李婷

北京市常青市政工程有限公司 北京 100036

電氣化公路項(xiàng)目是近年來備受關(guān)注的一項(xiàng)新興領(lǐng)域。隨著城市化進(jìn)程和交通問題的加劇，傳統(tǒng)公路交通面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如交通擁堵、環(huán)境污染和能源消耗等[1-2]。為了解決這些問題，并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，電氣化公路項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。目前行業(yè)內(nèi)如交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院、交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院、中交第一公路勘察設(shè)計研究院、中交集團(tuán)車輛公司、湖南省株洲市中車株洲電力機(jī)車研究所等均有相關(guān)團(tuán)隊正在逐步開展相關(guān)項(xiàng)目的可行性研究，一些產(chǎn)品如中車“天行”電氣化公路也取得了重要進(jìn)展。本文對目前研究情況進(jìn)行分析，以期更全面掌握了解電氣化公路發(fā)展的前景及可行性。

1 電氣化公路必要性分析

1.1 電氣化公路定義

電氣化公路 ( Electric Highway，簡稱 eHighway)的概念最早由德國西門子公司于2010年提出[3-4]。電氣化公路是指利用電力技術(shù)對公路進(jìn)行供電，使汽車能夠通過電源直接充電運(yùn)行的道路。其原理是通過架（埋）設(shè)在公路上的導(dǎo)電線圈，將電能傳送到車輛的發(fā)動機(jī)或電池中，從而驅(qū)動汽車行駛。電氣化公路的核心是電力供應(yīng)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由供電設(shè)備、電力導(dǎo)線和監(jiān)控系統(tǒng)組成。電力導(dǎo)線將電能傳輸?shù)礁袘?yīng)器，感應(yīng)器再將電能傳遞給道路上的電動車輛。供電設(shè)備則負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定而安全的電力供應(yīng)，而監(jiān)控系統(tǒng)則可以實(shí)時監(jiān)測電力供應(yīng)的情況，確保整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 電氣化公路原理

作為電氣化公路的建設(shè)背景而言，還要了解電氣化公路的工作原理。經(jīng)查閱相關(guān)資料后，目前行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為：

電氣化公路是指利用電力技術(shù)對公路進(jìn)行供電，使汽車能夠通過電源直接充電運(yùn)行的道路。電氣化公路運(yùn)輸系統(tǒng)詳見圖1，其原理是通過架（埋）設(shè)在公路上的導(dǎo)電線圈，將電能傳送到車輛的發(fā)動機(jī)或電池中，從而驅(qū)動汽車行駛。

圖1 電氣化公路運(yùn)輸系統(tǒng)

電氣化公路的核心是電力供應(yīng)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由供電設(shè)備、電力導(dǎo)線和監(jiān)控系統(tǒng)組成。電力導(dǎo)線將電能傳輸?shù)礁袘?yīng)器，感應(yīng)器再將電能傳遞給道路上的電動車輛。供電設(shè)備則負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定而安全的電力供應(yīng)，而監(jiān)控系統(tǒng)則可以實(shí)時監(jiān)測電力供應(yīng)的情況，確保整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

同時電氣化公路要明確是公路的電氣化，從而帶動運(yùn)輸工具的電氣化，而不是根據(jù)運(yùn)輸工具的電氣化反過來讓公路適應(yīng)。在此前提下，公路行業(yè)首先要從工程建設(shè)方面建立幾個重大且明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如：路面寬度還是否采用現(xiàn)有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由于電氣化運(yùn)輸是線狀，相似于電氣化鐵路，可將貨物裝用采用長條形，減少車輪橫向距和路面寬度，通過增長貨車的長度來提高載貨能力，從而減少路面寬度大大節(jié)約公路造價，才具有可實(shí)施性。

