何繼江 ,侯 宇 ,繆雨含

(1.清華大學(xué) 社會(huì)科學(xué)學(xué)院,北京 100084;2.全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織,北京 100053)

一、歐洲碳中和目標(biāo)與交通減排

歐盟2021 年6 月頒布《歐洲氣候法案》,宣布2050 年實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放即碳中和,并規(guī)定2030 年減排55%(以1990 為基準(zhǔn)),同時(shí)針對(duì)交通、能源等部門(mén),發(fā)布名為“減碳55”的系列方案。交通減排對(duì)全面實(shí)現(xiàn)碳中和有著重要的意義。歐盟委員會(huì)在《可持續(xù)與智慧交通戰(zhàn)略》中明確提出,2050 年歐盟交通溫室氣體減排90%,以及全體車(chē)輛盡可能實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。該戰(zhàn)略還強(qiáng)調(diào),歐盟亟需推動(dòng)交通系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展,加速歐盟交通系統(tǒng)的智慧化和綠色化進(jìn)程。

自1990 年以來(lái),歐盟整體碳排放在逐步下降,能源、建筑、工業(yè)等部門(mén)碳排放都有減少,唯有交通部門(mén)碳排放仍在持續(xù)增長(zhǎng)。2019 年歐盟交通碳排放在其總體碳排放中的占比已超25%,其中道路運(yùn)輸碳排放在交通碳排放中占比達(dá)72%,主要碳排放源為乘用車(chē)和重型車(chē)輛。目前,在乘用車(chē)減排方面歐盟已頒布實(shí)施諸多政策和措施,重型車(chē)輛成為歐盟交通減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)。2019 年歐盟委員會(huì)通過(guò)首個(gè)重型車(chē)輛碳排放標(biāo)準(zhǔn),要求歐盟2025 年重型車(chē)輛平均二氧化碳排放量較2019 年降低15%,并制訂重型車(chē)輛的減排目標(biāo),即2030 年重型車(chē)輛的平均碳排放量較 2019 年降低至少30%。

為了實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),以瑞典、德國(guó)和英國(guó)為代表的歐洲國(guó)家積極制定各自的交通減排政策。

1.瑞典減排政策。瑞典承諾2045 年實(shí)現(xiàn)碳中和,并規(guī)定2030 年國(guó)內(nèi)交通碳排放較2010 年減少至少70%。瑞典當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)中,化石能源占比僅為24.6%,瑞典的電力系統(tǒng)和供暖碳排放已大幅降低,交通部門(mén)減排是瑞典進(jìn)一步減碳實(shí)現(xiàn)碳中和的重點(diǎn)。2020 年瑞典交通碳排放在總體碳排放中占比約33%,其中道路運(yùn)輸碳排放占交通碳排放高達(dá)90%。同年瑞典成立電氣化委員會(huì),為重型車(chē)輛脫碳提供解決方案。瑞典16 個(gè)區(qū)域的《貨運(yùn)電氣化承諾》通過(guò)該委員會(huì)發(fā)布,承諾全面建設(shè)電氣化公路以促進(jìn)重型車(chē)輛減排。

2.德國(guó)減排政策。德國(guó)是歐洲國(guó)民生產(chǎn)總值最高且整體碳排放最高的國(guó)家。2021 年德國(guó)通過(guò)修訂《聯(lián)邦氣候保護(hù)法》確立2045 年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo),并規(guī)定2030 年交通碳排放較2019 年減少48%。21 世紀(jì)以來(lái),德國(guó)工業(yè)、能源等部門(mén)的碳排放均持續(xù)減少,僅有交通部門(mén)碳排放在保持增長(zhǎng)。2019 年德國(guó)交通碳排放占總碳排放比例約20%,重型車(chē)輛碳排放占交通碳排放的比例超過(guò)25%。為促進(jìn)交通減排,德國(guó)環(huán)境部提議盡快在高速公路上建設(shè)架空式電氣化公路。

