電氣化高速公路的探索與發(fā)展

蘇川翔　高君彬　連思蘭　邊智穎　胥光穎

摘 要 目前95%的新能源汽車均為電池供電，而電氣化高速公路系統(tǒng)可解決電池續(xù)航能力差的問題，使新能源汽車能夠獲得源源不斷的電動力，其在我國必然會受到政府的支持且有很大的發(fā)展空間。本文就此系統(tǒng)的發(fā)展背景與歷程進(jìn)行論述，并介紹了此系統(tǒng)與其未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 電氣化 高速公路 發(fā)展

1宏觀背景分析

1.1我國對新能源汽車的政策分析

在國務(wù)院發(fā)布的《中國的能源政策》白皮書中提到我國目前石油對外依存度達(dá)到57%，且機(jī)動車氮氧化物排放量已經(jīng)占到排放總量的40%以上。大氣污染嚴(yán)重，石油資源極度匱乏，解決能源短缺、環(huán)境污染等問題刻不容緩。時下我國已成為世界第一大碳排放國、第二大能源消費(fèi)國和第三大石油進(jìn)口國。為了解決我國環(huán)境污染與能源消耗的不合理現(xiàn)狀，2017年1-10月國家累計出臺32項新能源汽車相關(guān)政策，其核心觀念是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與節(jié)能減排。

1.2我國存在電力過剩情況

中國電網(wǎng)電力備用容量分析報告顯示，我國平均備用容量約為28%，而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃備用容量僅為15%。與全國平均電力備用容量相比，我國主要區(qū)域電網(wǎng)區(qū)域的電力備用容量存在顯著差異：東北地區(qū)的電力備用容量高達(dá)60%，緊接著是西北地區(qū)的49%，南部電網(wǎng)區(qū)域是35%，北部是24%，東部是16%，中部是15%。并且我國的電力產(chǎn)能過剩還在加劇。因此，我們應(yīng)該想方設(shè)法將電力能源投入汽車的能源消耗中，用其替換掉傳統(tǒng)的石油，即能達(dá)到電力能源充分利用的目的，還能達(dá)到節(jié)能減排的效果。

2公路電氣化的發(fā)展歷程

汽車電氣化主要分為四階段：蒸汽機(jī)汽車-電動汽車階段（1881年-1885年）、蒸汽機(jī)汽車-電動汽車-燃油汽車獨(dú)霸階段（1885年-1925年）、燃油汽車獨(dú)霸階段（1925年-1960年）、電動汽車再次復(fù)興-其他新能源技術(shù)涌現(xiàn)-影響燃油汽車階段（1960年-今）。

而以下是電車系統(tǒng)的發(fā)展歷程。1879年，在柏林世博會上，西門子和哈爾斯合展長達(dá)550m的電氣化鐵路，這是人類史上第一次用電力來牽引列車的做法。1881年5月，德國在柏林近郊的利西特菲爾德修建的長達(dá)2.15km的電氣化鐵路正式投入運(yùn)行。1908年，無軌電車首現(xiàn)維也納，歐洲許多城市隨后掀起無軌電車熱潮。在我國，第一條無軌電車系統(tǒng)在1914年11月15日首次在上?，F(xiàn)身，隨后北京、廣州、青島等城市相繼投入使用。1979年鄭州首現(xiàn)無軌電車。2012年，西門子公司提出電氣化公路的概念。2014年，西門子宣布在美國架設(shè)電力混合驅(qū)動卡車電氣化接觸網(wǎng)的系統(tǒng)，并開始進(jìn)行相應(yīng)實驗。2015年，西門子與斯堪尼亞宣布，在斯德哥爾摩背部約兩公里長的E16公路上架設(shè)起電氣化接觸網(wǎng)系統(tǒng)。2017年，西門子公司宣布與黑森林州合作，在德國A5的聯(lián)邦公路架設(shè)總長約10公里的接觸網(wǎng)系統(tǒng)。與此同時，我國的無軌電車也有一定的發(fā)展，在2017年保定市已經(jīng)投資5.9億元用于兩條雙源無軌電車的開發(fā)建設(shè)。

3電氣化高速公路系統(tǒng)

電氣化高速公路系統(tǒng)是一套集接觸網(wǎng)、電力汽車、高速公路于一體的智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)。其通過接觸網(wǎng)為在供電高速區(qū)行駛的貨運(yùn)汽車提供電力，當(dāng)貨運(yùn)汽車駛出供電區(qū)時則啟動混合動力引擎，切換到蓄電池電力驅(qū)動。置身于該電氣化高速公路系統(tǒng)下的新能源汽車較普通貨運(yùn)汽車而言，不僅具有低耗減排的優(yōu)點(diǎn)，同時擺脫了電池續(xù)航能力差和充電不便的問題。而與無軌電車相比，則更具靈活性，可完成取電斷電、變道超車等一系列操作。

為了實現(xiàn)智能識別、自動取電、安全超車等一體化操作，需在新能源汽車上方安裝智能受電弓組件。當(dāng)汽車駛?cè)牍╇妳^(qū)時，受電弓可自動識別高速公路上架設(shè)的接觸網(wǎng)，并把信號傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊，在獲得用戶授權(quán)后，數(shù)據(jù)處理模塊即對受電弓下達(dá)指令并完成觸網(wǎng)操作。同時，該系統(tǒng)使用PID閉環(huán)控制技術(shù)實時調(diào)整受電弓的位置，以確保線弓在誤差允許范圍內(nèi)的正確匹配。當(dāng)汽車駛出供電段時，受電弓則會自動斷開與接觸網(wǎng)的連接，收回并安放于車頂上。

在設(shè)有接觸網(wǎng)的高速公路路段，電力汽車可通過受電弓觸網(wǎng)而獲得電力驅(qū)動汽車行駛。當(dāng)汽車駛離時，受電弓自動收回并安放于車頂上，同時切換為蓄電池電力續(xù)航。如若再次駛?cè)牍╇娐范?，汽車將關(guān)閉蓄能電池動力源，電力通過接觸網(wǎng)源源不斷地輸入蓄電池，開啟電網(wǎng)集電行駛模式。該動力方式利用蓄電池的充放電原理克服了充電等待和充電樁設(shè)施不完善的缺陷，同時為低碳出行提供了技術(shù)支持。

4電氣化高速公路系統(tǒng)發(fā)展前景預(yù)測

隨著有關(guān)政策的相繼出臺，電氣化高速公路系統(tǒng)作為新能源汽車發(fā)展的新型交通方式較大程度地得到國家政策扶持，將會帶動我國高速公路基礎(chǔ)建設(shè)、汽車行業(yè)、新能源、電力設(shè)施建設(shè)等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與提升。與此同時，建設(shè)電氣化高速公路系統(tǒng)不僅僅對促進(jìn)我國節(jié)能減排、改善能源結(jié)構(gòu)、優(yōu)化資源配置貢獻(xiàn)巨大，而且這是一項惠民工程。此外，建設(shè)發(fā)展電氣化公路系統(tǒng)也會提供更多就業(yè)崗位，使我國就業(yè)率得到提升，降低對傳統(tǒng)能源的對外依存度，同時帶動我國新興經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著進(jìn)一步實驗測試及完善，相關(guān)技術(shù)趨于成熟，有理由相信，電氣化高速公路系統(tǒng)將為我國帶來深刻且具跨時代意義的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉小明.我國“公交都市”建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].交通工程，2017.

[2] 母傳偉.高速公路電氣化發(fā)展設(shè)想[J].中國科技信息，2014.