1.3 必要性分析

通過研究電氣化公路項(xiàng)目，特別是重型貨車的電氣化運(yùn)營進(jìn)行可行性研究，以評估其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境等方面的可行性。通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，應(yīng)全面探討電氣化公路項(xiàng)目的潛在優(yōu)勢和可能的挑戰(zhàn)，為決策者和利益相關(guān)者提供可靠的參考。

電氣化公路作為一種創(chuàng)新的技術(shù)解決方案，旨在為電動車提供持續(xù)、便捷的充電服務(wù)，以進(jìn)一步推動新能源汽車的普及和應(yīng)用。其主要目的包括：

（1）解決充電基礎(chǔ)設(shè)施不足的問題

電動車的續(xù)航里程是用戶購買和使用電動車的重要考慮因素之一。由于目前充電樁分布不均，許多城市和居民區(qū)缺乏充電設(shè)施，導(dǎo)致電動車的充電困難。電氣化公路能夠通過在道路上嵌入電力導(dǎo)線，實(shí)現(xiàn)在行駛過程中對電動車進(jìn)行無線充電，有效解決了充電基礎(chǔ)設(shè)施不足的問題。

（2）減少充電時間，提高用戶體驗(yàn)

傳統(tǒng)的插座充電方式需要較長的充電時間，且需要用戶手動操作。而電氣化公路采用無線充電技術(shù)，可以在行駛過程中對電動車進(jìn)行充電，極大地縮短了充電時間，提高了用戶的便利性和體驗(yàn)。

（3）降低能源消耗和碳排放

電氣化公路的充電系統(tǒng)可以通過布置在道路上的電力導(dǎo)線為電動車提供持續(xù)供電，減少了電動車需要攜帶大容量電池的需求。這不僅減輕了電動車的整體重量，提高了能源利用效率，還有助于減少電池材料的消耗和廢棄物的產(chǎn)生，從而降低了能源消耗和碳排放。

（4）促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展

電氣化公路作為一項(xiàng)關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，對于推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。其建設(shè)將帶動充電設(shè)施制造、電動車輛生產(chǎn)以及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈條和就業(yè)機(jī)會。

綜上所述，電氣化公路作為一種解決新能源汽車充電難題的技術(shù)創(chuàng)新，旨在提供持續(xù)、便捷的充電服務(wù)，當(dāng)前根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況推動普及和發(fā)展的舉措就是重型貨車的電氣化，通過解決充電基礎(chǔ)設(shè)施不足、減少充電時間、降低能源消耗和碳排放等問題，電氣化公路具有預(yù)期的應(yīng)用潛力和推廣價值。其建設(shè)將進(jìn)一步促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動交通行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2 電氣化公路可行性分析

2.1 概述

電氣化公路解決的問題不僅僅是碳排放的問題，作為近年來備受關(guān)注的一項(xiàng)新興領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟(jì)重心向內(nèi)循環(huán)轉(zhuǎn)移，城市化進(jìn)程和交通問題的加劇，傳統(tǒng)公路交通面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如交通擁堵、環(huán)境污染、化石能源進(jìn)口依賴度高、電力能源供給和消耗地域差異大等特點(diǎn)。為了解決這些問題，并促進(jìn)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，電氣化公路項(xiàng)目是可行的解決方法之一。

同時電氣化公路被認(rèn)為是推動電動車普及的重要手段之一。除了貨運(yùn)電動車，在乘用車方面電動車也有電氣化發(fā)展的可能。傳統(tǒng)電動車由于電池容量有限，充電樁數(shù)量有限，且需要停車充電，且大面積的充電設(shè)施配套，占用大量的土地資源，特別在城市發(fā)展空間也相當(dāng)飽和的情況下，也帶來諸如消防安全隱患、擠占停車位、不利于電動車的普及。而電氣化公路則可以實(shí)現(xiàn)無縫供電，讓電動車無需擔(dān)心續(xù)航問題，從而更大程度促進(jìn)了電動車的普及，擴(kuò)大了其發(fā)展空間。

