电气化高速公路发展背景及改革建议

刁萌萌 韩雪 赵震 张倩 陆安琪

东北大学秦皇岛分校 河北省秦皇岛市 066004

在大气污染日益加剧的今天，打造节能、环保的新型公路交通运输系统似乎已经成为世界各国发展的目标。随着科技的不断发展，世界各国面临着能源短缺、环境恶化、大气污染等国际性问题，如何寻找一种新途径解决当前环境问题已经成为各国交流发展的共同话题。第21届联合国气候变化大会指出，世界各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。汽车尾气的排放是全球气体污染的主要危害，解决汽车尾气的排放问题对环境的保护与发展将会具有重要意义。

1 电气化高速公路研究现状

电气化高速公路系统最早是由西门子公司提出，并于2012年在瑞典开展了全世界首个电气化高速公路系统建设项目。瑞典耶夫勒堡省议会项目负责人JanNylander指出，电气化高速公路系统结合了久经考验的铁路技术与公路运输的灵活性，利用斯堪尼亚的混合动力技术，将会实现降低能耗和节能减排的目标。2014年西门子宣布将美国洛杉矶和长滩附近的一段约3.2千米的高速公路延长段架设电力混合驱动货运载重卡车电气化接触网系统，并开始进行多项相应实验。2015年西门子与卡车制造商斯堪尼亚宣布，西门子将在瑞典斯德哥尔摩背部两公里长的E16公路架设电气化接触网系统，实现欧洲的第一个电气化公路系统。

2016年6月，安装有智能受电弓系统的货车首次在电气化高速公路上行驶。而在2017年，西门子公司宣布与德国黑森林州达成合作协议，在德国A5联邦公路架设总长10公里的接触网系统，建设成为德国首个电气化公路。西门子的eHighway电气化公路实现成功运行表明，未来公路交通运输将要向电气化高速公路转变，届时将会实现真正意义上的节能减排。

2 世界各国面临的环境问题

自第二次工业革命以来，人类文明进入了快速发展的新时代。19世纪80年代内燃机的发明，推动了汽车、轮船、飞机的快速发展。1870年，全世界石油需求量约为80万吨，至1900年已经猛增至2000万吨。在伴随着经济、科技、军事不断发展的同时，环境也遭受到了严重破坏。英国是第二次工业革命的急先锋，同时它也是世界上遭受工业革命影响最严重的国家之一。在1952年英国发生了一次环境危机，1952年12月5-8日，英国伦敦被浓雾笼罩，在这四天里，伦敦的死亡人数得到了4000多人，在其后的两个月里，相继有8000人死亡，据悉“伦敦烟雾事件”中，伦敦空气尘粒浓度达4.46毫克每平方米，是平常的十倍，其余的有害气体也远远高于正常水平。著名的环境污染事件还有美国的洛杉矶光化学烟雾事件等。这些事件为我们敲响了警钟，保护环境，即在当下。

环境问题同科技发展，已成为人类社会共同的关注主题。而全球化程度的加深，为国际环境合作的实现提供了政治、经济基础和法律平台，这为科技的推广普及奠定了基础。全球范围的合作已成为世界共识和务实合作，并已取得了一定成效。

3 传统汽车尾气排放对环境的影响

随着科技的进步，汽车在为人们带来高效、便捷的出行方式的时候，也不可避免的带来了环境问题。汽车尾气的排放对大气造成的危害让世界各国头痛，人类迫切地想找到一种新的交通方式取代过去的传统燃油汽车，以减轻对大气的污染。据了解，汽车尾气中含有一氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫、含铅化合物、醛以及铅尘、烟尘等固体颗粒物，对大气造成了极大地破坏，同时也是雾霾的主要制造者之一。相关数据显示，汽车每燃烧1千克汽油，需要消耗15千克的新鲜空气，排除150~200克的一氧化碳、4~8克的碳氢化合物、4~20克的氧化氮等污染物。其中，一定浓度的碳氧化物在静风、逆温等特定条件下与氮氧化物结合会形成光化学烟雾。当与二氧化硫结合时会形成硫酸雾，引发呼吸道等疾病。

