高速公路交通電氣化建設的實踐策略闡述

蘇川翔 李國輝

摘 要：在社會經濟高速發展過程中，人們的生活質量得到了顯著的提升，工業化以及城鎮化的發展也在不斷地拓展。我國作為能源消耗大國，開展高速公路交通電氣化建設是可持續發展的戰略方針，對于環境保護與發展有著積極的價值與意義。高速公路交通電氣化系統主要就是由儲電站、變電站、供電線等供電系統以及管理中心、維修站等基礎設施構成的，通過接觸網集電的電力汽車構成的公路交通運輸系統。電氣化高速公路系統對于能源結構的改革創新，以及經濟轉型發展有著積極的推動作用，是一種綠色的、環保的發展理念。高速公路電氣化建設與發展是必然趨勢，其可以降低物流成本，減少污染排放量，有效的降低交通事故出現機率，進而提升產品的競爭能力，對于社會經濟的發展有著積極的價值與意義。對此，文章主要對高速公路交通電氣化建設的實踐模式與手段進行了簡單的闡述分析。

關鍵詞：高速公路；交通電氣化建設；實踐策略

中圖分類號：U415.6 文獻標識碼：A 文章編號：2095-7866 （2017） 04-001-013

工業經濟論壇 URL： http//www.iereview.com.cn DOI： 10.11970/j.issn.2095-7866.2017.04.001

Abstract： In the process of rapid social and economic development， people's quality of life has been greatly improved， and the development of industrialization and urbanization is also expanding. As a big energy consumption country， the construction of motorway electrification construction is a strategic policy of sustainable development， which has a positive value and significance for environmental protection and development. The highway traffic electrification system is mainly composed of power supply system， such as storage power station， substation， power supply line， and other basic facilities such as management center and maintenance station. The electrified expressway system has a positive impact on the reform and innovation of energy structure and the development of economic transformation. It is a green and environmental development concept. The construction and development of motorway electrification is the inevitable trend of development. It can reduce the cost of logistics， reduce pollution emission， effectively reduce the probability of traffic accidents， and then improve the competitive ability of products. It has a positive value and significance for the development of social and economic. In this regard， the article mainly analyzes the practice mode and means of Expressway electrification construction.

Key words： Expressway； Traffic Electrification Construction； Practice Strategy

引言

經濟實力的快速增長，使我國在科技、軍事以及政治等領域中獲得了一定的發展，我國已經成為了世界名列前茅的高速公路大國。我國的高速公路四通八達，貫通東西，形成了高速公路大網。但是，隨著能源結構的改革發展，我國的能源緊缺問題逐漸凸顯，要想推動我國經濟發展，環節能源緊缺問題，就要探究有效的發展模式。而高速公路交通電氣化建設可以提升電力資源的利用效率，推動高速公路的持續發展，對于能源結構的改革與發展有著積極的價值與意義[1]。

一、電氣化高速公路系統發展背景

（一） 我國石油能源現狀

石油能源進口在一定程度上制約了我國經濟的持續發展，不利于我國的戰略崛起[2]。而隨著我國成為石油進口國以來，我國的石油對外依存度逐漸增加。通過對國際能源安全標準分析，可以發現我國石油對外依存度已經超過了50%，這對于石油安全帶來極大的威脅[3]。通過國土資源數據分析可以發現，我國已經進入到了石油危險期。根據IEA預測，我國在2020 年GDP，石油需求缺口會高達3億噸左右。而根據國際能源署的預計分析，在2022年我國石油的需求將凈增180萬桶/日，其年增長率為2.4%。我國的石油產量在2022年左右就會在380萬桶/日左右，相比來說將逐漸減少，因此，我國的石油對外依存度會逐漸提升[4]。

（二） 新能源汽車發展現狀

新能源汽車屬于戰略新興產業，政府部門倡導發展新能源汽車，進而推動我國汽車產業的轉型升級，解決現階段我國存在的大氣污染以及能源短缺問題，進而培育全新的經濟增長點，增強我國國際新能源產業的競爭能力[5]。

迄今為止，我國電動汽車的整體技術水平相對于國外公司來說，其差距在不斷地拉近，一些新能源汽車的產品性能已經達到了國外先進產品標準。在新能源汽車的發展過程中，我國從微小電動車逐漸進入到了主流轎車行業。現如今，全球新能源汽車發展成為今后發展的主要趨勢[6]。