3.英國(guó)減排政策。英國(guó)是首個(gè)立法宣布碳中和的國(guó)家,2019 年6 月通過(guò)立法制定2050 年碳中和的目標(biāo),并宣布2050 年實(shí)現(xiàn)交通部門(mén)碳中和。2019 年英國(guó)交通碳排放占總排放比例約27%,其中,道路運(yùn)輸碳排放在交通排放占比達(dá)91%,重型車(chē)輛碳排放約占16.4%。英國(guó)計(jì)劃2030年停止銷(xiāo)售新的柴油/汽油重型車(chē)輛,并率先承諾在2035 年全面淘汰26 噸及以下噸位的非零碳重型車(chē)輛,2040 年全部重型車(chē)輛實(shí)現(xiàn)碳中和。

總之,交通部門(mén)減排對(duì)歐洲國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。在當(dāng)前歐洲國(guó)家交通減排政策和目標(biāo)中,重型車(chē)輛減排已成為重點(diǎn)。

二、重型車(chē)輛減排與電氣化公路的研究現(xiàn)狀

重型車(chē)輛減排的核心思路是電氣化。1911 年德國(guó)阿爾托納港使用架空式電動(dòng)牽引車(chē)替代傳統(tǒng)燃油重型車(chē)輛。目前,重型車(chē)輛電氣化在實(shí)踐上主要有三種技術(shù)路徑,即氫燃料電池車(chē)輛、純電池電動(dòng)車(chē)輛和電氣化公路。其中,電氣化公路被歐洲選為當(dāng)前交通密集路段重型車(chē)輛減排的主要方案。電氣化公路是指在車(chē)輛行駛時(shí),通過(guò)預(yù)設(shè)配電網(wǎng),將電力從道路動(dòng)態(tài)傳輸?shù)杰?chē)輛以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的道路。2011 年首條封閉電氣化公路在德國(guó)柏林測(cè)試成功后,這項(xiàng)技術(shù)在世界多國(guó)開(kāi)始試點(diǎn)推廣。

相較于氫燃料電池車(chē)輛和純電池車(chē)輛,現(xiàn)階段電氣化公路在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)成本、兼容性和減排效益等方面具備優(yōu)勢(shì):整體技術(shù)已較成熟,綜合能源效率較高可達(dá)77%,電能轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85%;綜合成本較低,車(chē)輛運(yùn)營(yíng)成本可較氫燃料電池車(chē)輛和純電池電動(dòng)車(chē)輛降低約50%;在交通密集路段經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng),具備高密度經(jīng)濟(jì)和范圍經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì);技術(shù)兼容性與擴(kuò)展性強(qiáng),現(xiàn)階段已可實(shí)現(xiàn)向純電池、氫燃料電池等技術(shù)方案的轉(zhuǎn)變;減排潛力高,若能提高配電網(wǎng)的綠色電力使用比例,則可大幅降低重型車(chē)輛能耗碳排放。2020 年瑞典、德國(guó)和英國(guó)三國(guó)的度電碳排放分別為13gCO/kWh、301 gCO/kWh 和209 gCO/kWh,遠(yuǎn)低于全球平均度電碳排放,三國(guó)電氣化公路的減排效益都很顯著,瑞典尤為突出。

氫燃料電池汽車(chē)和純電池汽車(chē)同樣是重型車(chē)輛電氣化的重要技術(shù)路徑。研究顯示,氫燃料電池車(chē)輛在續(xù)航方面比純電池汽車(chē)有顯著優(yōu)勢(shì),但其能源轉(zhuǎn)換效率和全流程綜合效率均低于其余兩種技術(shù),更適用于長(zhǎng)距離運(yùn)輸;純電池汽車(chē)則有著儲(chǔ)能成本高、對(duì)充電車(chē)位容量要求高和續(xù)航焦慮等諸多問(wèn)題,在現(xiàn)階段更適用于短距離交通。

