一、問題的提出

　　在2014年3月的全國兩會上，全國政協(xié)委員、通威集團董事局主席劉漢元先生提出了結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有高速公路網(wǎng)資源狀況，參考國外已有的經(jīng)驗和做法，充分利用國內(nèi)存量高速網(wǎng)，將其作為太陽能光伏發(fā)電的新型、有效載體，實現(xiàn)光伏發(fā)電、交通運輸、節(jié)能減排、安全行駛、道路養(yǎng)護、耕地保護六者的高效整合與最佳統(tǒng)一的方案。劉委員提出的建議就是建設(shè)所謂的“太陽能高速公路”。

　　在此前，廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的歐英雷先生在2012年也提出了“利用高速公路實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的構(gòu)想”。

　　其實，世界上第一個提出“太陽能（高速）公路”概念的是美國愛荷達州的一對夫婦——電子工程師斯科特-布魯索（ScottBrushaw）和心理治療師朱莉（Julie）。

　　2006年，布魯索夫婦首先提出“太陽能公路”的概念和夢想，并進行了一系列的研究、試驗工作，取得了卓有成效的階段性成果。此后，美國、荷蘭、意大利、英國、德國以及比利時等國也先后就此進行了研究、探索和試驗。2011年，世界上第一條太陽能高速公路（A18公路）在意大利建成，并向公眾開放。

　　“太陽能高速公路”是一個全新的概念，是太陽能應(yīng)用創(chuàng)新的大膽設(shè)想。研究和試驗表明，這種太陽能高速公路的優(yōu)點很多，節(jié)能、環(huán)保、智能、安全、分散，也可以節(jié)省大量的土地，其最終的、最直接的結(jié)果就是可以逐漸讓人們不再那么依賴煤和石油等礦物燃料。

　　雖然目前太陽能高速公路的建設(shè)剛剛起步，并且還存在不少問題和困難，尤其是路面材料和造價。但畢竟這是一個偉大的創(chuàng)意和夢想！任何一位開拓者都認為：歷史上沒有一蹴而就的發(fā)明，發(fā)明首先需要想象。

　　二、太陽能高速公路的含義

　　1、含義

　　所謂太陽能高速公路是指：利用高速公路的路面、沿線設(shè)施以及周邊的環(huán)境實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電，并為公路設(shè)施本身和沿線居民供電。

　　2、理論構(gòu)想

　　太陽能高速公路的理論構(gòu)想是將太陽能電池陣列埋入高速公路的路面內(nèi)，并尋找新型的光學(xué)材料來鋪設(shè)高速公路的路面。這種新型的路面材料（如透明陶瓷和聚光透鏡等），它既要符合高速公路的行車要求，又要滿足對太陽光的透射和聚焦作用，使得鋪設(shè)在其下面的太陽能光伏陣列能接收到太陽光的輻射。也就是說中間層和最上面層兩者的共同作用應(yīng)達到高速公路的設(shè)計標準，從而確保高速公路的行車安全。

　　三、我國的太陽能資源簡述

　　眾所周知，太陽能是一種取之不盡，用之不竭的綠色資源。據(jù)計算，每秒鐘太陽輻射抵達地球表面的能量高達8.0×1013kW，相當于550萬噸的標煤燃燒產(chǎn)生的能量。我國陸地表面每年接收的太陽能就相當于1700億噸標準煤。

　　我國的太陽能資源十分豐富，全國有2/3以上地區(qū)，年日照時數(shù)在2000小時以上。但由于太陽能十分分散，能流密度較低，因此，到達地面的太陽能每平方米只有1000W左右。

　　四、太陽能高速公路發(fā)電量的理論估算（略）

　　五、國外發(fā)展動態(tài)

　　1、美國

　　美國是最早研究太陽能高速公路的國家。

　　2006年，美國愛達荷州的一對科學(xué)家夫婦斯科特？布魯索（ScottBrushaw）和朱莉（Julie）首先提出，用太陽能板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的瀝青來建造所謂的“太陽能公路”的夢想，并得到了美國聯(lián)邦公路管理局的研發(fā)資金支持。

