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并继续攻坚克难完成世界首条高速公路光伏路面

2019-11-09 22:48

电工电气网】讯

世界首条光伏路面试验段建成通车

晒晒阳光就能发电,

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“太阳能光伏”和“高速公路”是我们在社会生活中经常接触到的。前者直接把太阳光转化为电力,为人们提供了新型绿色能源;后者则极大地变革人们的出行方式、提高了出行效率。如果把两者结合起来会起什么样的“化学反应”呢?近日,在山东济南问世的“中国首条光伏高速”吸引了人们的目光,这段全长仅约1.12公里的试验路段向人们展示,现代道路交通系统正在悄然发生前所未有的大变革,其在继续完成车辆通行的传统使命的基础上,将演进为现代清洁能源中心和现代智能交通的核心载体。

科学网1月18日上海讯(记者黄辛通讯员黄艾娇)在高速公路上铺设光伏发电组件,既能行车,又能发电。世界首条光伏路面试验段近日在山东省济南市绕城高速南线正式通车。该试验段由同济大学交通运输工程学院张宏超教授主持研发设计,齐鲁交通发展集团投资建设。道路工程专家表示,将光伏路面技术应用于高速公路,在国际上尚属首例,这将直接助推公路“电气化”,进而实现车路协同、最终迈向“智慧交通”。

电动汽车边跑边充电,

全球首段光伏公路花落山东,当时新闻一出,随即引来各大媒体关注。去年12月28日惊艳亮相之后,经过春运车流高峰和降雪、融雪天的洗礼,目前这段光伏路面的运行情况如何?近日,中央人民广播电台、经济日报、搜狐网、文汇网等都关注了这段颇具开创意义的公路。山东的试验运行没有让人失望——一百天,发电近9万度!

发电量可观 路面经得起考验

据介绍,该试验段光伏路面长1080米,铺设主行车道和应急车道,总面积5875平方米,分布式并网发电装机容量817.2千瓦,年发电量约100万度,相当于800户居民1年的用电量。

下雪还能自动融化路面积雪,

并继续攻坚克难完成世界首条高速公路光伏路面试验段,截至目前累计发电约百天。▲车辆在光伏路上行驶

对“光伏公路”,发电量无疑是人们首先想了解的指标。该光伏高速试验路段位于济南市绕城高速南线,太阳能光伏路面铺设长度1.08公里,总面积近5900平方米,分布式并网发电装机容量峰值功率超过800千瓦,采用全额上网模式并网发电,年发电量约为100万度。按照这样的发电效率,此段试验路段的效益无疑是很可观的。

“光伏路面技术就是把道路和发电相结合,使普通路面既能正常行车,又能进行太阳能光伏发电。”张宏超教授介绍,在此基础上,进一步融合信息工程和车辆工程技术,拓展其功能,使其成为车辆无线充电、车路信息交互的载体,从而成为未来智慧交通的平台。

……

记者采访发现,该段光伏路面发的电已经与充电桩相连,实现并网发电,已实现为高速公路路灯、电子情报板、融雪剂自动喷淋设施、隧道及收费站提供电力供应等功能,截至目前累计发电约百天,累计发电量为8.792万kWh。

发电效益很重要,但是“光伏公路”作为一种道路基础设施,其通行能力和安全性无疑更为重要。

张宏超带领的科研团队以同济大学道路交通工程数十年的积淀为基础,瞄准世界技术前沿,历时8年,携手齐鲁交通发展集团、光实能源公司联合开展产学研用深入合作,于2017年9月在济南发布中国首例光伏路面示范区,并继续攻坚克难完成世界首条高速公路光伏路面试验段。首期试验研究的主要目的,是实现光伏路面“可靠承载+发电”,重点解决光伏路面的结构与材料、养护与维修、产业配套与协同三大问题。

12月28日,

2017年12月28日,齐鲁交通发展集团投资建设的世界首条高速公路光伏路面试验段在济南正式通车。这是继去年9月29日开通全国首例光伏路面示范区之后,齐鲁交通在光伏路面领域的又一次重大突破,将承载式光伏路面技术应用到通行要求最为严格的高速公路上,再次刷新了公众对未来交通的期望。

“光伏公路”应用的核心技术被称为“承载式光伏路面技术”,由上海同济大学交通运输工程学院张宏超教授团队研发,其核心是解决太阳能光伏组件路面承载问题,也就是使路面不仅有很好的透光性,保障光电转化效率保持在较高水平,而且摩擦系数还必须符合道路交通安全性的要求,并经得起各种车辆长期碾压磨损。按照上述目标要求,张宏超团队研发出的承载式光伏路面共分为三层:最表层为透光混凝土路面层,该层具有强度大、透光率高两大特点;中间层为光伏面板,也就是光电转化的功能层,利用路面空闲时间吸收阳光发电;第三层为绝缘层,既有对光伏面板的物理保护作用,又有防水防潮等性能。