根據(jù)配電網(wǎng)與車(chē)輛交互方式的不同,電氣化公路有三種技術(shù)方案,即架空式、導(dǎo)軌式和無(wú)線式。架空式電氣化公路通過(guò)安裝在車(chē)輛上方的電力接受裝置即受電弓接受電力,受電弓在車(chē)輛行駛中沿路側(cè)支柱上的架空導(dǎo)電線滑動(dòng),在車(chē)輛離開(kāi)該路段時(shí),自動(dòng)與架空線脫離。導(dǎo)軌式電氣化公路則是通過(guò)鋪設(shè)在道路上的導(dǎo)電軌道,將電力順著安裝在車(chē)輛下方和軌道間的機(jī)械臂傳輸至車(chē)輛。無(wú)線式電氣化公路則是通過(guò)安裝在道路中的初級(jí)線圈和車(chē)輛下方的次級(jí)線圈交流感應(yīng)來(lái)為重型車(chē)輛無(wú)線傳輸電力。

最先被實(shí)踐應(yīng)用的技術(shù)方案是架空式電氣化公路,其在供電設(shè)置和車(chē)輛牽引等方面的技術(shù)已較為成熟,并有建設(shè)施工時(shí)間較短、對(duì)原有公路正常通行影響較小的優(yōu)點(diǎn)。因此,盡管架空式電氣化公路的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較高,德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家仍?xún)?yōu)先選擇架空式技術(shù)作為其范圍性電氣化公路規(guī)劃的建設(shè)方案。瑞典交通實(shí)驗(yàn)室推薦導(dǎo)軌式電氣化公路作為本國(guó)電氣化公路規(guī)劃的技術(shù)方案,該方案的優(yōu)勢(shì)在于傳輸效率較高且整體能效較高,同時(shí)便于運(yùn)維。雖然現(xiàn)階段的無(wú)線式電氣化公路技術(shù)難度和建設(shè)成本均較高,但因其適用車(chē)輛種類(lèi)較多且相對(duì)成本效益從長(zhǎng)期看來(lái)更高,被多國(guó)選擇為城市內(nèi)部公路電氣化試點(diǎn)的技術(shù)方案。

基于電氣化公路的綜合效益,英國(guó)、德國(guó)和瑞典均將其作為本國(guó)重型車(chē)輛減排的主要措施來(lái)推行,并為此制定整體規(guī)劃和試點(diǎn)建設(shè)方案。

三、歐洲國(guó)家電氣化公路政策與方案

(一)瑞典的電氣化公路

瑞典政府對(duì)建設(shè)電氣化公路態(tài)度積極,電氣化公路三種技術(shù)方案均在瑞典得到應(yīng)用。2016 年6月,德國(guó)西門(mén)子公司在斯德哥爾摩E16 號(hào)公路上建設(shè)總長(zhǎng)2 公里的架空式電氣化公路(eHighway)。這是世界首條對(duì)外公開(kāi)的電氣化公路。隨后瑞典協(xié)同多家企業(yè)開(kāi)展多項(xiàng)導(dǎo)軌式電氣化公路的試點(diǎn),最具代表性的是eRoadArlanda 項(xiàng)目,測(cè)試路段位于斯德哥爾摩阿蘭達(dá)機(jī)場(chǎng)貨運(yùn)站和Rosersberg 物流區(qū)之間的893 號(hào)公路,長(zhǎng)2 公里,主要服務(wù)對(duì)象為18 噸級(jí)別貨運(yùn)卡車(chē)。該公路建成于2018 年4 月,是世界首條導(dǎo)軌式電氣化公路,已正常投入使用。瑞典的無(wú)線式電氣化公路試點(diǎn)(Smartroad Gotland)由以色列Electreon 公司負(fù)責(zé),路段長(zhǎng)1.6 公里,2020 年建成后成功通車(chē)。

