高速公路与清洁能源的融合之法

文 招商局公路网络科技控股股份有限公司 吴新华

目前，我国高速公路与能源融合整体的技术和市场正越来越成熟。例如，超高压和智能电网能源技术逐步成熟，物联网、大数据、智能交通、信息化技术被大规模广泛应用，电动汽车和自动驾驶蓬勃发展。同时，高速公路领域自身的光纤充电、车联网等技术的进步也为高速公路与能源的融合营造了良好的市场环境。

被电动车和新基建推高的能源需求

随着电动汽车的快速发展和新型基础设施的建设改造，高速公路的能源需求逐渐被推高。这就意味着高速公路需要同步规划建设科学合理、经济高效的供能、充电设施。

预计到2030年，电动汽车整体的年销售量将达到190万辆，渗透率将达到40%以上，总保有量将超过8000万辆，其中400万辆商用车占比5%，小客车则有7600万辆。

根据相关数据作预测，电动汽车全国用电量分别从2020年的34太瓦时，增长到2050年的263太瓦时，极端的情况下甚至可能增加到956太瓦时。大规模电动汽车的介入将显著增加高速公路线路电网峰值组合，到2050年，高速公路沿线所有的电动汽车充电站峰值需求，在极端的情形下可能达到24吉瓦，这是另一个惊人的数字。

除了电动汽车的发展，同步发展的还有高速公路新型基础设施的建设和升级改造。目前，高速公路整体的数字化、自动化及智能化水平正在快速提升，尤其是以5G技术为代表的能够实现智能交通和基础设施高效联通的新一代信息技术。其中，高速公路智能设施的布设，在2030年以前都属于培育状态，而在2030年以后将迎来非常明显的增长态势。例如，每10公里布设4G信号塔和Wi-Fi信号塔的耗电量是31.5千瓦时。随着5G设施的进一步完备，布设高精度定位基站、边缘基站的平台，以及5G通信站等设施，每10公里的耗电量将达到240千瓦时。

高速公路的用电需求大致来源于智能基础设施和电动汽车两方面。总体来讲，以电动汽车为主，基本在90%以上。

充电与换电之选

“光储充”是指在利用光伏发电系统的基础上，把使用盈余的电量暂存于储能设施中，再把储能盈余的电量用于充电设施。这将是未来高速公路光伏商业运作的典型场景之一。

目前，一般服务区设置4个充电桩，热点服务区设置8个充电桩。从理论上测算，净零碳服务区在设置4个充电桩的情况下，通过绿色发电、绿色供电可以完全实现绿电自洽。如果4台240千瓦的充电桩平均每天的利用率能达到16%，4小时耗电将达到4000度。在完全光伏供电的情况下，大约需要在服务区周边设置1.5兆瓦的光伏发电设施，配备1200千瓦至4500千瓦的储能设施，其中储能设施需要约700万元至800万元的投资。如此，可基本实现高速公路服务区的微电网循环。

通过国家电网系统充电桩落地情况排查可知，目前湖南省处于盈利状态，北京市处于微利状态，全国高速公路充电桩总体处于亏损状态。亏损的主要原因是不到2%的低利用率，以及在低利用率条件下，由每度电5角至6角的服务费标准决定的微乎其微的盈利能力。目前，充电桩数量每年的增长率大约在50%，按现有1.2万座充电桩测算，到2025年，利用率达到5%至6%时可实现盈利。但是国家即将开始大规模布局充电桩，这无疑是新的冲击和挑战，意味着盈利周期将大幅延长。

电动汽车正在通过充电桩充电。

未来，高速公路的充电场景将不仅限于服务区固定型的充电桩，它将由服务区向公路本体沿线扩展，由有线有桩充电向无线无桩充电发展，移动式补电也可能作为一种补充方式存在。目前，我国电动汽车的无线充电技术已逐步成熟，但大规模的商业化应用还存在充电成本高、转化效率低等问题。预测两年内，静态无线充电停车场将规模化应用。

5年后，随着无线移动充电成本的降低、转化效率的提高，高速公路沿线对电能的需求也将进一步增强。如此，高速公路的属性很有可能发生颠覆性的变化，它将不仅是能源的消耗者，更可能真正转化成能源的大规模的需求者、生产者和服务商，行业生态将发生巨变。

