工廠”對效率的要求永遠(yuǎn)無止境，現(xiàn)今的道路運輸模式想要大幅度的提高效率在技術(shù)上已經(jīng)觸及天花板，想要進(jìn)一步進(jìn)步電氣化公路將是最優(yōu)選擇。

電氣化公路無線供電系統(tǒng)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(shè)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(yīng)性強(qiáng)對路面條件和地質(zhì)條件要求較低。溝槽施工是目前已有的改造方案中最為經(jīng)濟(jì)快捷的，只需要開挖溝槽、埋設(shè)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(shù)共通性，很多電氣化鐵路上的技術(shù)都可以做技術(shù)轉(zhuǎn)移，這樣就大大節(jié)省了科研時間與成本。在建設(shè)施工和裝備制造方面也可以順利過渡，人才培養(yǎng)也是一樣?？梢哉f，在目前的技術(shù)資源條件下，以架設(shè)供電架線桿的電氣化公路改造方式輔以溝槽施工的建設(shè)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(hù)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(shè)備埋設(shè)其中，在公路面層下鋪設(shè)無線輸電線圈。該方案面臨兩個技術(shù)上的剛性制約：第一，無線輸電的距離問題。在滿足能量轉(zhuǎn)化率的前提下，電能發(fā)射裝置和接收裝置需要在一定的距離內(nèi)才能工作。目前，在一米的距離內(nèi)可以達(dá)到90%的轉(zhuǎn)化率，將來的技術(shù)突破也是可預(yù)期的。第二，移動中無線輸電問題。目前所見的無線輸電設(shè)備都固定接發(fā)，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(xué)的研究小組利用量子力學(xué)中的宇稱一時間對稱性（PT-對稱）原理已經(jīng)解決了無線輸電移動性的問題，技術(shù)的從實驗室向工廠的轉(zhuǎn)化也一樣可預(yù)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(huán)境壓力，節(jié)約能源等方面都十分優(yōu)于現(xiàn)有方式。我國正處在由交通大國向交通強(qiáng)國邁進(jìn)的路上，將來我們將引領(lǐng)新的發(fā)展潮流，貯備新技術(shù)是必須做的準(zhǔn)備。隨著更多新技術(shù)的出現(xiàn)，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(fā)主動權(quán)。