2021 年瑞典交通管理局頒布《電氣化公路規(guī)劃》,提出2025 年修建完成首條永久性電氣化公路。2021 年7 月,瑞典交通管理局宣布將E20公路的一段路段作為永久性電氣化公路的試點(diǎn)路段。瑞典ABB 公司負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的建設(shè),采用導(dǎo)軌式技術(shù)方案,為私人車(chē)輛、卡車(chē)和公交車(chē)等車(chē)輛供電。

(二)德國(guó)的電氣化公路方案

德國(guó)的電氣化公路試點(diǎn)主要由西門(mén)子公司負(fù)責(zé)實(shí)施。2011 年,西門(mén)子公司在德國(guó)柏林建成世界首條封閉架空式電氣化公路,長(zhǎng)2 公里,由沃爾沃公司的車(chē)輛進(jìn)行測(cè)試。在該路段成功試驗(yàn)后,西門(mén)子公司在德國(guó)多地開(kāi)展架空式電氣化公路的試點(diǎn)。以ELISA 黑森州聯(lián)邦州A5 高速公路的電氣化公路為例,該路段位于美因河畔法蘭克福和達(dá)姆施塔特的交界處,全長(zhǎng)10 公里,已于2019 年5 月投入使用。當(dāng)車(chē)輛行駛至該路段時(shí),車(chē)頂安裝的受電弓升起并接入架空線接受電力傳輸;離開(kāi)此路段后,車(chē)輛仍采用原先的供能方式(柴油、氫能或電動(dòng))。德國(guó)在無(wú)線式電氣化公路上也有試點(diǎn),Electreon 公司在卡爾斯魯爾市內(nèi)依托某公交車(chē)站建設(shè)一段長(zhǎng)100 米的公交車(chē)無(wú)線充電道路,并已計(jì)劃擴(kuò)建500 米。

為實(shí)現(xiàn)德國(guó)2030 年全國(guó)重型車(chē)輛運(yùn)輸里程1/3 電氣化的目標(biāo),2020 年海德堡能源與環(huán)境研究所受聯(lián)邦政府委托,提交全面建設(shè)電氣化公路的實(shí)施計(jì)劃。該計(jì)劃采用架空式技術(shù)方案,分三個(gè)階段:試點(diǎn)階段(現(xiàn)階段至2025 年),通過(guò)開(kāi)展100 公里以上的大型試點(diǎn)檢驗(yàn)其成熟度和可行度,測(cè)試車(chē)輛長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)哪芰Σ⑼晟葡鄳?yīng)政策;網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段(2025 年至2030 年),有計(jì)劃地發(fā)展架空線網(wǎng),推動(dòng)當(dāng)?shù)剀?chē)輛市場(chǎng)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)不同電驅(qū)系統(tǒng)(電池、架空線傳輸)、不同空間地理技術(shù)間的協(xié)同;鞏固階段(2030 年開(kāi)始),實(shí)現(xiàn)全國(guó)性的推廣和應(yīng)用,形成完善的基礎(chǔ)架空網(wǎng)絡(luò),探索后續(xù)優(yōu)化的可能性。

(三)英國(guó)的電氣化公路方案

英國(guó)2021 年開(kāi)始電氣化公路試點(diǎn)行動(dòng),擬對(duì)連接伊明漢港與湯卡斯特及其機(jī)場(chǎng)的M180 高速公路進(jìn)行改造。該路段全長(zhǎng)19 英里,將采用架空線技術(shù),由西門(mén)子公司負(fù)責(zé)。

2020 年英國(guó)發(fā)布電氣化公路白皮書(shū),提出全國(guó)范圍的電氣化公路規(guī)劃。該規(guī)劃分前期試點(diǎn)和后期項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)階段:前期預(yù)計(jì)投資800 萬(wàn)英鎊,2025年在南約克郡A156 和M18 之間的M180 區(qū)域建成40 公里的電氣化公路。后期項(xiàng)目自2025 年起再分三個(gè)階段,共擬投資193 億英鎊,累計(jì)建設(shè)電氣化公路13 808 公里,全面覆蓋英國(guó)主要道路并承擔(dān)全國(guó)65%的貨運(yùn)量。