2.2 技術(shù)情況分析

電氣化公路是路網(wǎng)、電網(wǎng)、車網(wǎng)“三網(wǎng)”深度融合的集中典范，讓車路電協(xié)同更立體。然而電氣化公路不僅是“三網(wǎng)”融合，還要囊括公路特別是高速公路的自有的通信網(wǎng)，充分挖掘現(xiàn)有設(shè)施的發(fā)展?jié)摿?。從山東公路特別是高速建設(shè)近期及以后建設(shè)模式看，依托高速公路同步建設(shè)光伏等新能源實(shí)現(xiàn)高速公路網(wǎng)與綠色能源網(wǎng)融合已邁出實(shí)質(zhì)性的步伐，近期即將通車的濟(jì)南至濰坊高速公路是很好的實(shí)例，光伏發(fā)電除自用外剩余并網(wǎng)并通過其它措施達(dá)到運(yùn)營期“碳中和”即“零碳高速”。

從技術(shù)架構(gòu)看，電氣化公路總體由公路系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和受電車輛系統(tǒng)三部分構(gòu)成，三個系統(tǒng)需要加強(qiáng)協(xié)作、協(xié)調(diào)配合。公路系統(tǒng)的標(biāo)志立柱及面板等對供電系統(tǒng)布設(shè)制約較大，可能需要較大、全面的改造和投入。供電系統(tǒng)尤其是接觸網(wǎng)等不能進(jìn)入公路凈空限界（大致范圍是路幅寬度及之上高度5m構(gòu)成的空間范圍），以保障車輛通行安全，這是國家“強(qiáng)條”，同時要考慮接觸網(wǎng)等穿越上跨構(gòu)造物（橋小凈空一般僅滿足5m要求）且不規(guī)律分布這個現(xiàn)實(shí)。關(guān)于受電車輛，受電車輛離開電網(wǎng)大約可行駛30-50km，很難達(dá)到“門到門”運(yùn)輸，如再裝卸一次，費(fèi)用增加、時間延長，優(yōu)勢就不明顯、競爭力弱了。應(yīng)研究牽引車頭，在場地內(nèi)采用甩掛運(yùn)輸?shù)姆绞礁鼡Q車廂，提高效率、避免貨物裝卸。

電氣化公路不僅是技術(shù)問題，更是各部門協(xié)調(diào)與合作的問題。因此，推動技術(shù)進(jìn)步的同時，積極協(xié)調(diào)各部門參與是至關(guān)重要的。

2.3 經(jīng)濟(jì)和社會性分析

2.3.1 經(jīng)濟(jì)性分析

僅考慮能源消耗成本，電氣化公路汽車運(yùn)輸成本比柴油和蓄電池汽車分別降低53%和55%。在不考慮供配電設(shè)施建設(shè)成本、購車新增費(fèi)用和車輛折舊條件下，電氣化公路車輛相比柴油車增加了少量電池及電力驅(qū)動系統(tǒng)，相比蓄電池車大幅減少電池重量，在總質(zhì)量一定的前提下，其載質(zhì)量介于柴油車和蓄電池車輛之間。在電氣化高速公路上行駛的電力汽車能耗費(fèi)用不超過普通燃油汽車能耗費(fèi)用的 1/2。在考慮電氣化公路建設(shè)成本增加因素的情況下，電力汽車在電氣化高速公路上行駛的能耗加上建設(shè)成本的分?jǐn)?，仍然小于普通高速公路上燃油汽車運(yùn)行成本的一半。至于電力汽車的制造成本，雖然增加了安裝集電器的成本，但當(dāng)采用“電網(wǎng)集電+儲能電池”模式時，只需要電動機(jī)，省去了內(nèi)燃機(jī)，而且傳動機(jī)構(gòu)大為簡化，因而汽車制造成本可以比燃油汽車低。

