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          智慧交通與能源之路

          來源:中國交通新聞網   發布時間:2019-09-19 16:31:57   點擊數:2105    分享道

          隨著研發進一步深入,光伏路面綜合路用性能將全面超越現有瀝青道路。

          中國汽車工程學會對中國電動汽車總量的預估。

          世界首條高速公路光伏路面試驗段。

          作者以道路交通發展為切入點,由人類道路交通發展史提煉發展方向及發展形式的決定性因素;以當今科技、道路交通行業、相關產業發展為基礎,結合歷史理論,跳脫單一交通思維,通過跨行業的解析,勾勒全面立體的未來道路交通特點,逐步揭示光伏路面作為未來道路交通基礎性載體的重大意義及功能實現路徑;在此基礎上,進一步探索光伏路面對光伏行業、國家電力運行調配及整個電力產業產生的影響;最后結合人類能源發展路徑,提出對于太陽能直接利用的理解與思考,表達對環境的關切,闡述對人類未來的期許以及當代交通人的理想追求和責任擔當。

          敬請關注。

          ——編者

          道路交通的發展伴隨著人類文明的進程

          縱觀人類道路交通發展史,道路作為人類出行及交通工具行駛的載體,其發展與革新同人類經濟、生活需求及交通工具的迭代衍進有著密不可分的關系。

          從原始社會人類在生產勞動中打獵捕魚、取水采食,足跡所到之處,慢慢地形成了最初的自然之路,到出現了農業、畜牧業和手工業的社會分工后人們因為需要物資交換,于是開始有意識地修建供人行走及牛馬馱運貨物的道路,再到古埃及人為修建金字塔而建設的世界上最早的公路,道路誕生及初期發展的過程既是其功能逐步被認知和開發的過程,也是其基本意義逐步被明確的過程,即滿足人類物質文化生活帶來的出行及物流需求。

          同時,在這一發展過程中也不難發現,道路的具體形式主要取決于不同歷史時期交通工具的發展水平,而這一點在“科學革命”這一階段表現的尤為突出。

          自“科學革命”時期起,人類道路交通表現出了遠高于過去的發展速度,而以第一次及第二次工業革命為節點的近現代道路交通,呈現出了前所未有的蓬勃之勢。其中汽車、充氣輪胎、碎石路被合稱為近現代交通的三大支柱,也奠定了人類道路交通在過去一百多年來的發展方向。汽車發明后,由于其性能不斷改善,在速度、安全和舒適方面有了很大的提高,原來的道路條件已不能適應,于是人們開始大量修建瀝青路面和混凝土鋪裝路面,終于在第二次世界大戰之前出現了人類歷史上的第一條高速公路。二戰后,為與飛速發展的汽車相匹配,世界各國也對道路交通進行了系統的升級換代,高速公路繼而成為公路現代化的標志。

          千百年來道路一直隨著人類交通工具的革新而不斷通過各種形式提升著它的性能。同時,其滿足人類物質文化生活帶來的出行及物流需求的基本意義也隨著社會的發展、科技的進步逐漸有了更為豐富的內涵。

          隨著第三次(計算機及信息技術革命)和第四次工業革命(人工智能,清潔能源,機器人技術,量子信息技術,虛擬現實以及生物技術為主的全新技術革命)的深化,人類的出行方式與交通工具本身都發生了翻天覆地的變化與提升,而對于道路本身的認知與期許也進入了前所未有的全新時代。

          電氣化、智能化道路呼之欲出

          高性能汽車需要高性能的道路

          汽車產業飛速發展,汽車綜合性能不斷提高,對道路的質量也有了更高的要求。道路的穩定性、安全性、耐久性、抗病害能力等需要繼續提升。未來以新能源與智能網聯為趨勢,車與路的關系也將被深刻改變,人對道路的功能性要求也將更趨豐富。

          汽車的時速越來越高,道路交通的整體提速也是發展的必然趨勢,更高的時速需要由更為安全穩定的無人駕駛系統接管駕駛。無人駕駛系統目前的主流技術路線從實現形式上分為C2R(車到路)及R2C(路到車)兩個方向,這也就意味著在未來道路除了基礎的承載外,大量的信息感知、信息交互、信息傳導等與無人駕駛引導技術相關的功能都會逐步成為必要功能。

          電動汽車為道路發展提供了新機遇

          電動汽車走入人們視野的時間并不長,電池能量密度造成的續航里程不足問題是阻礙其長足發展的核心原因。

          一直以來人們都試圖通過提升電池技術的途徑來解決阻礙電動汽車發展的難題。未來的道路是否可以通過一種全新的形式幫助電動汽車行業打破這一發展瓶頸呢?