(四)其他國(guó)家的電氣化公路方案

除了瑞典、德國(guó)和英國(guó),其他國(guó)家如意大利、以色列、美國(guó)、日本等國(guó)也紛紛開(kāi)展了電氣化公路的試點(diǎn)建設(shè)。表1 展示了部分代表性國(guó)家的試點(diǎn)項(xiàng)目。以色列的Electreon 公司的無(wú)線式技術(shù)領(lǐng)先,在以色列、意大利和美國(guó)均被首選為項(xiàng)目實(shí)施方。該公司還計(jì)劃在法國(guó)、比利時(shí)等進(jìn)行無(wú)線式技術(shù)試點(diǎn)。

表1 部分國(guó)家電氣化公路方案

四、歐洲主要國(guó)家電氣化公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

瑞典、英國(guó)、德國(guó)不僅進(jìn)行了多項(xiàng)試點(diǎn)項(xiàng)目,而且已經(jīng)在國(guó)家層面對(duì)電氣化公路進(jìn)行整體規(guī)劃與布局(見(jiàn)表2),電氣化公路建設(shè)已成為這些國(guó)家交通領(lǐng)域的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略。

表2 英國(guó)、德國(guó)、瑞典電氣化公路政策分解

對(duì)于建設(shè)電氣化公路,三國(guó)均通過(guò)政府引導(dǎo)規(guī)劃,設(shè)立相關(guān)法案與政策文件,組合采用自愿性、強(qiáng)制性和混合性三種政策工具。同時(shí),他們都評(píng)估了電氣化公路減排的潛力。據(jù)測(cè)算,瑞典電氣化改造可直接使該公路的交通排放量降低20%。到2030 年,瑞典若有2/3 的車(chē)輛在電氣化公路上行駛,將減少約10 GW/h 的能源消耗,相當(dāng)于3 Mt 汽柴油燃料。實(shí)施電氣化公路方案后,英國(guó)預(yù)計(jì)每年在交通領(lǐng)域減碳13.4 Mt,德國(guó)每年預(yù)計(jì)減碳9.2 Mt。他們還一致認(rèn)為建設(shè)電氣化公路能帶動(dòng)如電動(dòng)汽車(chē)、電池、智能電網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在技術(shù)選擇上,三國(guó)均對(duì)技術(shù)創(chuàng)新持開(kāi)放態(tài)度,實(shí)施鼓勵(lì)政策創(chuàng)造全球開(kāi)放式創(chuàng)新系統(tǒng),吸引了如以色列Electreon 公司、德國(guó)西門(mén)子等企業(yè)開(kāi)展各種創(chuàng)新試點(diǎn)。架空式技術(shù)在三國(guó)都得到了應(yīng)用,瑞典還采用了導(dǎo)軌式和無(wú)線式技術(shù),德國(guó)采用了無(wú)線式技術(shù)。這些國(guó)家電氣化公路的建設(shè)成本都很高,前期耗資巨大,其融資模式有所不同,在二氧化碳稅的征收模式上也略有差異。

三國(guó)在電氣化公路的政策設(shè)計(jì)、整體布局思路、建設(shè)模式等經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)借鑒和學(xué)習(xí)。

五、中國(guó)電氣化公路探索

(一)無(wú)線充電技術(shù)與公路供能創(chuàng)新探索

2011 年中國(guó)便開(kāi)始研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線移動(dòng)充電技術(shù)。2014 年,第一條商用大功率無(wú)線充電公交車(chē)示范線在湖北襄陽(yáng)正式啟動(dòng)。2015 年2 月,成都微循環(huán)公交線投入兩輛無(wú)線充電公交車(chē)開(kāi)展試運(yùn)行。2017 年7 月,武漢建成電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電示范站。