　　2009年，他們收到了第一筆用于建造太陽能電池板公路原型的政府撥款。2013年春天，布魯索夫婦啟動了試點項目，在愛達荷州桑德波因特市用太陽能電池板建成了一個露天停車場。斯科特認為停車場是進行LED光源和發(fā)電系統(tǒng)試驗的絕佳試驗場?？梢灾匦屡渲梅较蚣^和停車線，來應(yīng)對停車高峰，而且所產(chǎn)生的電能可以為附近的企業(yè)供電。為此，當?shù)卣剟盍怂麄?5萬美元。

　　目前，推廣這種太陽能公路的最大的瓶頸是工程投入太大，成本太高。

　　美國的能源局已經(jīng)撥款給負責研發(fā)的太陽能公路公司，以期大幅降低生產(chǎn)成本，讓太陽能高速公路變?yōu)楝F(xiàn)實，早日投入使用。

　　2、意大利

　　意大利作為世界上第一個建造高速公路的國家又將有一項新的創(chuàng)舉?？ㄋ醽?錫拉庫薩A18高速公路（西西里島600公里高速公路網(wǎng)絡(luò)中新增的一段30公里的公路）將成為一條完全由太陽能作為動力的高速公路，而且將是世界上的第一條太陽能高速公路。

　　3、荷蘭

　　荷蘭嘗試在普通道路上鋪設(shè)太陽能電池板。

　　荷蘭應(yīng)用科學(xué)院成立了“太陽能之路”項目組，研發(fā)了一種新型的太陽能電池系統(tǒng)，通過一個聚光裝置將道路表面吸收的太陽光匯聚到一個小型的高效太陽能電池上。他們的太陽能裝置，準備在阿姆斯特朗附近的一個小鎮(zhèn)上進行試驗行的道路鋪設(shè)。

　　據(jù)科研人員估計，他們鋪設(shè)的太陽能道路，每年每平方米能生成約50千瓦時的電能，而荷蘭的每個家庭的年耗電量為3500千瓦時。

　　4、英國

　　世界上第一個全國性高速公路電動汽車充電站網(wǎng)絡(luò)，2011年9月在英國投入使用。這種免費使用的太陽能充電站已經(jīng)現(xiàn)身12個高速路服務(wù)區(qū)，并還將有18個服務(wù)區(qū)的免費充電站投入使用。

　　這一舉措意味著電動汽車將第一次能夠行駛到英國的任何地方。充電站網(wǎng)絡(luò)由Ecotricity環(huán)境能源公司負責建設(shè)，公司創(chuàng)始人表示：“統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示電動車在城鎮(zhèn)行駛時并不需要中途充電，真正需要充電的是城市間的高速公路。”

　　5、德國

　　2010年11月16日報導(dǎo)，德國阿沙芬堡高速公路上架起太陽能發(fā)電板，有效利用了閑置空間，這是德國最重要的太陽能發(fā)電項目。

　　德國一條高速公路隧道里安裝了16000塊太陽能板，將提供2.8兆瓦的電量。這項計劃花費1100萬歐元投資，需要16年才能收回投資。

　　6、瑞士

　　1989年，瑞士建成了第一個太陽能聲屏障系統(tǒng)，在保證降噪效果的同時，還可以利用太陽能發(fā)電?，F(xiàn)在，德國、英國、法國、意大利等國家都開始試用太陽能聲屏障。

　　7、比利時

　　歐洲Enfinity公司在比利時四號高速公路（HSL4）旁的鐵路隧道上，安裝了長達達2.1哩（約3.6公里）的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了16000片太陽能板，總面積為50，000平方米（約8個足球場大?。?，總造價為2100萬美元。太陽能產(chǎn)生的電力使用在一些鐵路基礎(chǔ)設(shè)施上，包含照明、取暖、以及供給鄰近安特衛(wèi)普中央火車站的一半用電。一年的發(fā)電量為3300兆瓦時，約提供1000個家庭使用，一年可減少2400噸的二氧化碳排放。

　　8、澳洲

　　澳洲永續(xù)能源公司GoingSolar將太陽能板融入高速公路的隔音墻上。GoingSolar的第一個高速公路工程是在TullamarineCalder高速公路上實施的，這段太陽能板隔音墻長達500公尺。

　　9、日本

　　2013年，日本佐賀縣準備向利用太陽能電池板開展發(fā)電業(yè)務(wù)的運營商頒發(fā)許可，允許其免費占用該縣管理的地區(qū)高規(guī)格道路路基斜坡。作為發(fā)電設(shè)施設(shè)置場所的是有明海沿岸公路從久保田立交附近到福所江大橋共約2公里的南側(cè)斜坡。