在高速公路交通電氣建設中，主要就是對混合動力汽車的受電弓進行智能控制處理，通過智能化的處理系統，內置掃描系統，定位接觸線網，自動的進行柴油以及電力驅動兩種模式切換。而混合動力汽車駕駛員進行變道與超車行為的時候，相對于傳統的汽車來說并沒有較大的區別，對于交通狀況影響較小。在長期發展的角度來說，在今后的發展過程中，純電動、燃料電池技術等汽車技術是新能源汽車發展的主要方向[7]。而在短期的發展中，油電混合、插電式的混合動力則是過渡期間中主要的技術手段。不可否認的是在新能源汽車的發展過程中還是存在諸多的問題。對于關鍵技術的發展[8]。汽車工業的轉型發展以及基礎設施的建設、接受程度都是要解決的問題。現階段，我國新能源汽車發展處于領先的階段，逐步構建了一條完整的汽車產業鏈，已經形成了一定的產業聚集區域。

而能源安全以及環境保護是各個國家在經濟發展中面臨的問題，在市場經濟的快速發展過程中，人們對于能源的需求逐漸增大，新能源的開發是一項長期的工作，也是發展的重點。

工業的飛速發展導致了較為嚴重的城市污染問題，而大量的資源消耗制約了我國經濟的持續發展。現如今，全世界交通能源消耗量在不斷地增加，而交通行業的發展也逐漸的誘發了能源安全、油價飛漲、城市環境污染等較為嚴重的問題。而因為能源消耗的需求較為嚴重，能源的生長也缺乏主觀的增長空間，對于進口能源的依賴也較為嚴重，在今后的發展中，發展以及應用清潔能源逐漸成為經濟持續發展的關鍵。

二、高速公路電氣化建設的必要性

（一）石化燃料要高于電能價格

例如，260馬力斯太爾機車行駛一百公里的耗油量為30升，如果每升柴油的價格為7.5元，按每月行駛30000km核算，則其要產生的費用為67500元；而應用電力資源，此類機車以80km/小時的速度行駛，其每百公里消耗電能為240度，按每度電0.6元的價格計算，此種機車每月約消耗電能191.23kw，僅僅支出43200元。相對來說，使用電力資源，用戶每個月將節省24300元，每年則節省29萬[9]。

（二）在戰略高度分析來說，我國能源危機較為嚴重

我國石油以及天然氣的對外依賴程度逐漸增加，外部環境中各種不確定因素也逐漸加劇，這些因素迫使國家要加強對能源開發的獨立性分析。而要想解決日益變化的全球經濟以及環境問題，我國的石油以及天然氣行業面臨著較為嚴峻的挑戰與問題。要想獲得持續發展，就要調整能源戰略方針，提升能源開發的獨立性與安全性。這不僅要求我國要加強對國內油氣的開發與利用，如頁巖氣等非常規的油氣資源以及海洋深水油氣資源，還要更多地利用我國過剩的電力資源[10]。

（三）減少降低進口能源的依存度，轉變單一的能源模式

減少能源進口的依賴，轉變單一的能源結構模式是今后我國能源發展的主要方向。加強對可再生能源的利用，通過核電站、水電站以及太陽能、風能發電的利用，可以有效的解決現階段我國存在的能源危機問題，進而為我國社會的持續發展奠定基礎。

而進行高速公路交通電氣化的建設發展，無需建設充電站，在車中更改或者添加電機以及電線設備就可以進行充電。現階段，我國的高速公路電氣化主要就是在變電站附近的高速公路基礎之上建設完善，通過在高速公路上建設懸掛電線的方式進行電氣化建設，將電廠中的電能直接的輸送到高速電網之上，就可以為車輛的運行提供動力牽引。車輛配電機以及接觸天線，無需安裝電池就可以進行充電[11]。

（四）提升駕駛安全性

在改革開放發展過程中，我國高速公路逐漸完善，里程數量也逐漸增加。道路運輸量在不斷地拓展。但是，在實踐中，在高速公路建設中的交通事故問題也是較顯著的問題，在一定程度上制約了我國經濟的持續發展。減少控制交通事故問題是高速公路持續發展的重點[12]。