2016 年,廣西電科院建成一條33 米長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電小型試驗(yàn)車(chē)道。2018 年,蘇州同里新能源小鎮(zhèn)建成一條長(zhǎng)500 米、寬3.5 米的“三合一”電氣化公路,實(shí)現(xiàn)路面光伏發(fā)電、動(dòng)態(tài)無(wú)線充電、無(wú)人駕駛?cè)?xiàng)技術(shù)的融合應(yīng)用。該公路承重能力超過(guò)50 噸,車(chē)輛無(wú)線充電效率可達(dá)85%。該公路有效促進(jìn)了車(chē)、路和交通環(huán)境的智能協(xié)同以及電力流、交通流、信息流的智慧交融。

中國(guó)在公路供能方面也做了創(chuàng)新嘗試。2017年12 月,濟(jì)南建成高速公路光伏試驗(yàn)段并通車(chē)。該路段全長(zhǎng)1 120 米,光伏路面鋪設(shè)長(zhǎng)度1 080 米。這條光伏公路采用“透光混凝土+光伏發(fā)電組件+絕緣防護(hù)”的三層結(jié)構(gòu),中間層為光伏板,可利用路面吸收陽(yáng)光發(fā)電。但由于重型貨車(chē)碾壓和雨水浸蝕,光伏電池組件屢遭損壞,該路段的光伏組件已于2018年拆除?？梢?jiàn),光伏公路技術(shù)在建設(shè)成本、可靠性和設(shè)備運(yùn)維等方面還有很多問(wèn)題需要克服。

(二)智慧公路探索

2018 年,交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)的通知》,決定在北京、河北、吉林等九省(市)進(jìn)行智慧公路試點(diǎn),重點(diǎn)開(kāi)展基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、路運(yùn)一體化車(chē)路協(xié)同、基于大數(shù)據(jù)的路網(wǎng)綜合管理、“互聯(lián)網(wǎng)+”路網(wǎng)綜合服務(wù)和新一代國(guó)家交通控制網(wǎng)建設(shè)。

杭甬高速是中國(guó)智慧高速公路的一個(gè)典型,目前正在施工,計(jì)劃今年正式通車(chē)。該高速公路全長(zhǎng)161 公里,建設(shè)雙向六車(chē)道,總投資1 000 億元。該高速公路支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù),構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧云控平臺(tái),通過(guò)智能系統(tǒng)、車(chē)輛管控,有效提升高速公路車(chē)行速度,最高時(shí)速將超過(guò)現(xiàn)有高速公路限速,預(yù)計(jì)可達(dá)150km/h。同時(shí),該公路還通過(guò)構(gòu)建人車(chē)路協(xié)同綜合感知體系、路網(wǎng)綜合運(yùn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng),提高運(yùn)行效率。在安全保障方面,未來(lái)將依托高精定位、車(chē)路協(xié)同、無(wú)人駕駛等綜合接入系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)零死亡愿景。

該公路在供能模式上設(shè)計(jì)了多項(xiàng)創(chuàng)新方式,包括路側(cè)光伏發(fā)電、路面光伏發(fā)電和服務(wù)區(qū)的充電樁,為電動(dòng)車(chē)提供清潔電力充電服務(wù)。公路還布設(shè)了綜合感應(yīng)設(shè)施,為遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在行駛中充電打下了基礎(chǔ)。