　　六、國內(nèi)簡況

　　在我國有些地區(qū)的的高速公路上，已經(jīng)應(yīng)用太陽能電源為監(jiān)控系統(tǒng)的一些外場設(shè)備供電。開始供電的對象僅是一些小功耗的設(shè)備，如全程監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機、微波檢測器等。從去年開始，在京港澳高速公路改擴建工程中的石安區(qū)段的新建路段——邯鄲東南環(huán)（38公里）上，所有的外場機電設(shè)備全部采用太陽能來供電，以實現(xiàn)主線“去電纜化”，真正實現(xiàn)部、省交通部門提出的“國內(nèi)領(lǐng)先，國際一流”的科技示范路的創(chuàng)新目標。目前，該工程正在安裝施工，預(yù)計到5月份可以竣工。

　　從總體上考慮，國內(nèi)還沒有一個部門或單位提出過實現(xiàn)太陽能高速公路的設(shè)想和規(guī)劃，更不可能進行某些研究、探索和試點。盡管如此，已經(jīng)有一些地方的高速公路利用服務(wù)區(qū)、收費站、隧道、聲屏障等沿線設(shè)施建立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，服務(wù)于設(shè)施內(nèi)部的供電、照明、取暖，并取得了明顯的經(jīng)濟效益和節(jié)能、環(huán)保效果。

　　下面的一些實例僅是其中的一部分。

　　1、河南省

　　2011年9月，京港澳高速公路安陽服務(wù)區(qū)建成了60千瓦（Wp）太陽能光伏電站并網(wǎng)發(fā)電。該電站是全國首座太陽能光伏電站，每年發(fā)電量為85850千瓦時，可節(jié)約標準煤780噸，預(yù)計可穩(wěn)定運行25年。

　　2、陜西省

　　2014年1月，位于“十天高速”陜西段西鄉(xiāng)縣茶條嶺的高速公路110千瓦光伏電站項目完成接網(wǎng)交工驗收。該項目采用用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電模式，預(yù)計年發(fā)電量為15.04萬千瓦時，所發(fā)電主要用于茶條嶺隧道內(nèi)的燈光照明、動力服務(wù)，成為隧道供電重要組成部分，每年可節(jié)省費用15萬元。電站運營25年可節(jié)約標準煤1466噸，二氧化碳減排3749噸，二氧化硫減排113噸。

　　3、福建省

　　在永武高速公路一期路段上，建設(shè)了金雞嶺隧道太陽能發(fā)電系統(tǒng)和閩粵主線站太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

　　4、四川省

　　據(jù)2012年5月報道，四川省首個光伏發(fā)電高速公路服務(wù)區(qū)加油站在鹽邊落成，這是四川省內(nèi)首個利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的高速公路服務(wù)區(qū)加油站。

　　該項目位于攀西高速新九段附近的攀枝花服務(wù)區(qū)內(nèi)，由164塊太陽能光伏電池板組成30千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)。項目主要由20千瓦的微網(wǎng)固定系統(tǒng)和10千瓦的微網(wǎng)跟蹤系統(tǒng)組成，總投資135萬元，總裝機容量30千瓦，預(yù)計日用負荷可達15千瓦至20千瓦，全部供給高速公路攀枝花服務(wù)區(qū)加油站的生產(chǎn)和照明使用。

　　5、其它

　　從2011年起，國內(nèi)也有一些公司開始著手太陽能聲屏障、太陽能停車棚的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。

　　太陽能的最大的優(yōu)點之一是它幾乎可以在任何地方不限規(guī)模的使用。由于公路兩側(cè)的隔音板沒有充分利用起來，加上道路聲屏障具有較大朝陽空間的特點，因此，高速公路聲屏障加裝光伏組件無疑是上佳選擇。

　　七、關(guān)于造價和效益

　　1、造價估計

　　由于國外已經(jīng)建成的太陽能高速公路很少，很多國家尚處于摸索和試驗階段，因此，確切的造價估算很困難，筆者只是收集到國外一些零碎的數(shù)據(jù)供參考。

　　提出“太陽能公路”設(shè)想的布魯索夫婦認為，太陽能公路的成本約是傳統(tǒng)公路造價的3倍。

　　大體上，國外的試驗性太陽能高速公路的路面造價約為每平米500美元。按此推算，每公里車道的造價為175萬美元，四車道太陽能高速公路每公里的造價為700萬美元，按照當前的換算率，約為4400萬人民幣。