高速公路交通電氣化發展，可以通過架空線路以及白線作為主要的參照物，進而為汽車的自動駕駛提供信息參考，可以有效的避免疲勞駕駛等問題的出現，進而降低事故發生幾率[13]。

三、電氣化高速公路的研究成果與技術

（一）研究成果

電氣化高速公路的設想由德國西門子公司提出，其主要的目的是減少碳排放量，降低化石燃料的消耗，進而有效地控制大氣污染問題。西門子公司在美國洛杉磯以及長灘附近鋪設了長約4.2km的電力接觸網，對其進行了實驗分析。之后，西門子公司又綜合數據提出了重型運輸車與接觸網運行的概念，在柏林北部進行了實驗，驗證了其可行性。綜合設計思路，可以發現其主要理念就是在卡車上裝配智能電弓以及設置混合動力系統，在當卡車在電氣化公路行駛過程中，在受電弓以及接觸網連接狀態，應用電力進行行駛，其電力汽車的時速能達到90公里/小時。在普通路段行駛的過程中，卡車可以切換到混合動力引擎[14]。

（二）電氣化高速公路技術分析

我國對于電氣化高速公路系統的研究相對較少，主要停留在理論研究階段。但是，我國的無軌電車在各個城市中都有推廣。無軌電車是現今較為成熟的技術手段，具有節能、環保的特征。在新能源汽車的發展過程中，無軌電車逐漸被取代。而電氣化高速公路系統的構建模擬、主要的基礎原理與無軌電車較為類似。對此，在進行電氣高速公路系統的建設過程中，可以參考無軌電車的工作原理，以新能源動力技術為基礎，構建系統的電氣化高速公路系統網絡[15]。電氣化高速公路系統主要由接觸網、電力汽車、電氣化高速公路構成。接觸網主要包括接觸網懸掛裝置、支撐裝置、定位裝置等設備。在道路旁的電線桿上端架設橫跨，在固定承上拉線，在橫跨下面設置上下定位索，將其進行水平方向的固定。而在兩個接觸線區間中設置隔離線，可以保障接觸網的穩定性，進而有效的避免電力汽車在變道過程中脫軌的問題。

電力汽車應用混合動力系統裝置，在設置了接觸網的高速公路上行駛，其可以利用在汽車頂部安裝的智能受電弓自動接入供電線，進而獲得驅動行駛，也可以進行電力汽車自動充電。在行駛過程中，遇到突發狀況要進行變道行駛，電氣汽車就會自動的與供電線脫離，而電力汽車啟動電池供電，這可以保障其穩定運行。在運行過程中，電力汽車的最高時速為90km/h，如果時速超過90km/h，智能受電弓會自動脫離供電線[16]。

電氣化高速公路是經專門改造而成的電力汽車高速公路系統。高速公路設置管理中心、維修站等基礎設施，其主要的作用是保障電力汽車的安全性，而在電力汽車出現故障時，電氣化的高速公路則可以向管理中心快速反應，距離最近的維修人員接收到信息后開展電力排查，進而清除故障問題。

四、高速公路交通電氣化建設的實踐策略闡述

在新能源汽車盛行的時代，電氣化高速公路系統是實現環境資源保護的有效方式。高速公路交通電氣建設是現階段認可的一種綠色的交通方式。驅動電力汽車形式的電能來源較為廣泛，其具有節能環保的特征，可以通過水能、太陽能以及核能發電提供，進而為汽車的行駛提供資源，不會產生污染問題，可以在根本上保護環境資源。高速公路交通電氣化的建設可為能源的節約，以及提升不可再生資源的利用提供了全新的思路與方案。在傳統的理念中，人們將汽車與公路分開，認為二者是獨立的單元，而無軌電車的出現則轉變此種模式，而高速公路電氣化建設的出現在一定程度上改變了傳統交通運輸行業模式，是一種全新的、綠色的交通模式。

建設高速公路交通電氣化系統，對于可持續發展有著積極的作用，也是經濟環境持續發展的重要手段。公路交通電氣化系統在我國的實施，對于能源結構的改革有著積極的價值與作用，而要想推動高速公路交通電氣化建設的持續發展，就要整合社會各個方面的資源，對其進行系統分析，探究有效的實踐策略與手段，其主要如下：

