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智慧交通与能源之路

2019-01-08 10:49:40 来源:中国交通新闻网 作者:齐鲁交通发展集团党委书记、董事长 徐春福

 

  

  随着研发进一步深入,光伏路面综合路用性能将全面超越现有沥青道路。

  中国汽车工程学会对中国电动汽车总量的预估。

  世界首条高速公路光伏路面试验段。

  作者以道路交通发展为切入点,由人类道路交通发展史提炼发展方向及发展形式的决定性因素;以当今科技、道路交通行业、相关产业发展为基础,结合历史理论,跳脱单一交通思维,通过跨行业的解析,勾勒全面立体的未来道路交通特点,逐步揭示光伏路面作为未来道路交通基础性载体的重大意义及功能实现路径;在此基础上,进一步探索光伏路面对光伏行业、国家电力运行调配及整个电力产业产生的影响;最后结合人类能源发展路径,提出对于太阳能直接利用的理解与思考,表达对环境的关切,阐述对人类未来的期许以及当代交通人的理想追求和责任担当。

  敬请关注。

  ——编者

  道路交通的发展伴随着人类文明的进程

  纵观人类道路交通发展史,道路作为人类出行及交通工具行驶的载体,其发展与革新同人类经济、生活需求及交通工具的迭代衍进有着密不可分的关系。

  从原始社会人类在生产劳动中打猎捕鱼、取水采食,足迹所到之处,慢慢地形成了最初的自然之路,到出现了农业、畜牧业和手工业的社会分工后人们因为需要物资交换,于是开始有意识地修建供人行走及牛马驮运货物的道路,再到古埃及人为修建金字塔而建设的世界上最早的公路,道路诞生及初期发展的过程既是其功能逐步被认知和开发的过程,也是其基本意义逐步被明确的过程,即满足人类物质文化生活带来的出行及物流需求。

  同时,在这一发展过程中也不难发现,道路的具体形式主要取决于不同历史时期交通工具的发展水平,而这一点在“科学革命”这一阶段表现的尤为突出。

  自“科学革命”时期起,人类道路交通表现出了远高于过去的发展速度,而以第一次及第二次工业革命为节点的近现代道路交通,呈现出了前所未有的蓬勃之势。其中汽车、充气轮胎、碎石路被合称为近现代交通的三大支柱,也奠定了人类道路交通在过去一百多年来的发展方向。汽车发明后,由于其性能不断改善,在速度、安全和舒适方面有了很大的提高,原来的道路条件已不能适应,于是人们开始大量修建沥青路面和混凝土铺装路面,终于在第二次世界大战之前出现了人类历史上的第一条高速公路。二战后,为与飞速发展的汽车相匹配,世界各国也对道路交通进行了系统的升级换代,高速公路继而成为公路现代化的标志。

  千百年来道路一直随着人类交通工具的革新而不断通过各种形式提升着它的性能。同时,其满足人类物质文化生活带来的出行及物流需求的基本意义也随着社会的发展、科技的进步逐渐有了更为丰富的内涵。

  随着第三次(计算机及信息技术革命)和第四次工业革命(人工智能,清洁能源,机器人技术,量子信息技术,虚拟现实以及生物技术为主的全新技术革命)的深化,人类的出行方式与交通工具本身都发生了翻天覆地的变化与提升,而对于道路本身的认知与期许也进入了前所未有的全新时代。

  电气化、智能化道路呼之欲出

  高性能汽车需要高性能的道路

  汽车产业飞速发展,汽车综合性能不断提高,对道路的质量也有了更高的要求。道路的稳定性、安全性、耐久性、抗病害能力等需要继续提升。未来以新能源与智能网联为趋势,车与路的关系也将被深刻改变,人对道路的功能性要求也将更趋丰富。

  汽车的时速越来越高,道路交通的整体提速也是发展的必然趋势,更高的时速需要由更为安全稳定的无人驾驶系统接管驾驶。无人驾驶系统目前的主流技术路线从实现形式上分为C2R(车到路)及R2C(路到车)两个方向,这也就意味着在未来道路除了基础的承载外,大量的信息感知、信息交互、信息传导等与无人驾驶引导技术相关的功能都会逐步成为必要功能。

  电动汽车为道路发展提供了新机遇

  电动汽车走入人们视野的时间并不长,电池能量密度造成的续航里程不足问题是阻碍其长足发展的核心原因。

  一直以来人们都试图通过提升电池技术的途径来解决阻碍电动汽车发展的难题。未来的道路是否可以通过一种全新的形式帮助电动汽车行业打破这一发展瓶颈呢?