          人們美好出行需求的增長對道路提出了更全面的要求

          交通運輸是經濟發展的“先行官”,黨的十九大報告提出要建設交通強國, 這既要求我國在基礎設施、技術裝備、運輸服務、科技創新能力及交通治理水平方面處于全球領先地位,同時也要求我國的交通更加和諧美麗,出行體驗更加美好豐富。未來道路交通體系應是運輸選擇多樣、出行體驗美好、個性化定制化甚至人性化的出行模式成為新常態,交通工程、產品和服務的質量更優,交通資源配置和交通自身設施的利用效率更高,交通建設以及交通對環境的影響和自身安全成本不斷降低。

          未來的道路交通,應當有機融合多種功能。它既應具有高于傳統道路的路用性能,又能夠為無人駕駛技術的廣泛應用提供強有力的支撐;對于新興交通工具不僅有著完整、友好的兼容性,更需要能夠實現信息、能源的車路交互;當然,任何技術革新、科技進步的核心目的都是服務于人。以人為本的未來道路交通體系將給大眾帶來更多的出行便利與美好體驗。而光伏路面技術,就是道路交通技術向我們所期待的未來立體、智能、多網融合的交通體系邁進的具有重大意義的第一步。

          光伏路面是未來智能交通系統的基石性載體

          什么是光伏路面

          光伏路面是一種既能進行光伏發電又能滿足各種荷載車輛正常行駛的道路結構。光伏路面技術作為一種先進的跨界技術,通過系統化、智能化改造,使普通路面既可進行太陽能光伏發電,又能正常行車,并提供行進間車輛無線充電、車路信息交互、自動引導等服務,是橫跨交通工程、光電新能源、智能汽車領域的原創性新技術群。

          光伏路面國內外發展現狀

          目前,全球在道路光伏發電技術方面基本形成了復雜程度不同的兩種技術路線,一是以日本和韓國為代表的利用道路附屬設施實現單一發電功能,二是以我國、美國、法國、荷蘭為代表的路面直接布設承壓式光伏電池發電層的技術。

          齊魯交通發展集團有限公司于2016年至2017年間完成了以世界首條高速公路光伏路面試驗段為代表的多處光伏路面試驗及示范工程。

          探索高荷載全路況光伏路面發展應用

          我國是世界范圍內發展光伏路面技術的先驅,齊魯交通發展集團正在打造為能夠滿足未來智慧交通所需的光伏路面及其相關智能應用產品付出不懈的努力。

          齊魯交通目前探索的光伏路面組件實現了滿足當代中國高速公路現實交通情況對道路材料的核心要求,隨著未來研發的進一步深入,光伏路面的綜合路用性能全面超越現有瀝青道路材料應當是一個必然的發展趨勢。

          以自給自足綠色供電形式實現道路的全線電氣化

          現代道路交通經過近百年的發展,雖然路網已經極為發達,但全線供電仍是難點,尤其是城際間的連接線。究其原因:如果選擇低壓供電,則沿路長線形遠距離的送電方式由于線損的存在是不現實的;如果選擇高壓送電,變電使用,由于道路的用電沿路又比較分散,從成本上來講也無法大規模推廣。

          光伏路面技術的誕生則可以徹底解決公路用電的難題,而全線電氣化是道路智能升級的基本前提。

          光伏路面不但可以滿足道路自身用電需求,同時還能夠對路外進行供電,其發電規??筛鶕煌l展時期實際用電需求確定鋪裝量及加鋪量,機動程度遠遠高于傳統電站,為沿線城市、村莊、企業提供源源不斷的綠色能源。

          光伏路面是高速智慧交通及新一代無人駕駛技術最佳搭載平臺

          光伏路面依靠自身電力支持和內建信息網絡,實現車路之間可視化信息、無線互聯網和定位引導的多重信息交互,全面提高交通服務智能化水平??梢暬畔▌討B顯示于光伏路面上的標志、標線、圖文,交通管理中心可實時發布管理信息改變通行規則,例如潮汐控制等。車輛通過與光伏路面的無線互聯,實現車輛狀態信息、行駛參數以及海量數據的上傳下行,并通過光伏路面內建的定位點獲取毫米級定位信息,實現全交通系統在統一指揮下的有序通行和無人駕駛。

          光伏路面將實現電動汽車行業的革新

          光伏路面與車輛之間的能量交互將實現電動汽車的革新。光伏路面所產生的電力通過智能管理系統的自動分配,一方面供應沿線設施、村莊、工礦企業使用,另一方面直接為電動汽車進行不停車無線充電,從而使光伏路面成為車輛的非接觸式能量供應平臺,改變了車輛的能量供應和設計。從道路電力供給側,解決電動汽車行業發展因電池續航里程不足的技術瓶頸。結合光伏路面智慧交通的各種立體功能,打造電動汽車出行的全新時代。

          光伏路面是美好出行體驗的重要性載體

          從馬車到汽車,從普通公路到高速公路,無不意味著人們對出行速度的要求越來越高。目前,隨著人工智能的發展,各種工具智能化水平的提升,人們對于交通工具的要求已經不僅僅是速度,而是解放手腳和大腦。伴隨著無線充電、無人駕駛引導等技術的發展應用,為適應交通工具的迭代升級,道路也將迎來新一輪的革新,以光伏路面為重要載體的未來智能交通系統,將會滿足人們美好出行的愿望。以高速公路為例,其設計行車速度將高于目前的120公里每小時,達到160公里每小時至250公里每小時,運行中大型貨車與中小型車輛將實現完全分離行駛。其中貨車實現高度全程無人駕駛,無需在高速行駛中配備司機,通過自動編組實現點對點的高效精準運行。以滿足出行為主的中小型車輛則將實現載人無人駕駛,一站式安排全程行駛計劃,車輛將不再僅僅是代步工具,它可以是移動辦公室、移動會客廳、移動休息室。而這也將徹底打破人們對于傳統道路交通的認知。