（一）政府出資，推動發展

作為社會主義國家，我國踐行的是具有中國特色的社會主義經濟，通過政策、法律、計劃的制定，對國民經濟進行調節干預，可以保障經濟的正常發展。在國內環境的發展與變化過程中，傳統汽車行業在發展過程中會受到各個方面因素的影響與制約，而汽車尾氣排放危害問題也逐漸凸顯。在現階段的發展中，新能源汽車逐漸受到國家、政府的重視，在我國發展迅速。新能源汽車就是通過燃氣、電力等作為基礎的動力資源，可以有效的解決污染大氣等問題。我國對于新能源汽車的發展較為重視，相繼出臺了大量的關于新能源汽車的政策手段，對于購置新能源汽車的家庭免征收新能源汽車購置稅。在國家以及政府的共同努力之下，我國各個省市相繼出臺了各種補貼政策與手段，這樣無疑推動了消費者對新能源汽車的購買能力。在2017年，我國的新能源汽車產量在79.4萬輛左右，其銷量高達77.7萬輛，銷售產量連續三年位居世界首位。

（二）企業融資，增強核心競爭能力

在傳統的管理模式中，我國的主板以及中小板市場獲得長足的進步，而在我國經濟結構的調整過程中，其逐漸成為市場經濟發展的主線。企業融資城鄉規范化、操作透明化的特征，這也就使得中小企業融合變得更為容易。高速公路交通電氣化的建設作為一項具有民生價值的項目，在建設發展過程中會吸引大量的企業進行投資，這對于企業的持續發展有著積極的推動作業，可以增強企業的核心競爭能力。

同時，銀行貸款作為中小企業主要的融資渠道，政府要通過政策傾斜以及引導等方式鼓勵銀行重視中小型科技型企業的融資需求，要為中小企業提供對應的信貸業務、金融衍生產品，要將知識產權以及商標納入到質押范疇之中，要豐富銀行貸款的種類，鼓勵透氣高新技術產業，這樣才可以為高速公路電氣化的建設與發展構建良好的經濟環境。

（三）完善政策，改革稅務

根據中國工業與信息化部提出的《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃》中的產業升級的需求可以發現，我國現階段已經成為了世界上最大的汽車生產與消費國，在國家大力倡導節能減排的背景之下，新能源汽車發展是今后的主要趨勢。而電動汽車以及混合動力汽車作為重點內容，是發展的關鍵。國家相繼頒布了各種政策規定：國務院出臺了《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》、發改委對電動汽車用電價格進行了規定、財政部頒布了免征車購稅政策、工信部頒布了免征車購稅目錄等政策手段，國家對電動汽車的發展起到了推動作用。通過政策分析可以了解到，我國對于電動汽車的發展較為支持，并且發展高速公路交通電氣化對于產業升級發展有著積極的推動作用，這將成為我國今后發展的重點內容。

與此同時，我國要吸取借鑒國際領域的成功經驗，改革稅務規定與要求。例如，德國現有的能源稅收政策對于交通部門的氣候保護以及新能源電力的利用率帶來了一定的障礙與影響，對此，國家應該通過降低環境稅務，降低燃料征稅比例等方式改革發展。而我國稅務改革要綜合我國的實際狀況開展，要明確稅務改革的重點就是推動交通轉型發展，實現多能互補以及波動性電力的應用。對于交通領域各項能源的征稅處理，要基于單位的碳排放以及單位能源含量開展。也可以將歐盟委員頒發的能源稅務改革作為主要的參考來源。

在稅務改革中，要適當的降低一些對環境有害的燃料以及設備的補貼，可以通過動態的電力征稅制度，鼓勵消費者應用清潔的電力能源。

（四）電動車配額制

通過在私人汽車以及小型貨車領域中應用電動車配額制度，逐漸地提升比例。相對于政策補貼來說，通過配額制度可以保障技術以及政策目標的實現。而對于汽車制造商來說，可以加強對市場上升期的布局以及合理的投資計劃分析。重視能源的基礎建設施工，增強其投資潛力。可以通過強制性的方式引入配額制度，將以動力電池或者燃料電池為驅動力的新能源汽車的比例進行合理控制，綜合實際狀況配置插入式混合動力汽車的配額制度。