根据表1数据可以看出，电力汽车对环境的影响远远小于传统汽车对环境的影响。目前我国的货运主要依靠大型燃油汽车来完成，公路运输货运量大，对环境造成的影响也大。因此解决传统公路运输问题是解决我国大气污染的关键因素之一。而随着公众环境保护意识的提高，电气化高速公路系统的发展也成为未来交通运输方式的趋势之一。

4 新能源运输方式的兴起

新能源汽车作为战略性新兴产业，政府部门期待新能源可以解决传统能源短缺和环境污染的问题，也希望能在新能源汽车的发展中把握战略机遇，加快中国汽车产业转型升级，培育新的经济增长点和国际竞争优势。“十二五”期间，我国新能源汽车正式迈入产业化发展阶段。我国新能源汽车产业化将分三步走，第一步2008—2010年，在大城市公共服务领域开展示范运行，这是产业化前期。第二步是2011—2015年（“十二五”）开始进入产业化阶段，在全全社会推广新能源城市客车、混合动力轿车、小型电动车。第三步是2016-2020年（“十三五”），进一步普及新能源汽车、多能源混合动力车，插电式电动轿车，氢燃料电池轿车将逐步进入普通家庭。2015年，我国新能源汽车行业市场规模为3.69万亿元，随着未来几年喷井式增长，我国新能源汽车行业市场规模将达到39.97万亿元。

目前全球新能源汽车发展已经形成了共识，从长期来看，包括纯电动、燃料电池技术在内的纯电驱动将是新能源汽车的主要技术方向，在短期内，油电混合、插电式混合动力将是重要的过渡路线。电气化高速公路的设想响应国家对于能源优化的号召，既可以节约不可再生能源，又能减少污染物的排放，是实现汽车节能减排的重要战略手段之一。

5 方案分析

电气化高速公路结合了电子信息、互联网加、材料、车辆设计、环境能源等多个领域的技术，属于一种新型的未来交通方式。目前电气化高速公路技术手段尚未成熟，能源动力系统有待完善，与此同时电气化高速公路的建设还需要国家政策的支持。在此笔者提出以下几个建议：

（1）加快电气化高速公路技术方案的完善。电气化高速公路包括电气化公路、电力汽车、接触网以及储电站等基础设施。电力汽车与无轨电车技术相近，在电力汽车的设计方案中以无轨电车受电弓技术为基础，结合人车交互技术、电子信息技术改造成为智能受电弓，在变道过程中可以充分发挥人工智能优势，使汽车变道方式更加灵活。

（2）政府机关扶持。随着大气污染的日益加剧，煤炭石油资源逐渐枯竭，世界各国逐渐认识到保护资源环境的重要性。电气化高速公路作为一种绿色交通方式，使用电能发电，不排放污染性气体，有效利用了能源。各国政府应当积极建设实施电气化高速公路方案，在技术研究方面加大投资力度，并制定相关法律条令，对原有高速公路进行改造，打造一条示范性电气化高速公路。

表1 传统燃油车与电力汽车污染物排放量

（3）制定相关补贴政策，加大投资力度。电气化高速公路的建设是一项耗资巨大的民生工程，涉及到各行各业人员。政府机构制定相关补贴政策，鼓励支持民营货运客车改造成为电力汽车，并提供一定的资金补贴。政府与相关企业进行合作，将项目承包给企业，由企业组织研发人员、施工人员，完成电气化高速公路储电站、管理中心、调度中心等基础设施的建设。

电气化高速公路的发展离不开各国政府的支持。电气化高速公路具有像普通高速公路一样的灵活性，并且通行能力大，运输成本低，同时有效降低了汽车对石油资源的消耗，提高了能源利用率，对资源环境起到了保护作用。在电气化高速公路上运行的电力汽车与高速公路上方接触网接触，使用电力驱动汽车行驶，节约了世界石油资源，缓解了各国的石油压力。总之，电气化高速公路是未来一种新型绿色交通方式，需要世界各国政府携手合作，共同发展建设电气化高速公路，为世界的资源环境以及能源做出贡献。