六、歐洲電氣化公路建設(shè)對(duì)中國(guó)的啟示

(一)發(fā)展電氣化公路對(duì)中國(guó)有重要意義

1.電氣化公路是中國(guó)交通碳中和的需要。2020年9 月22 日,中國(guó)確定了2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。2021 年10 月下旬《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》文件正式發(fā)布,作為碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系中“1”發(fā)揮統(tǒng)領(lǐng)作用。該意見(jiàn)與國(guó)務(wù)院發(fā)布的2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案共同構(gòu)成貫穿碳達(dá)峰、碳中和兩個(gè)階段的頂層設(shè)計(jì)。“N”則包括能源、工業(yè)、交通運(yùn)輸、城鄉(xiāng)建設(shè)等分領(lǐng)域分行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案。交通領(lǐng)域的碳達(dá)峰實(shí)施方案正在編制過(guò)程中。目前,交通領(lǐng)域的碳排放約占全國(guó)終端碳排放的15%左右,公路運(yùn)輸占全國(guó)交通運(yùn)輸碳排放總量的85%以上。國(guó)家碳達(dá)峰碳中和的實(shí)現(xiàn),必須強(qiáng)力推動(dòng)交通運(yùn)輸工具的低碳化發(fā)展,電動(dòng)化被確定為主要發(fā)展方向。歐洲交通排放在總排放的比重高于中國(guó),因此,歐洲對(duì)于交通碳中和的探索更加迫切。電氣化公路是德國(guó)等國(guó)家交通碳中和的重要舉措,對(duì)于中國(guó)的交通碳中和具有重要啟發(fā)意義。

2.電氣化公路是中國(guó)建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)的需要。2017 年,中共十九大提出建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)。2019 年和2021 年,中共中央、國(guó)務(wù)院先后印發(fā)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》和《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》,提出到2035 年基本建成交通強(qiáng)國(guó),到本世紀(jì)中葉全面建成世界前列的交通強(qiáng)國(guó)。電氣化公路對(duì)智能汽車(chē)、自動(dòng)駕駛、車(chē)路協(xié)同等技術(shù)是很好的載體,對(duì)優(yōu)化交通能源結(jié)構(gòu)、推進(jìn)清潔能源應(yīng)用具有重要意義,能有效助力中國(guó)成為交通科技強(qiáng)國(guó)。

3.交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)已有良好基礎(chǔ)。中國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)已躋身世界先進(jìn)行列,其高速公路、高速鐵路、高寒鐵路等技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。中國(guó)鐵路電氣化水平也處于領(lǐng)先地位,2012 年起鐵路電氣化里程便躍居世界第一,鐵路電氣化率也持續(xù)增長(zhǎng)。2020 年,中國(guó)鐵路電氣化率達(dá)到74.9%,明顯高于德國(guó)的61%、歐盟平均水平的54%。

電氣化公路是一種與軌道交通相類(lèi)似的創(chuàng)新交通基礎(chǔ)設(shè)施,中國(guó)建設(shè)電氣化鐵路積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。發(fā)展電氣化公路,可充分借鑒電氣化鐵路建設(shè)中布設(shè)鐵路路側(cè)變電設(shè)施和配電設(shè)施的經(jīng)驗(yàn)。

4.滿(mǎn)足快速發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)對(duì)充電的迫切需求。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2021 年9 月,全國(guó)配置充電樁的高速公路服務(wù)區(qū)有2 318 個(gè),每個(gè)服務(wù)區(qū)平均充電樁數(shù)量約4 個(gè)。隨著電動(dòng)車(chē)輛逐漸增多,服務(wù)區(qū)已出現(xiàn)充電排隊(duì)甚至擁堵現(xiàn)象,中國(guó)京滬、京廣等高速公路服務(wù)區(qū)正著手?jǐn)U建充電樁,并提供移動(dòng)充電車(chē)。然而,即便不斷擴(kuò)建充電設(shè)施,電動(dòng)車(chē)充電依然受到停車(chē)位、充電時(shí)間、充電容量的約束。目前,一臺(tái)充電樁的功率一般為120 kW。若同時(shí)給100輛車(chē)充電,該服務(wù)區(qū)需提供100 個(gè)固定車(chē)位,充電功率將超過(guò)120 mkW。以平均每輛車(chē)充電1 小時(shí)算,服務(wù)區(qū)每天能充電的車(chē)輛數(shù)僅約2 000 輛。中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量至2021 年底已達(dá)800 萬(wàn)輛,當(dāng)年新增電動(dòng)汽車(chē)320 萬(wàn)輛。到2030 年中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的數(shù)量將達(dá)到8 000 萬(wàn)輛,充電擁堵的問(wèn)題會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