（五）科學設置限制值，通過經濟獎勵刺激機動車效率的提升

現階段，在歐洲對于私人汽車以及小型貨車效率提升的主要方式為汽車碳排放限定值，而我國則要綜合發展現狀以及與其目標，制定嚴格的減排目標，將汽車碳排放限定值目標，將汽車碳排放限定值作為反應終端能源消耗的主要目標，將其與相關驅動技術的最低能效標準進行對應管理，實現雙能效管理。

同時，要適當的引入激勵以及扣分系統，要降低購買高效機動車的家庭的經濟負擔，適當的提升購買低效率機動車的支出；通過引入與碳排放、能耗相關聯的貨車稅等方式加強控制管理。

（六）擴建能源供應系統基礎設施建設，推動高速公路交通電氣化建設發展

要想拓展電動汽車的市場份額，就要加強基礎設施的建設，要通過國家財政等方式，綜合各個地方基礎建設的狀況進行適當的投資補助。而現階段多數的充電設備為私人汽車的充電系統，在充電設備建設中要對其進行分析，加強協調處理。

在公路交通中，約有80%的碳排放來源于大型的長途運輸汽車，而高速公路交通電氣化建設作為一種科學的方案，可以提升運輸效率，降低碳排放。在電氣化建設中，空中電纜建設是關鍵內容，對此要綜合實際狀況合理應用，系統分析。

國家交通部門也要加強對交通基礎設施規劃的重視，通過對高速公路的規劃分析，與鐵路、空運以及機場建設等進行規劃統籌，進而保障交通效率與質量，構建系統化的交通網絡系統，為高速公路交通電氣化建設奠定基礎，進而降低交通對環境產生的不良影響。

（七）強化電網建設，推動高速公路交通電氣化建設發展

在戰略發展的引導之下，我國電網現階段逐漸構建了多功能、統一開放的智慧車聯網云平臺，在2017 年11 月已經正式上線，在現階段已累積接入了電樁總數約16.8 萬個。相對其他運營商來說，國家電網智慧車聯網平臺現階段已經成為全球范圍中充電樁數量最多、覆蓋范圍最廣泛、充電容量最大的一種電動汽車服務平臺。

而基于儲能云平臺，可以構建動力電池全生命周期的價值鏈，可以對車輛的銷售、出行等環境對其進行儲能應用，回收、拆卸以及利用整個過程中進行監督控制，全動力電池全生命周期，均可以進行系統的運行監測分析，可以構建生態性的循環利用系統，而此平臺的建設，可以對車輛出行數據進行分析，及時發布電動汽車產業發展指數，利用數值化的方式可以展示電動汽車產業發展狀況，為高速公路交通電氣化發展電動基礎。

在今后的發展中，綠色智慧交通會實現電氣化發展，在5G 技術、北斗衛星定位導航、物聯網技術、大數據和無人駕駛的智能網聯電動汽車等高新科技技術的不斷安放在過程中，其勢必會在交通領域中廣泛應用，將其與新能源進行深度融合，通過對交通網絡形態，業務功能以及資源利用的融合，實現交叉融合、支撐互補的發展態勢，對于高速公路交通電氣化建設具有積極的推動作用。

（八）提升交通部門能效

提升汽車以及火車的內燃機的效率。在今后的15年，會有大量的燃油汽車進入市場，而在2040年左右其會成為機動車存量，如果不持續地提升機動車的效率，我國在今后15年中的累計排放的溫室氣體總量就會高于交通行業的限額。

同時，以其他動力驅動為主要的機動車要提升運行效率，進而加強對能耗、可再生資源的控制。轉變交通部門的動力驅動方式，加強對基礎的設施以及發電設備的建設勢必會導致一些社會負面影響，對此，在原材料獲取的過程中要降低破壞影響，繼而發揮全生命周期中的整體價值，為高速公路交通電氣化發展建設奠定基礎。