與換電和氫燃料電池相比，電氣化公路方案省去了充放電或制氫/發(fā)電環(huán)節(jié)，電能利用效率極大提高，避免了大容量電池或儲氫及氫燃料電池系統(tǒng)的使用，減少整備質(zhì)量，提高貨物運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。公路沿線的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可直接接入電氣化公路供電網(wǎng)，既為貨運(yùn)車輛提供綠色的能量來源，又有助于新能源的消納。若考慮在公路沿線布置太陽能發(fā)電，按照線路供電功率1MW/km，光伏板發(fā)電功率200 W/m2計算，僅需在公路邊坡布置寬度為5 m的光伏板即可滿足車輛行駛的全部功率需求，實(shí)現(xiàn)“零碳”公路。

與電氣化鐵路不同的是，電氣化公路沒有固定軌道，公路路面可能存在路面不平整的情況，因此在車輛行駛過程中，受電弓需要對車輛走行偏移進(jìn)行補(bǔ)償，并且雙極受電弓運(yùn)行也比鐵路單極受電弓運(yùn)行更有難度，這些都對應(yīng)用于電氣化公路的受電弓提出了更高研發(fā)，但暫無成熟的技術(shù)方案。與換電站和加氫站相比，電氣化公路供電線路的運(yùn)營成本較低，但供電線路的建設(shè)成本依然很高。

2.3.2 社會性分析

電氣化公路與節(jié)能降碳是應(yīng)對氣候變化和保護(hù)環(huán)境的重要措施。電氣化公路通過提供充電基礎(chǔ)設(shè)施、促進(jìn)電動汽車的普及等方式，減少能源消耗和碳排放。北京地區(qū)的電動公交車，通過建設(shè)電氣化公路充電站和智能充電樁，為電動公交車提供便捷的充電服務(wù)。這些舉措有效地減少了傳統(tǒng)公交車的尾氣排放和碳排放，改善了城市空氣質(zhì)量。德國在部分高速公路上實(shí)施了電氣化公路項(xiàng)目，為電動卡車提供電力供應(yīng)。這些電氣化公路系統(tǒng)通過架設(shè)電纜和起重裝置，為電動卡車提供連續(xù)供電，減少了傳統(tǒng)卡車的燃油消耗和碳排放。然而，電氣化公路面臨基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、技術(shù)支持、經(jīng)濟(jì)成本和社會接受度等方面的挑戰(zhàn)，需要政府、企業(yè)和社會共同努力，推動電氣化公路的發(fā)展與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。

3 結(jié)論和建議

電氣化公路具有一定的前景，技術(shù)上預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)，效益分析顯示基本能夠支撐項(xiàng)目開展，具有一定的可行性。建議如下：

1)不難發(fā)現(xiàn)公路電氣化，在目前階段應(yīng)從貨運(yùn)作為突破口，在實(shí)施步驟的宏觀策略應(yīng)分近期目標(biāo)和遠(yuǎn)景目標(biāo)，分步分階段循序漸進(jìn)實(shí)施；在道路設(shè)施方面盡快出臺相關(guān)頂層標(biāo)準(zhǔn)文件；運(yùn)輸工作方面將傳統(tǒng)的燃油動力驅(qū)動的貨運(yùn)車輛轉(zhuǎn)變?yōu)橐噪娏︱?qū)動的車輛的技術(shù)指標(biāo)要盡快明確。

2)補(bǔ)充完善相關(guān)的內(nèi)容。電氣化公路項(xiàng)目的成本效益分析對于評估其可行性至關(guān)重要。決策者、投資者應(yīng)以長期眼光看待該項(xiàng)目，通過合理的商業(yè)模式和收費(fèi)機(jī)制，確保項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展和穩(wěn)定利潤。具體還應(yīng)對如下7個方面開展進(jìn)一步分析研究:

①資金籌措計劃：為了實(shí)施電氣化公路項(xiàng)目，需要制定詳細(xì)的資金籌措計劃?？梢钥紤]政府撥款、投資者合作、貸款和銷售收入等多種方式來籌措資金。