他介绍,高速公路是最高等级道路,其各项性能指标要求最高。该试验段选址综合考虑了道路等级、交通组成、道路线形、路面结构、日照条件等因素,力求使该路段处于最为苛刻的使用环境中,充分测试和验证技术的可靠性。

我国首个承载式光伏高速公路试验段

作为全球首个高速公路承载式光伏路面试验段,齐鲁交通发展集团将光伏公路段小范围实铺点定于济南南绕城高速。试验段全长1120米,光伏路面铺设长度1080米,总铺设面积5874平方米,总装机量峰值功率817.2千瓦,是世界上首条以高速公路为载体,实现高荷载高流量复杂交通情况下多车道路面光伏发电的高速公路,同时也是未来交通产业升级换代产品——“超级公路”的雏形。

经山东省公路检测中心的检测,张宏超团队研发的承载式光伏路面的技术指标和通行安全系数均超过当前普遍使用的沥青混凝土路面,强度和使用性能均符合国家相关规定,完全满足车辆行驶正常使用要求。参与测试的一名中巴车司机对该路面表示满意。他说,驾车行驶在该种路面上,感觉和其他类型路面一样。

“平整、抗滑、发电、耐久”,是光伏路面的基本要求。项目团队采用“透光混凝土+光伏发电组件+绝缘防护”的三层结构:最表层为透光混凝土路面,具有高强度和超过86%的透光率;中层为光伏电池,可利用路面空闲时间吸收阳光发电;底层为绝缘层。如此一来,既平整、又美观,既抗滑、又发电,出色的结构性能足足能用上十几年。

在济南建成通车,

它的成功通车及稳定运行标志着一个全新的跨界融合产业的诞生!

变身能源中心 迈向智能交通

据悉,专业公路检测部门对光伏高速试验段进行了全面检测,结果显示光伏路面表面平整,视觉美观,路面平整度和摩擦系数合格率达到100%,其技术指标和通行安全系数均超过当前普遍使用的沥青混凝土路面,强度和使用性能上满足车辆行驶正常使用要求。经电力部门验收合格,该试验路已经并网发电。而且,这种工厂化生产的路面相比原来的现场施工更高效、更精确。

实现利用高速公路路面并网发电。

承载式光伏路面技术,是将符合车辆通行条件的光伏发电组件直接铺设在道路路面上,从而实现太阳能发电及其他关联功能的技术,是以跨界融合的方式解决当前交通和能源瓶颈的有效途径。世界各国争相斥资研发推广,齐鲁交通已在该领域取得全球领先地位。

“光伏公路”意味着道路交通可以成为新的能源中心,意味着路通到哪里,哪里就会有丰富的清洁电力资源,不仅可以为与高速公路有关的道路基础设施比如道路标识系统等提供电力支持,而且可以为方兴未艾的电动汽车提供动力来源。实际上,济南市绕城高速南线这段“光伏公路”试验路段目前已实现并网发电,并实现了与充电桩相连,可以随时为电动汽车提供充电服务。不仅如此,这段光伏路面下还预留了电磁感应线圈,随着电动汽车无线充电技术的成熟,将来电动汽车在此路段行驶过程中,可实现边行驶边充电。由此可见,“光伏公路”正在从根本上解决当下电动汽车面临的“行驶里程焦虑”,既可以提供电能,广建充电桩等基础设施,又可以干脆通过无线充电技术,使电动车获得如影随形的充电服务。

张宏超表示,当前光伏路面的发电功率可达每平方米120至140瓦,已经能为道路沿线路灯、电子情报板、电子标志标线、融雪剂自动喷淋设施、电动汽车充电桩、监控摄像、公路收费站等提供电力供应。随着技术的不断探索和成熟,以及技术经济性的提高,光伏路面作为水泥混凝土路面、沥青混凝土路面之外的第三种铺面材料,可能引发道路结构、规范标准、功能应用等一系列的技术演变。结合无人驾驶和智慧交通的发展趋势,光伏路面预期将在车路能量和信息交互方面有所突破。

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澳门新濠新天地3559,记者了解到,该项目自2016年12月启动,齐鲁交通与同济大学、光实能源联合,开展产学研用深入合作,重点对光伏路面技术深化和工程应用进行产业化研究,对基本体系设计、工业组件生产、衍生品开发等方面进行系统攻关,成功将道路交通功能、发电功能集成于新型光伏路面,采用“透光混凝土+光伏发电组件+绝缘防护”的三层结构,其设计寿命、力学参数、路用性能各项指标均高于现有沥青混凝土路面。