五、 前景展望

根據國家信息中心預測分析了解，截止到2025年，我國的汽車總量會增至4.6 億輛。而在車輛交通中，以風電、光伏為代表的清潔能源的應用范圍會逐漸的拓展增加。在今后的發展中，電動汽車的大規模應用是未來綠色智慧交通中發展的主要趨勢，對于社會的進步發展、交通、能源以及人類的發展有著積極的影響與作用。而通過數據調查可以發現，在2015年交通領域的能源應用數量中的可再生能源比例為4%。而預測在2050年中，我國交通領域中的能源中可再生能源的應用數量比例為58%。而每年的二氧化碳則會顯著下降，預計在2025年其約為4.1G 噸左右。

在今后的發展中，交通網絡以及能源網絡的有機融合是發展的主要趨勢，交通電氣化是能源轉型的重要方式與手段，也是交通網絡以及能源網絡融合的重點。

光伏跨界，是今后高速公路交通電氣化建設的主要發展趨勢，也是融合新能源道路建設的重點內容。在2016年，國家能源局科技司《能源互聯網應用于人人光伏發展研究》課題提出設想，預測到2035年全國人均可享一千瓦光伏。在各種因素的影響之下，我國在2017年的光伏發電市場規模快速擴大。2017年新增裝機約為54.06GW，其同比增長為54.6%，連續5年蟬聯世界第一。

光伏公路作為一種新生的事物，相對于普通的公路來說其增加了發電的功能，在今后的技術發展過程中，將“交通+新能源”融合變成可能，在技術以及各種材料的不斷發展過程中，太陽電池可以編程道路或者建筑材料，可以真正的實現“實現跨界融合”，這也是今后高速公路交通電氣化建設的主要趨勢。

所謂的光伏公路就是利用道路上的沿線光伏、風力資源以及水利等清潔能源，通過各種能源協調發電，在大容量儲存等能源融合技術的基礎之上融合互聯網技術手段，將電動汽車等等終端為能源信息移動載體，在道路的沿線建設分布式光伏電站等能源節點，進而構建能源與信息融合的高速公路。

在2017年12月，山東濟南的高速公路路面進行了產業化實驗，為建設綠色、智能的“超級公路”的立體智能交通系統奠定了基礎。整個高速公路路面就是以光伏路面作為全線電氣化以及智能化的載體，具有高時速、高效率、高能效、高智能、綠色、安全、無接駁且點對點的特征優勢，是一種全新的交通方式。

在實驗路段中的光伏路面主要可以分為三層。其表層就是透光混凝土路面，具有高強度特征，整體透光率高達90% ；中層為光伏板，主要就是利用路面空閑時間段吸收陽光，進行發電；而在底層則為絕緣層。三層結構的厚度小于3里面。在光伏路面之下，無需重新建設路基，在原有的瀝青混凝土路面之上就可以進行施工作業。在2018年年初，建設成功，整段光伏路面鋪設總面積約為5875平方米，分布式光伏并網發電裝機容量峰值功率817.22 千瓦。雖然整個項目還處于實驗階段，但是今后的發展中，其主要的技術路線就是實現車輛的移動充電，可以將公路變為一個一體化的充電樁。

在今后的發展中，汽車產業的智能化以及電氣化發展是主要的目標。在長期的發展過程中，因為公路缺乏必要額智能化配置系統，智能化駕駛僅僅圍繞著汽車開展，而在高速公路交通電氣化建設的實踐過程中，在電氣化改革發展過程中，推動了高速公路電氣化建設實踐。

六、結束語

高速公路電氣化發展可以有效的降低物流成本，加強對污染的控制，降低液體的排放，是降低交通事故發生概率的重要手段。其可以在根本上降低能源對外依存度，進而提升產品的競爭力，對于我國的經濟發展有著積極的推動作用。高速公路交通電氣化建設與發展，是解決現階段能源問題以及環境污染問題的重要方式與手段，也是改善人們日常生活的重要手段。現階段，我國在高速公路電氣化發展過程中初具成效，在今后的發展要合理的應用各種技術手段，完善基礎設施，進而推動我國經濟發展，增強我國的核心競爭能力。當前我國正面臨著經濟轉型，經濟發展進入新常態。黨的十九大報告對未來我國經濟發展提出了新的要求。十九大指出，我國社會主義主要矛盾已經轉化成為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾。我國經濟發展與環境保護的不平衡拉低了人民的生活質量水平，而發展新能源汽車是解決我國環境資源發展不平衡的途徑之一。

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