　　根據(jù)劉漢元委員的估算，按照當前的建設(shè)水平，每公里車道的光伏電站建設(shè)的成本可控制在230萬元左右。

　　2、效益情況

　　由于目前國外尚未建成一條完整的、真正意義上的太陽能高速公路或太陽能公路，因此也談不上有確切的效益數(shù)據(jù)，多數(shù)都是估計或推測，但作為參考還是可用的。

　　至于社會效益，大家都是公認的：環(huán)保、綠色、節(jié)能、安全，節(jié)省大量土地，還能與市電并網(wǎng)提供居民用電等。關(guān)于經(jīng)濟效益，在前面的介紹中，已經(jīng)提到一些，發(fā)電量多少、可節(jié)約多少噸標煤、石油，減排多少噸二氧化碳……;按照現(xiàn)有的補貼及脫硫電價計算，每年可直接產(chǎn)生多少億元的經(jīng)濟效益等。

　　下面列舉一些預(yù)測的數(shù)據(jù)做參考：

　　1）國外情況

　　-美國一段一公里長的四車道高速公路發(fā)電量可供300個家庭使用。

　　-美國加州101國道上七座太陽能高架，其光伏系統(tǒng)可以生產(chǎn)15兆瓦的電量。

　　-意大利A18公里長30公里，沿線安裝的太陽能光伏裝置將百分之百滿足沿線80萬個設(shè)施的電力需求。路面上的光伏設(shè)備每年發(fā)電量為1200萬千瓦時，相當于每年節(jié)約31萬噸石油，并減排10萬噸二氧化碳的排放量。

　　-荷蘭鋪設(shè)的太陽能道路，每平方米能生成約50千瓦時的電能，而荷蘭每個家庭的年耗電為3500千瓦時，故70平方米的太陽能道路就可以提供一個家庭的用電量。

　　…………

　　2）國內(nèi)情況

　　劉漢元委員分析，到2012年底，我國的高速公路總里程已達9.62萬公里，全國高速公路的車道里程為42.46萬公里。按照每條車道3.5米計算，單條車道的空間面積約為3500米2。如果實際裝機容量按15米2/千瓦計算，則每公里的光伏容量為230千瓦，。而全國高速公路僅車道總面積就達14.86億米2，如利用全國高速公路建設(shè)太陽能光伏電站，總裝機容量近1000億瓦;即便只有50%的高速公路具備裝機條件，裝機容量也可達500億瓦，遠遠超過全國現(xiàn)有總裝機容量，年發(fā)電量可達490億度，約占全國全年消耗量的9%，且每年能節(jié)省標準煤1953萬噸，二氧化碳減排5200萬噸，按照現(xiàn)有的補貼及脫硫電價計算，每年可直接產(chǎn)生450億元的經(jīng)濟效益。

　　高速公路建設(shè)太陽能光伏電站，單車道每公路每年的發(fā)電量就可直接產(chǎn)生大約25萬元的財富，而同等單車道每公里對應(yīng)的農(nóng)田每年的收益僅為2000元左右。

　　劉漢元說，充分利用我國高速公路沿線及其服務(wù)區(qū)、停車場，推動太陽能光伏電站建設(shè)，能滿足高速公路沿線通信設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、服務(wù)區(qū)等運行用電需要。“光伏電站的物理結(jié)構(gòu)還可以為高速公路遮陽擋雨，避免強光照射使駕駛員眩暈，同時，高速公路的預(yù)防性養(yǎng)護對于降低養(yǎng)護成本、減少因道路性能下降導(dǎo)致惡性交通事故發(fā)生的風險具有重要意義。”

　　八、存在的主要問題

　　如上所述，要實現(xiàn)太陽能高速公路必須解決兩個關(guān)鍵問題：路面結(jié)構(gòu)和造價。

　　1、路面材料摸索

　　前面已經(jīng)介紹，太陽能高速公路的路面分為三層，其中最上層為透明的保護層。該層有兩個作用：一是保護內(nèi)部的太陽能光伏組件，同時也讓太陽光透過;二是要承載路面上各種載荷的正常通過，即要滿足作為路面的所有一切條件，如堅硬度、粗糙度和摩擦力等。