由于清洁电能唾手可得,“光伏公路”使交通智能化有了更现实的条件。据报道,试验路段预留了信息化端口,未来还可接入各种信息采集设备。车辆信息、拥堵状况等信息将汇聚成交通大数据,并与其他方面的数据进行汇总分析,为智能交通、智慧城市的建设提供支持。在张宏超看来,从高速公路光伏路面到未来的智能交通,需要完成三步跨越。第一步是实现公路的电气化,即公路要满足未来智能设备随时随地用电需求,“光伏公路”的发展为此奠定了基础。第二步是实现车路协同,即实现能源、信息、互联网等技术的融合,让人流与物流实现绿色、安全与高效通行。第三步是进入智慧交通阶段,即智慧公路和城市道路共同构成智慧交通体系,催生新的技术创新和模式创新。

具体来说,光伏路面所产生的电力一方面供应沿线电力需求,另一方面可直接为电动汽车进行静态及动态无线充电,革命性地改变车辆的能量供应方式和设计。值得一提的是,随着静态无线充电技术发展成熟,搭载无线充电设备的电动汽车将在2018年实现商用量产,很快可实现光伏路面的静态无线充电应用。此外,动态无线充电技术目前仍处于试验阶段,相信在不久的将来有望实现太阳能电力即发即用、电动汽车边跑边充电。

“太阳能公路”试验段全长1120米,

同时,该段光伏路面采用全额上网模式并网发电,预计年发电量约100万千瓦时,其经济效益非常可观。以山东省为例,通车高速公路5700多公里,紧急停车带和外侧行车道总面积为6696万平方米,铺设路面光伏设备后,年发电量156亿度,发电效益152亿元,年减排二氧化碳1550万吨,减排效益46亿元,直接效益198亿元,如全路幅铺设,则效益更为可观。

由于自身可以产生足够电能,“光伏公路”可以通过装配电能转换热能的设备,智能感知路面结冰情况,开启电力加热系统,消融路面上的冰雪,大大提升行车安全系数,尤其是在北方冬季,行驶起来更安全。

“光伏路面是交通基础设施建设与清洁能源产业相融合的一次技术探索。一旦实现光伏路面与智能车辆的能量和信息交互,必将改变未来交通的模式,促进交通产业、信息产业和汽车产业的全面升级换代。”张宏超说。

光伏路面铺设长度1080米,

当时参与测试的一名中巴车司机说:“路面的感觉和平常高速一样,刹车距离和正常路面一样。”

降低建设成本 因地制宜推广

净总面积为5875平方米,

据悉,这段光伏路面不仅可以将太阳能转化为电能,路面下还预留了电磁感应线圈,未来随着电动汽车无线技术的配套,可实现电动汽车在此路段行驶过程中,边跑边充电。预留的信息化端口未来还可接入各种信息采集设备,车辆信息、拥堵状况等信息将汇聚成交通大数据,成为智慧城市的一部分。在冬季这段路面还可以将光能转化为热能,消融冰冻积雪,确保行车安全。

就国际范围而言,较早把太阳能光伏与道路交通结合在一起并付诸实践的是一对美国科学家夫妇。2006年,他们提出了用太阳能板代替传统的沥青来建造所谓“太阳能公路”的设想,并研发了一种名为“太阳公路”的太阳能电池板。其表面的材质是超耐磨的特殊玻璃,最高承重可达125吨。该太阳能道路系统项目后来在美国66号公路密苏里路段开启了小规模试点建设工程,但是囿于建设成本等因素,没有得到推广。

铺设主行车道和应急车道。

试验段运行至今,日均通车量逾四万辆,历经春运车流高峰和降雪、融雪天气,并未影响其路用性能,体现出良好承载能力和抗滑性能,满足我国高速公路对路面以及整个道路的相关要求。光伏路面组件也体现出良好的耐久性,并没有因为正常的交通行驶而出现异常现象。齐鲁交通集团方面也曾了解过市民驾乘感受,接到的反馈称光伏路面平整度较好,行车舒适,胎噪与传统沥青路面相比无明显差异。

2016年12月,一条长约1000米、宽2米、单向行驶的“太阳能公路”在法国诺曼底的图鲁夫尔欧佩尔什镇投入使用。这段公路年发电量约28万度,可支撑一个5000人口的小镇居民日常公共照明用电。

预计年发电量约100万千瓦时,

从发电情况看,光伏路面试验段运营期间经历了雾霾天、雪天、雨天等各种天气类型,遭遇高压电网断电检修、春节期间用电高峰的调配的特殊状况,整体发电情况达到预期,相关设备运行良好。截至目前累计发电约百天,累计发电量为8.792万kWh。

中国科学家研发的“太阳能公路”见诸报端始于2017年9月。在张宏超教授团队的支持下,山东齐鲁交通发展集团投资建设的660平方米光伏路面示范区在济南铺设完成,并实现并网发电。该光伏路面示范区同时配备了电动汽车充电桩、智能引导标线等衍生应用设施。这是张宏超率领同济大学科研团队8年磨一剑,在光伏智能道路关键技术领域取得的重要成果。

年减排二氧化碳1550万吨!