  人们美好出行需求的增长对道路提出了更全面的要求

  交通运输是经济发展的“先行官”,党的十九大报告提出要建设交通强国, 这既要求我国在基础设施、技术装备、运输服务、科技创新能力及交通治理水平方面处于全球领先地位,同时也要求我国的交通更加和谐美丽,出行体验更加美好丰富。未来道路交通体系应是运输选择多样、出行体验美好、个性化定制化甚至人性化的出行模式成为新常态,交通工程、产品和服务的质量更优,交通资源配置和交通自身设施的利用效率更高,交通建设以及交通对环境的影响和自身安全成本不断降低。

  未来的道路交通,应当有机融合多种功能。它既应具有高于传统道路的路用性能,又能够为无人驾驶技术的广泛应用提供强有力的支撑;对于新兴交通工具不仅有着完整、友好的兼容性,更需要能够实现信息、能源的车路交互;当然,任何技术革新、科技进步的核心目的都是服务于人。以人为本的未来道路交通体系将给大众带来更多的出行便利与美好体验。而光伏路面技术,就是道路交通技术向我们所期待的未来立体、智能、多网融合的交通体系迈进的具有重大意义的第一步。

  光伏路面是未来智能交通系统的基石性载体

  什么是光伏路面

  光伏路面是一种既能进行光伏发电又能满足各种荷载车辆正常行驶的道路结构。光伏路面技术作为一种先进的跨界技术,通过系统化、智能化改造,使普通路面既可进行太阳能光伏发电,又能正常行车,并提供行进间车辆无线充电、车路信息交互、自动引导等服务,是横跨交通工程、光电新能源、智能汽车领域的原创性新技术群。

  光伏路面国内外发展现状

  目前,全球在道路光伏发电技术方面基本形成了复杂程度不同的两种技术路线,一是以日本和韩国为代表的利用道路附属设施实现单一发电功能,二是以我国、美国、法国、荷兰为代表的路面直接布设承压式光伏电池发电层的技术。

  齐鲁交通发展集团有限公司于2016年至2017年间完成了以世界首条高速公路光伏路面试验段为代表的多处光伏路面试验及示范工程。

  探索高荷载全路况光伏路面发展应用

  我国是世界范围内发展光伏路面技术的先驱,齐鲁交通发展集团正在打造为能够满足未来智慧交通所需的光伏路面及其相关智能应用产品付出不懈的努力。

  齐鲁交通目前探索的光伏路面组件实现了满足当代中国高速公路现实交通情况对道路材料的核心要求,随着未来研发的进一步深入,光伏路面的综合路用性能全面超越现有沥青道路材料应当是一个必然的发展趋势。

  以自给自足绿色供电形式实现道路的全线电气化

  现代道路交通经过近百年的发展,虽然路网已经极为发达,但全线供电仍是难点,尤其是城际间的连接线。究其原因:如果选择低压供电,则沿路长线形远距离的送电方式由于线损的存在是不现实的;如果选择高压送电,变电使用,由于道路的用电沿路又比较分散,从成本上来讲也无法大规模推广。

  光伏路面技术的诞生则可以彻底解决公路用电的难题,而全线电气化是道路智能升级的基本前提。

  光伏路面不但可以满足道路自身用电需求,同时还能够对路外进行供电,其发电规模可根据不同发展时期实际用电需求确定铺装量及加铺量,机动程度远远高于传统电站,为沿线城市、村庄、企业提供源源不断的绿色能源。

  光伏路面是高速智慧交通及新一代无人驾驶技术最佳搭载平台

  光伏路面依靠自身电力支持和内建信息网络,实现车路之间可视化信息、无线互联网和定位引导的多重信息交互,全面提高交通服务智能化水平。可视化信息包括动态显示于光伏路面上的标志、标线、图文,交通管理中心可实时发布管理信息改变通行规则,例如潮汐控制等。车辆通过与光伏路面的无线互联,实现车辆状态信息、行驶参数以及海量数据的上传下行,并通过光伏路面内建的定位点获取毫米级定位信息,实现全交通系统在统一指挥下的有序通行和无人驾驶。

  光伏路面将实现电动汽车行业的革新

  光伏路面与车辆之间的能量交互将实现电动汽车的革新。光伏路面所产生的电力通过智能管理系统的自动分配,一方面供应沿线设施、村庄、工矿企业使用,另一方面直接为电动汽车进行不停车无线充电,从而使光伏路面成为车辆的非接触式能量供应平台,改变了车辆的能量供应和设计。从道路电力供给侧,解决电动汽车行业发展因电池续航里程不足的技术瓶颈。结合光伏路面智慧交通的各种立体功能,打造电动汽车出行的全新时代。

  光伏路面是美好出行体验的重要性载体

  从马车到汽车,从普通公路到高速公路,无不意味着人们对出行速度的要求越来越高。目前,随着人工智能的发展,各种工具智能化水平的提升,人们对于交通工具的要求已经不仅仅是速度,而是解放手脚和大脑。伴随着无线充电、无人驾驶引导等技术的发展应用,为适应交通工具的迭代升级,道路也将迎来新一轮的革新,以光伏路面为重要载体的未来智能交通系统,将会满足人们美好出行的愿望。以高速公路为例,其设计行车速度将高于目前的120公里每小时,达到160公里每小时至250公里每小时,运行中大型货车与中小型车辆将实现完全分离行驶。其中货车实现高度全程无人驾驶,无需在高速行驶中配备司机,通过自动编组实现点对点的高效精准运行。以满足出行为主的中小型车辆则将实现载人无人驾驶,一站式安排全程行驶计划,车辆将不再仅仅是代步工具,它可以是移动办公室、移动会客厅、移动休息室。而这也将彻底打破人们对于传统道路交通的认知。

