云南高原山区高速公路光伏发电浅议

摘 要：云南省高速公路大部分路段修建在崇山峻岭间，已建成的云南高速公路中，桥隧比例高达40%左右，隧道的通风照明，桥梁的机电设施，直至收费站、服务区的电力供给已经成为高速公路保障车辆安全通行的重点考虑因素，远离城镇山区，跨越多个地区，就近接入地方电网是现阶段供配电系统的主要结构。提高供配电等级，逐渐过渡到独立的专网供电系统，结合云南高原山区日照充足，空气洁净，高速公路路域地带土地权属清晰，桥隧、立交、边坡及分隔带上存在大量闲置土地资源可供利用的条件，在规划建设高速公路的同时，建设沿途专线供配电系统，引进太阳能光伏发电，既解决了高速公路沿途的用电所需，又符合绿色、健康、生态环保节能的理念。

关键词：云南高速公路 能耗增长 电力供应 制约 日照充足 路域地带 太阳能光伏发电

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0216-02

1 高速公路发展现状

中国高速公路发展迅速，截止到2012年底，通车里程已经突破9.2万公里，跃居世界第一，至2014年底，中国高速公路的通车总里程已达11.195万公里，按照目前每年高速公路新增通车里程0.8万公里计算，2015年底，中国高速公路通车总里程预计将达到12万公里。

云南省高速公路发展始于1996年10月，昆明至嵩明近45公里高速公路建成通车，至2010年底达到2630公里，2014年增加到3255 km，预计到2015年底高速公路的通车里程将超过4000 km。

高速公路快速的发展，产生了较高经济效益与社会效益，随着在用汽车的数量的急剧上升，在改善和提高民众生活质量和生活水平的同时，也带来了能耗的快速增长，据有关统计资料显示：目前，仅公路交通运输行业的能耗就约占全社会能耗的7%～8%，是仅次于制造业的第二大能源消费行业，公路交通运输行业已成为“十二五”期间我国节能减排的重点行业。

2 高速公路的能耗及对电能的需求

公路交通运输行业的能耗可分为两部分：第一是公路（主要是高速公路）运营管理中机电设施的能耗；第二是运营汽车的能耗。

高速公路运营管理中的能耗主要是沿线为车辆提供服务的监控、收费、通信、照明中的相关机电系统及服务区生活用电的能耗总和。机电系统作为高速公路的重要组成部分，事关道路营运、交通服务质量和安全水平的重要设施，其运行质量直接关系到公路营运水平的提升、运输效率的提高和道路交通安全水平的改善与保障，而高速公路机电系统的运行质量在很大程度上依赖于电力的供给与保障，这部分能源主要以电能的形式体现。

运营车辆-的能耗目前主要为化石能源（汽油和柴油），这是一种有着比较成熟开采和应用技术的能源，是目前运输行业能源消耗的主流，因储量有限（石油大约在50年后将逐渐枯竭），对大气的污染（是大气的主要污染源），目前属于限制发展的能源，许多国家在政策和经济上做出了许多的限制，在不远的将来，将会逐渐淡出市场。

当前，在交通运输行业，发展新型电动汽车是其中的一条出路，在技术方面，油电混合汽车的性能完全能够满足使用需求，纯电动汽车一次充电的运行里程已超过200 km甚至接近300 km，国家已经制定了相关的标准，今年1月，京沪高速公路全线平均每50 km一个的充电桩已建成，可以完全满足国标电动汽车的充电要求，这是国家能源发展战略迈出的第一步，是国家在公路交通运输行业实施节能减排的决心和行动，可以预见，在规模化的电动汽车进入市场之时，就是公路电力配给需求最为迫切之时。

综上所述，无论是公路营运管理，还是公路车辆运行能耗所需，高质量的供配电系统不仅是当前高速公路营运的基本保障，而且是国家今后建设发展的重点。

云南省高速公路大部分路段修建在崇山峻岭间，已建成的云南高速公路中，桥隧比例高达40%左右，隧道的通风照明，桥梁的机电设施，直至收费站、服务区的电力供给已经是高速公路保障车辆安全通行的重要因素，远离城镇的山区，跨越多个地区，就近接入地方电网是现阶段供配电系统的主要结构。这种供电方式相对于高压专线供电方式来讲，一次性投资少，但受当地电网制约和影响比较严重，供电质量难以保证，提高供配电等级，逐渐过渡到独立的高压专网供电系统是云南高速公路供配电的发展趋势。

云南地处高原山区，平均海拔2000 m左右，日照充足，空气洁净，高速公路路域地带土地权属清晰，在桥隧、立交、甚至边坡及分隔带上均存在大量闲置土地资源可供利用，在建设高速公路的同时，规划建设沿途专线供配电系统，利用太阳能光伏发电技术特征，采取沿途分散并网就近发电，就近消纳，余电输出，地方电网补充的运作方式，既可以解决了高速公路沿途的用电所需，又符合绿色、健康、生态环保节能的理念。

3 太阳能光伏发电的发展现状

据权威部门的资料及相关的测试表明，地表每平方米平均每年接收到的辐射大约在1000～2000 kWh之间，国际能源署数据显示，在全球4%的沙漠上安装光伏发电系统，就足以满足全球能源需求，光伏发电具有广阔的发展空间（屋顶、建筑面、空地和沙漠等），潜力十分巨大。

在中国，太阳投射到地球地面上的有效能量，按地区的不同其年辐射量在3350～8400 MJ/m2（大约在930～2333 kWh/m2）不等，多年来已经开发利用的太阳能热水器就是一个典型应用范例。

太阳能光伏发电是利用特殊制造的材料实现太阳能的光辐射直接转变为电能的技术，在历经100多年实验和开发后，出现了多种材料不同应用途径的太阳能光伏板，目前，商业应用最高的转换效率已经逼近20%，光伏板组件的成本已商业化到5元/瓦以下。