目前,光伏路面已实现为高速公路路灯、电子情报板、融雪剂自动喷淋设施、隧道及收费站提供电力供应等功能,余电上网。

2007年10月,浙江省绍兴市建成了一段世界上承重最大的太阳能试验道路,并经受了一辆重200吨的大型自卸车行驶,路面完好无损。这标志着浙江兰亭太阳能科技有限公司、中科院宁波材料技术与工程研究所和清华大学智慧城市与智慧交通研究中心等多家单位历经10年完成的“太阳一号”光伏路面道路成为当时世界上承重最大的太阳能试验道路。

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将来,随着技术升级和关联产业的融合,光伏路面将逐步实现电子标志标线、汽车移动无线充电、路面电热融雪、互联网覆盖、大数据集成与分析等功能。

中国“光伏公路”的研发突破和试验路段的建设让人们感受到其光明的发展应用前景。在中国科学院半导体研究所研究员曲胜春看来,“光伏公路”大规模推广在很大程度上取决于建设和养护成本。实际上,正是受制于居高不下的成本,美国和法国的光伏公路项目仍然处于试验应用阶段,没能拓展开来。曲胜春认为,综合考虑其通行和发电效益,建设成本只要控制在普通公路的1.5倍之内,就有可行性。

“太阳能公路”背后的“黑科技”

据参与济南市绕城高速试验路段项目的业内人士介绍,光伏高速路面建设成本比普通高速公路高出不少,而就养护而言,从实验数据来看,光伏路面比普通高速公路的成本要低,同时,其模块化设计为快速修复提供了便利。而降低“光伏公路”建设的成本则在很大程度上要依靠太阳能光伏技术的进步。随着新型光伏材料比如钙钛矿光伏发电电池的开发利用,有望进一步提高光电转换率同时降低价格,这将为“光伏公路”的建设和普及创造条件。

“黑科技”一:晒晒太阳就能发电

即使建设成本降下来,“光伏公路”的建设也要因地制宜。曲胜春指出,光伏发电的必要条件是日照充足,这显然对于青海、甘肃、西藏、新疆等阳光照射充足的地区来说非常适宜,但是对于日照条件较弱、雨雪天气较多的地区来说,建设“光伏公路”发电效率很低,因而得不偿失。

“太阳能公路”的秘密武器在于最上面一层是类似毛玻璃的半透明新型材料,摩擦系数较高。既可保证轮胎不打滑,还拥有较好透光率。阳光穿过时,路面下的太阳能电池将把光能转换成电能。

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“黑科技”二:公路变成“充电宝”

路面下预留了电磁感应线圈,随着电动汽车无线技术的配套使用,可实现电动汽车在行驶过程中充电。

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“黑科技”三:可以融化路面积雪

同时,“太阳能公路”还能将光能转化为热能,消去道路冰雪,保障出行安全。

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试验段通车后将发挥哪些作用?

1、试验路段已实现发电及并入国家电网,大小车辆均可通行。

2、粗糙的表面非常抗滑,不会形成镜面反射,更不会危及驾驶安全。

3、试验段年发电能力约为100万度,已实现为路灯、电子情报板、融雪剂自动喷淋设施、隧道及收费站提供电力供应,余电可上网。

4、即将开展汽车移动无线充电、路面电热融雪、互联网覆盖、大数据集成与分析等功能。有了“太阳能公路”这个“充电宝”,电动汽车再也不用担心电池不够用了~

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全长1080米的光伏公路

未来发展前景如何?

光伏路面是未来电动汽车移动充电的最佳载体,具有平整、抗滑、发电、耐久的特征。电动汽车不仅能在上面行驶,还可享用绿色能源,实现交通、能源、减排的整合。

“太阳能公路”是中国拥有自主知识产权的世界首条承载式光伏路面示范区。以此为模板将能建设成全电气化的“超级公路”,探索移动充电、智慧引导、路车联动、无人驾驶等技术的融合发展,专家预测在超级公路上的无人驾驶汽车时速将能到200-300公里。

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