②環(huán)境影響評價：電氣化公路項(xiàng)目對環(huán)境的影響是必須考慮的因素之一。需要評估項(xiàng)目對土地利用、水資源、生態(tài)系統(tǒng)和噪音等方面的影響，并提出相應(yīng)的減輕措施，以保護(hù)環(huán)境。

③社會影響評價：電氣化公路項(xiàng)目對社會的影響也需要進(jìn)行評價。需要考慮到項(xiàng)目對交通流量、道路安全、就業(yè)機(jī)會和城市發(fā)展等方面的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。

④風(fēng)險分析與管理：對電氣化公路項(xiàng)目的風(fēng)險進(jìn)行分析和管理是保證項(xiàng)目順利實(shí)施的關(guān)鍵。需要識別潛在的風(fēng)險，制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，并建立有效的監(jiān)測和管理機(jī)制。

⑤工程進(jìn)度計劃：為了保證電氣化公路項(xiàng)目按時完成，需要制定詳細(xì)的工程進(jìn)度計劃。包括項(xiàng)目的各個階段、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和里程碑的時間安排，并協(xié)調(diào)各方合作，確保項(xiàng)目的推進(jìn)。

⑥組織架構(gòu)和人力資源：為了有效管理電氣化公路項(xiàng)目，需要建立合適的組織架構(gòu)和配置足夠的人力資源。包括確定項(xiàng)目團(tuán)隊的組成、職責(zé)分工和溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，以確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

⑦監(jiān)測與評估：在電氣化公路項(xiàng)目實(shí)施過程中，需要進(jìn)行監(jiān)測和評估，以確保項(xiàng)目的進(jìn)展和效果。包括對充電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測、對道路使用情況進(jìn)行評估等。

3)把握公路貨運(yùn)電氣化的發(fā)展趨勢。

①技術(shù)進(jìn)步和成本下降：隨著電動汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸下降，電動貨運(yùn)車輛的性能和可靠性將得到顯著提升。同時，隨著電池技術(shù)和充電設(shè)施的不斷改進(jìn)，電動貨運(yùn)車輛的續(xù)航里程和充電速度也將得到改善。

②政策支持和法規(guī)推動：為了應(yīng)對氣候變化和環(huán)境污染等問題，許多國家和地區(qū)已經(jīng)出臺了鼓勵電動車輛使用的政策和法規(guī)。例如，一些國家提供購車補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠，以鼓勵企業(yè)和個人購買和使用電動貨運(yùn)車輛。這些政策的出臺將進(jìn)一步推動公路貨運(yùn)電氣化的發(fā)展。

③綠色供應(yīng)鏈和企業(yè)社會責(zé)任：越來越多的企業(yè)將綠色供應(yīng)鏈和環(huán)保理念作為企業(yè)社會責(zé)任的一部分。采用電動貨運(yùn)車輛可以提高企業(yè)形象，并滿足消費(fèi)者對環(huán)保產(chǎn)品的需求。因此，隨著企業(yè)對可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度增加，公路貨運(yùn)電氣化將成為供應(yīng)鏈管理的重要組成部分。

④可再生能源利用：公路貨運(yùn)電氣化的另一個重要趨勢是與可再生能源的結(jié)合。通過將電動貨運(yùn)車輛與太陽能、風(fēng)能等可再生能源系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)真正的零排放運(yùn)輸。這不僅有助于減少碳排放，還可以降低運(yùn)營成本。

⑤貨物要求：電氣化公路對于貨物運(yùn)輸?shù)姆N類、包裝、貯存等方面的特殊要求。

⑥依托工程驗(yàn)證：可選擇專用的貨運(yùn)通道或運(yùn)輸專線進(jìn)行驗(yàn)證性工程試驗(yàn)，探索總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，特別是能比較準(zhǔn)確反映電氣化公路的經(jīng)濟(jì)性。