充电是小型电动汽车补充能源的主要方式，但对于重型卡车等大型电动汽车而言，因其容量和重量大的特点，换电池的充能方式是必然的。目前我国重型卡车保有量在8500辆左右，其中基础设施建设工程保有量800万辆，电动化率不足1%。其燃油消耗量超过2亿台小轿车的消耗量，如此看来，重型卡车电动化也势在必行，但目前其换电时机尚不成熟。

从目前电池的技术水平看，以40吨的电动重型卡车为例，电池重1.5吨，280度的电池大约能跑140公里至160公里，一般在120公里时换电池。这不符合重型卡车多拉快跑的需求。同时，重型卡车的电池一定是与车辆分离的，比小型车辆的电池更复杂，需要兼备制冷和制热系统，对技术水平要求非常高。目前国内电池质量比较好的生产商对于解决上述问题都存在不同程度的困难，很难实现5年保质期，因为电池寿命只有5年。

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观点

氢能专家：2025年可实现氢能产业化落地，2030年实现大规模生产，将淘汰锂电池。氢能是解决重型卡车清洁能源需求的终极解决方案。

锂电专家：氢能成本太高，很难实现。

从金融的角度看，也缺乏安全可靠的出资方。在5年寿命和车辆与电池分离的条件下，大量的电池在高速公路上被消耗，一个电池成本十几万元，谁来买单是个大问题。目前，车辆的成本由物流企业承担，但是电池成本还没有着落。部分金融机构和租赁公司认为其中有生意可做，但是他们希望有人“兜底”，那“谁来兜底”又是一个问题。

重型卡车换电池一般有两种场景。一是固定场景，例如矿区已经有实践的案例，理论上港口也可以实践，因为电价相对都不算高。二是专线，需要在全国层面形成网络，这需要电池的性能水平取得突破性的提升，同时金融问题也必须得到妥善解决。任。氢能方面“卡脖子”的技术正在不断被突破，氢能不断实现商业化，成本也在不断降低。

由此可见，高速公路要高度关注氢能市场。目前，部分省级高速公路公司投资上千万元布局、建设换电站。经过三五年的建设期后，如果氢能市场发展壮大到可以颠覆换电站，这是很“致命”的事情。理想状态是电能和氢能两种技术路线互补长短、和谐共生。未来，重型卡车走氢能路线还是走换电路线的结论尚不明晰。高速公路还需要不断地学习和研究，跟进最新的技术趋势，大胆地先行先试。

政策制定部门在把握未来交能融合趋势、制定政策方面，应持开放包容和鼓励的态度，允许部分试点，例如在隔离带、路侧设置光伏柔性支架的走廊或者隔离栅，适当向外拓展能源设施的使用空间。高速公路与能源融合的产业化布局需要有全国一盘棋的战略视野。因此，在加强协调方面，也建议交通运输部门、能源部门，以及工业和信息化部门不断加强沟通。

风、光、氢的能源之力

风电和光伏是电能的主要种类，其中又有分布式光伏和分散式风电。目前，部分高速公路服务区已经做了一些测算，安装了一批既能发电又能作为景观的风电设施，但是实际效果并不理想。因为在高速公路应用风电是很具有挑战性的。例如，平原地区在风电应用方面本身有一定限制，低风速地区的风电效率较低等问题。所以，在路侧、服务区，以及中间隔离带、隧道出入口等区域安装光伏系统就成为了高速公路清洁能源关注的重点。

关于未来光伏开发能达到的规模，有专家预测是每百公里50兆瓦至100兆瓦。但目前新建的高速公路，需要在完全给光伏预留空间和南北向的条件下，才可能达到这样理想的效果，实际上还要考虑绿化带的遮盖影响等问题。我国共有三类光伏地区，按三类都开发高速公路路域光伏测算，在全国路域安全规范要求下，每年的发电量能达到52.4吉瓦至73.3吉瓦。

此外，氢能在制作、存储、运输和加注环节的技术上都有待突破，成本也有待进一步降低。目前，我国中央企业的研发能力比较强，同时承担着国家重

以光伏为能源的路灯