電氣化公路為車(chē)輛在行駛中充電提供了技術(shù)方案,車(chē)輛不必停留在服務(wù)區(qū)充電,從而節(jié)約時(shí)間、提高交通效率。未來(lái),城市內(nèi)通過(guò)布局電氣化公路,為公共交通工具和物流配送車(chē)輛全部實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化提供一種解決方案。

(二)中國(guó)應(yīng)積極推進(jìn)電氣化公路的研究和試點(diǎn)

1.開(kāi)展電氣化公路的研究和規(guī)劃。作為歐洲的工業(yè)強(qiáng)國(guó),德國(guó)、瑞典、英國(guó)都制定了全國(guó)性電氣化公路規(guī)劃并開(kāi)展試點(diǎn),美國(guó)、以色列也在積極嘗試。中國(guó)應(yīng)對(duì)這些國(guó)家進(jìn)行深入的對(duì)標(biāo)分析,將電氣化公路納入交通強(qiáng)國(guó)和交通碳中和戰(zhàn)略。

2.積極開(kāi)展試點(diǎn)?？煽紤]四類(lèi)不同情景的試點(diǎn)。一是礦區(qū)公路。在一些貨運(yùn)重卡沿規(guī)定路線行駛的礦區(qū)、運(yùn)煤專(zhuān)線試點(diǎn)電氣化公路。二是城市貨運(yùn)干線。在中心城市的機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站和城市物流中心之間貨運(yùn)干線試點(diǎn)。三是交通主干道。在京廣、京滬等交通繁忙的主干線進(jìn)行局部路段試點(diǎn)。四是清潔能源走廊。西北地區(qū)如京藏、京新等高速公路路側(cè)有大量土地資源,可建設(shè)清潔能源走廊,其所發(fā)風(fēng)電光伏電力,可直接為電氣化公路供能。

(三)深化技術(shù)創(chuàng)新,建設(shè)智慧電氣化公路

應(yīng)繼續(xù)探索創(chuàng)新技術(shù)以及不同技術(shù)之間的協(xié)同,在電氣化公路基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)公路智慧電氣化。

1.加大對(duì)公路清潔供能技術(shù)的研究。公路使用電力供能的減排效果較明顯。中國(guó)應(yīng)大力開(kāi)發(fā)可再生能源,降低電力碳排放。德國(guó)可再生能源法鼓勵(lì)在公路兩側(cè)200 米內(nèi)建設(shè)光伏電站。路側(cè)光伏、隔音屏光伏、服務(wù)區(qū)屋頂和停車(chē)場(chǎng)光伏已有嘗試,可繼續(xù)探索路面光伏及光伏廊道。

2.探索電氣化公路、充換電站和氫能基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同互補(bǔ)。電氣化公路在配建光伏電站時(shí),需要新建一定數(shù)量的充換電站設(shè)施進(jìn)行消納和儲(chǔ)能。當(dāng)路側(cè)光伏電站規(guī)模足夠大時(shí),還可建設(shè)制氫裝置,促進(jìn)公路光伏、電氣化公路、充換電站、加氫站實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化。

3.開(kāi)發(fā)基于5G 等通信技術(shù)的智慧公路技術(shù)。電氣化公路實(shí)現(xiàn)了全路段的電力供應(yīng),通過(guò)應(yīng)用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種智慧公路技術(shù)的升級(jí),未來(lái)將極大普及無(wú)人駕駛技術(shù)。這不僅有助于提高車(chē)輛速度,還能有效保障公路交通安全。

建設(shè)智慧電氣化公路,可為能源、交通、信息三網(wǎng)融合提供良好的應(yīng)用場(chǎng)景。此外,智慧電氣化公路還將帶動(dòng)一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,如電動(dòng)汽車(chē)制造業(yè)、電池、智能電網(wǎng)等。智慧電氣化公路對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)交通碳中和、成為全球交通強(qiáng)國(guó)有重要意義,還將為全球碳中和作出重要貢獻(xiàn)。