          光伏路面技術催生電力發展新業態

          光伏路面的誕生源于道路交通電氣化、智能化發展的需求,同時這項技術的成熟與推廣也將對光伏產業及電力行業注入全新的動能。

          光伏產業新業態

          我國東部沿海地區經濟比較發達、人口密集,光伏發電卻面臨“無地可用”“搶屋頂”的尷尬,而西部地區雖然地廣人稀,可以建設大規模光伏電站,但是電力無法就地消耗,面臨遠距離向東部送電的成本壓力。光伏路面技術恰好可以解決這一矛盾,它不僅突破了目前太陽能光伏行業“無地可用”的尷尬困境,解決了行業發展的瓶頸,也使路面成為能量收集平臺、電力供給平臺,為光伏發電開辟了新領域,推動光伏發電行業的二次發展。

          電網新業態

          光伏路面技術實現了車輛與道路之間的能量與信息的雙向交互。這也就意味著在車網、路網、電網及互聯網多網融合的條件下,通過集中運算、智能控制,行駛于光伏路面之上的電動汽車不僅能夠隨時隨地進行無線移動充電,同時也可以進行無線移動放電。而當電動汽車大規模發展應用以后,對電網來說電動車就不再僅僅是用電端,其核心價值則是提升整個電網系統的靈活性。

          電動汽車保有量方面,我國業內普遍認可的一個預測數據來自于中國汽車工程學會發表的《節能與新能源汽車發展路線圖》,其中預測2030年全國電動汽車總的保有量達到8000萬輛以上。

          該數量的電動汽車所能帶來的理論儲能規模約為7.3億千瓦,相較于國家電網的日負荷量,非常合適實現系統因用電高峰所產生的日內小時級的調峰的需求。

          多網融合、協同雙向供儲能的模式不但可以解決目前電網建設運營所面臨的峰谷調節核心問題,通過釋放可觀的電動汽車儲能,還能進一步降低其他種類新能源的入網門檻,大大提升國網的安全性、穩定性、靈活性。這一切如果沒有全天候無縫融合多網的通路都無從談起。光伏路面依托其跨界功能與載體屬性成為多網融合、實現新業態的最佳途徑。

          光伏路面技術或將改變能源格局

          光伏路面是具備巨大能源效益潛力的全新產業。光伏路面利用現有道路空間,無額外占地,無污染排放,為沿線城市、鄉鎮和居民提供優質清潔能源,對于節能減排、改善我國能源格局具有深遠意義。

          光伏路面通過對現有路面資源的二次開發利用,產生巨量的規模發電效力,革命性開拓了太陽能成為主力能源形式的全新路徑;同時其多網融合的巨大調節能力也為未來能源合理使用與分配開啟了更為廣闊的發展空間,這或將對未來我國的能源格局產生深遠影響。

          著眼全球,如果從更為宏觀的角度以交通發展為切入點進行考量,將人類同時期的道路交通發展史、交通工具發展史與能源開發利用史結合對比就可以發現,人類對于能源的利用形式及程度不僅是交通及交通工具發展的決定性因素,更與人類文明的發展步伐息息相關。人類對于能源的利用形式自薪柴時代到煤炭時代再到石油時代,無一例外都是通過對經由動植物等有機材料以各種途徑轉化后的太陽能的間接利用。隨著歷史的演進,人類社會的發展對能源的總量需求劇增,能源活動對自然環境污染與破壞的歷史累積遠遠超過其自凈能力,環境問題凸顯出來。究其根本原因,筆者認為是人類能源利用形式的不成熟、不恰當造成的。而未來真正合理的能源利用形式應當是對太陽能的直接利用。

          一直以來,能源影響著世界各國的政治、經濟、安全等諸多方面。能源發展外部性問題是能源活動主體追求自身經濟利益,長期將環境、人類的可持續性發展以及更優能源利用形式的開發投入作為外在因素,排除在經濟發展的生產要素體系之外,甚至在某些情況下為了保全其自身利益而主動犧牲或減緩相關方面的資源和發展,最終導致人類排放的廢棄物已突破地域的局限,成為威脅生存的全球性問題。

          光伏路面技術作為一次智慧交通產業的創新探索,憑借其跨界的屬性、寬廣的應用領域、豐富的行業縱深度將與其他具有開拓性的新能源創新技術一同成為打破人類能源發展壁壘的一次具有深遠意義的有益嘗試。

          大音希聲,大象無形。世界上偉大恢弘、崇高壯麗的氣派和境界,往往并不拘泥于一定的事物和格局,而是表現出氣象萬千的面貌和場景。未來的道路交通也不會僅僅只局限于一個或幾個單一功能的提升。在智能時代,它將會與多個行業逐步融合,協同發展,服務人類社會的進步。

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