　　由此可見，太陽能高速公路的路面既要滿足規(guī)定的交通需求（足夠的強度、穩(wěn)定性、耐久性以及平整性和抗滑的要求等），又要滿足接收足夠的太陽光的輻射量，即保證光伏電池組件的轉(zhuǎn)換效率。

　　目前，國外的科技人員正在研究和尋找這種特殊的新型路面光學(xué)材料。據(jù)報道，最有可能滿足上述要求的是透明陶瓷、聚光透鏡或鋼化玻璃等。

　　透明陶瓷是一種光學(xué)陶瓷，它像玻璃一樣透明。透明陶瓷的機械強度和硬度都很高，能耐受很高的溫度，即使在一千度的高溫下也不會軟化、變形、析晶。電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性都很高。

　　據(jù)報道，布魯索夫婦經(jīng)過多次試驗后，已經(jīng)成功地研發(fā)出一種高硬度又具有浮凸結(jié)構(gòu)的玻璃做太陽能電池板的路面。這種特殊的玻璃和傳統(tǒng)的玻璃相差甚遠。

　　目前，國外有些機構(gòu)正在研究和開發(fā)能夠滿足太陽能高速公路上所用的透明陶瓷和聚光透鏡。

　　2、造價高

　　太陽能高速公路造價高是影響其發(fā)展和推廣應(yīng)用的主要因素之一。據(jù)報道，國外的試驗性太陽能高速公路的路面造價約為每平米500美元。按此推算，每公里車道的造價為175萬美元，四車道太陽能高速公路每公里的造價為700萬美元，按照當前的換算率，約為4400萬人民幣。

　　美國有關(guān)機構(gòu)曾經(jīng)測算過，如果美國的公路都能實現(xiàn)太陽能公路，雖然美國的能源有望擺脫石油的束縛，但保守的估計鋪設(shè)的成本都得幾百萬億美元！所以，只有大大降低太陽能電池板的成本，上述的計劃才能真正的得以實現(xiàn)。

　　根據(jù)劉漢元委員的說法，按照當前的建設(shè)水平，每公里車道光伏電站建設(shè)成本可控制在230萬元左右。

　　3、路面維護復(fù)雜

　　太陽能高速公路的路面維護主要考慮兩個問題：路面破損后的維修和透光面（透明陶瓷或聚光透鏡）的日常性清潔。由于太陽能高速公路的路面是以獨立的單元形式出現(xiàn)的，因此，維修工作比較簡單，更換破損的單元即可。透光面的日常性清潔工作是確保太陽能光伏組件的轉(zhuǎn)換效率，具體做法可應(yīng)地制宜。

　　4、安全問題

　　安全問題包括被破壞（人為破壞和自然破壞）和被盜等兩大類。一般來說，高速公路的外場設(shè)施都存在這個問題，這是一個共性的問題。可以相信，隨著我國社會主義精神文明建設(shè)的不斷深入，人的素質(zhì)不斷提高，加之有有效的監(jiān)管措施，這類問題會不斷地得到解決的。

　　2014年，國家能源局發(fā)布《關(guān)于進一步落實分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》（國能新能［2014］406號），鼓勵開展多種形式的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用。通知中提出“鼓勵在火車站（含高鐵站）、高速公路服務(wù)區(qū)、飛機場航站樓、大型綜合交通樞紐建筑、大型體育場館和停車場等公共設(shè)施系統(tǒng)推廣光伏發(fā)電”、“因地制宜利用廢棄土地、荒山荒坡、農(nóng)業(yè)大棚、灘涂、魚塘、湖泊等建設(shè)就地消納的分布式光伏電站”。

　　由此可見，國家對于分布式光伏發(fā)電是非常鼓勵和支持的，近年來出臺了許多相關(guān)政策和規(guī)定。

　　可以相信，隨著科技水平的不斷發(fā)展，研發(fā)資金的不斷投入，關(guān)鍵技術(shù)問題和關(guān)鍵材料逐步得到解決，太陽能高速公路的建設(shè)成本也會不斷降低，預(yù)計在不遠的將來，在我國的大地上會出現(xiàn)首條太陽能高速公路。筆者建議有關(guān)主管部門和單位高度重視這個問題，并組織相關(guān)人員進行研究、謀劃，論證其實現(xiàn)的可能性，根據(jù)現(xiàn)有條件，進行必要的試點，并逐步推廣。