相关研究表明，大面积使用太阳能光伏发电，能有效减少二氧化碳的排放，减少温室效应，改变地球气候。按照相关的减排标准进行计算，每1兆瓦光伏太阳能发电每年可节省标准用煤335.84 t，减少CO2和SO2排放分别为837.09 t和25.06 t，减少烟尘排放228.57 t，具有明显的节能减排效应。

在各国政府的激励政策推动和技术进步的驱动下，太阳能光伏发电的投入和建设，在2001年至2008年期间，全球太阳能光伏发电快速增长，年均增速达50.2%，2008年全球新增光伏发电容量为5.95 GW，同比增长110%左右。2000年至2008年，全球太阳电池产量年均复合增长率为47%，2008年产量达到6.4 GW。同期，以欧美为主的全球太阳能光伏发电应用市场也以45%的年均复合增长率快速增长，到2008年全球累计装机总量已接近15 GW。

根据欧盟委员会联合研究中心（Joint Research Centre）（JRC）的预测，到2030年可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中将达到10%以上；2040年可再生能源将占总能耗50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能光伏发电占到60%以上，显示出重要战略地位。

我国光伏太阳能在2000年后得到重视并迅速进入快速发展时期，在2004年以后，其产量连续5年增长率超过100%，2010年我国光伏电池产量已超过全球总产量的50%，并每年以接近3倍的速度上翻，仅2007年国内太阳能电池的产量就到达1180 MWp，在全球太阳能光伏电池市场的份额中占到27%，与同期的欧洲、日本和美国的产量分别是1062、920和266 MWp相比，中国已成为当年名副其实的光伏太阳能第一生产大国。

2012年的资料显示，我国生产的光伏太阳能电池已占世界总产量的60%以上，然而国内市场用量不到10%，且大部分集中建设在西部远离城市的荒漠之上。

为更好发展我国太阳能光伏发电，国家相继出台了一系列的政策和措施。

2013年7月，国务院《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》相关部委就补贴、退税、电价、项目管理、并网以及融资等问题陆续出台配套政策。

2013年7月，国家发改委《分布式发电管理暂行办法》。

2013年8月，国家发改委《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》。

……

开发新的太阳能光伏产品，拓展太阳能光伏发电的应用领域，与当前国家大政方针吻合，也是全球环境保护的发展趋势。

总结我国太阳能光伏发电的发展历史，在太阳能光伏发电建设之初多以规模化、集中式的模式发展，且大多集中在内蒙、宁夏和甘肃等远离城市用电的区域，在重点考虑了我国荒漠化的土地资源利用的同时，没有顾及到用电和产电在物理空间地域上不可避免的远距离输电网建设的投资，直至产生弃电。

4 云南高速公路太阳能光伏发电实施分析

居于上面分析，高速公路无论是在营运管理中还是在汽车运输的能源消耗中，对电力的依赖和需求已经都成为了一个不争的事实，今后，这种状况随着电动汽车的进入，电力能源消耗将会是一个有增无减的发展态势。

一方面，调整现有的高速公路供配电系统结构，提高供配电的质量和负荷等级；另一方面，引进新技术，创新思维模式，利用已建设和待建设的云南高速公路路域地带发展绿色能源，拓展能源的配给渠道，以云南省典型的山岭重丘区高速公路路段、隧道和特大桥为研究重点突破口，引进太阳能光伏发电建设项目，研究太阳能光伏发电在云南省高速公路建设的实施方案是本项目的实施目标。

将太阳能光伏发电应用在云南省山区高速公路上，就近发电，就近消纳，减少了输电线路电能的线损，提高了电能的利用率，拓展了太阳能光伏发电的应用领域，参考国外已有经验和做法，将其作为太阳能光伏发电的新型、有效载体，实现光伏发电、交通运输、节能减排、安全行驶、道路养护、耕地保护六者的高效整合与最佳统一，发展不占土地的高速公路光伏发电，具有较大的潜力，对推动交通科技自主创新、提高公路建设质量及标准具有积极的现实意义。

2011年，意大利在西西里已经建设完成了世界第一条全部设施以太阳能为动力的高速公路，安装的太阳能光伏装置能满足沿线设施的电力需求，包括路灯、隧道风机、路牌、紧急电话及路上所有需要靠太阳能运行的装置。

从发达国家的发展经验看，大力发展光伏发电是解决能源消耗与环境问题矛盾，引导行业发展、推进行业技术进步的重要方法和手段，光伏发电作为一直比较看好的可再生能源，将从现在的补充能源开始，到替换能源，直至实现主流能源的过度，是将来解决能源进级换代最的理想能源。

云南省高速公路沿线用电设施系统构成比较复杂，种类繁多、布局分散，不同种类用电设施的技术和途径及其能耗等有很大区别，传统的配电方式较难满足这样的配电需求，而太阳能光伏发电系统的组成，可以根据道路设备用电状况，路边空余地块状况、施工情况的难易等灵活配置，施工周期短，发电容量按需组合，按需变化，对行驶的汽车无噪声污染，无化学污染，也无反光干扰，设计的重点在于解决配置沿途专网供电线路后，综合而灵活布局光伏组件及户外开关柜的数量及位置设置等。

本着科学性、实用性原则，探索云南高速公路沿线光伏发电建设途径，是节能减排工作向纵深发展的一个选择，是推动我国高速公路交通运输行业由高能耗、传统模式向安全高效、节能环保的模式发展，促进行业全面、协调、可持续发展的长远性和基础性工作。同时，这样的举措，也为绿色低碳公路建设提供行业技术支撑，实现国家关于公路交通运输行业的节能减排战略要求。

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