  光伏路面技术催生电力发展新业态

  光伏路面的诞生源于道路交通电气化、智能化发展的需求,同时这项技术的成熟与推广也将对光伏产业及电力行业注入全新的动能。

  光伏产业新业态

  我国东部沿海地区经济比较发达、人口密集,光伏发电却面临“无地可用”“抢屋顶”的尴尬,而西部地区虽然地广人稀,可以建设大规模光伏电站,但是电力无法就地消耗,面临远距离向东部送电的成本压力。光伏路面技术恰好可以解决这一矛盾,它不仅突破了目前太阳能光伏行业“无地可用”的尴尬困境,解决了行业发展的瓶颈,也使路面成为能量收集平台、电力供给平台,为光伏发电开辟了新领域,推动光伏发电行业的二次发展。

  电网新业态

  光伏路面技术实现了车辆与道路之间的能量与信息的双向交互。这也就意味着在车网、路网、电网及互联网多网融合的条件下,通过集中运算、智能控制,行驶于光伏路面之上的电动汽车不仅能够随时随地进行无线移动充电,同时也可以进行无线移动放电。而当电动汽车大规模发展应用以后,对电网来说电动车就不再仅仅是用电端,其核心价值则是提升整个电网系统的灵活性。

  电动汽车保有量方面,我国业内普遍认可的一个预测数据来自于中国汽车工程学会发表的《节能与新能源汽车发展路线图》,其中预测2030年全国电动汽车总的保有量达到8000万辆以上。

  该数量的电动汽车所能带来的理论储能规模约为7.3亿千瓦,相较于国家电网的日负荷量,非常合适实现系统因用电高峰所产生的日内小时级的调峰的需求。

  多网融合、协同双向供储能的模式不但可以解决目前电网建设运营所面临的峰谷调节核心问题,通过释放可观的电动汽车储能,还能进一步降低其他种类新能源的入网门槛,大大提升国网的安全性、稳定性、灵活性。这一切如果没有全天候无缝融合多网的通路都无从谈起。光伏路面依托其跨界功能与载体属性成为多网融合、实现新业态的最佳途径。

  光伏路面技术或将改变能源格局

  光伏路面是具备巨大能源效益潜力的全新产业。光伏路面利用现有道路空间,无额外占地,无污染排放,为沿线城市、乡镇和居民提供优质清洁能源,对于节能减排、改善我国能源格局具有深远意义。

  光伏路面通过对现有路面资源的二次开发利用,产生巨量的规模发电效力,革命性开拓了太阳能成为主力能源形式的全新路径;同时其多网融合的巨大调节能力也为未来能源合理使用与分配开启了更为广阔的发展空间,这或将对未来我国的能源格局产生深远影响。

  着眼全球,如果从更为宏观的角度以交通发展为切入点进行考量,将人类同时期的道路交通发展史、交通工具发展史与能源开发利用史结合对比就可以发现,人类对于能源的利用形式及程度不仅是交通及交通工具发展的决定性因素,更与人类文明的发展步伐息息相关。人类对于能源的利用形式自薪柴时代到煤炭时代再到石油时代,无一例外都是通过对经由动植物等有机材料以各种途径转化后的太阳能的间接利用。随着历史的演进,人类社会的发展对能源的总量需求剧增,能源活动对自然环境污染与破坏的历史累积远远超过其自净能力,环境问题凸显出来。究其根本原因,笔者认为是人类能源利用形式的不成熟、不恰当造成的。而未来真正合理的能源利用形式应当是对太阳能的直接利用。

  一直以来,能源影响着世界各国的政治、经济、安全等诸多方面。能源发展外部性问题是能源活动主体追求自身经济利益,长期将环境、人类的可持续性发展以及更优能源利用形式的开发投入作为外在因素,排除在经济发展的生产要素体系之外,甚至在某些情况下为了保全其自身利益而主动牺牲或减缓相关方面的资源和发展,最终导致人类排放的废弃物已突破地域的局限,成为威胁生存的全球性问题。

  光伏路面技术作为一次智慧交通产业的创新探索,凭借其跨界的属性、宽广的应用领域、丰富的行业纵深度将与其他具有开拓性的新能源创新技术一同成为打破人类能源发展壁垒的一次具有深远意义的有益尝试。

  大音希声,大象无形。世界上伟大恢弘、崇高壮丽的气派和境界,往往并不拘泥于一定的事物和格局,而是表现出气象万千的面貌和场景。未来的道路交通也不会仅仅只局限于一个或几个单一功能的提升。在智能时代,它将会与多个行业逐步融合,协同发展,服务人类社会的进步。

  本文内容系作者个人观点,不代表本报立场。

  本版图片由 齐鲁交通发展集团 提供


 


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