山西省高速公路推廣路域光伏產(chǎn)業(yè)的路徑研究

韓 偉

（山西交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，山西太原 030006）

0 引言

高速公路作為連通區(qū)域間的高效運(yùn)輸通道，關(guān)系著國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展命脈，高速公路沿線多穿越人口稀疏地區(qū)，路域內(nèi)有大量土地閑置，路域產(chǎn)業(yè)開發(fā)大有文章可做，而在山西省已建成的高速公路網(wǎng)絡(luò)延伸范圍內(nèi)，絕大部分的土地日照充盈，光能資源分布總體平均，是天然的光伏發(fā)電場。目前，光伏轉(zhuǎn)換是利用太陽能最高效、最安全的方式，其發(fā)電原理是利用硅材料的光生伏特效應(yīng)，光伏產(chǎn)業(yè)上下游鏈條較長，涵蓋硅材料加工生產(chǎn)、電池生產(chǎn)、組件生產(chǎn)、配套設(shè)備生產(chǎn)等多個環(huán)節(jié)。高速公路的路域資源優(yōu)勢和光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢為二者的融合發(fā)展創(chuàng)造了條件，在包括高速公路邊坡、服務(wù)區(qū)、隧道出入口等路域范圍內(nèi)合理布設(shè)光伏發(fā)電組件，不僅盤活了高速公路閑置路域資源，而且能夠承擔(dān)部分高速公路運(yùn)營用電負(fù)荷，提升高速公路運(yùn)營過程中的清潔能源消耗比重，在不影響高速公路安全運(yùn)營的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了新能源與高速公路運(yùn)營資源間的高效適配[1]。

1 國內(nèi)高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況研究

“十四五”期間，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將按照“集中式與分布式壓茬推進(jìn)，就地利用與外送消納兩措并舉”的發(fā)展模式，乘著光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的東風(fēng)，支持高速公路開展路域光伏產(chǎn)業(yè)開發(fā)的政策密集出臺，標(biāo)志著高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展正式駛?cè)搿翱燔嚨馈薄?/p>

1.1 政策出臺情況

2020 年8 月，交通運(yùn)輸部出臺《關(guān)于推動交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（以下簡稱“意見”），意見中明確提出“鼓勵在服務(wù)區(qū)、邊坡等公路沿線合理布局光伏發(fā)電設(shè)施，與市電等并網(wǎng)供電[2]”。該意見的提出，進(jìn)一步細(xì)化了高速公路開展光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑和重點(diǎn)方向，為構(gòu)建高速公路光伏產(chǎn)業(yè)體系奠定了基礎(chǔ)。2022 年8 月，為貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于碳達(dá)峰碳中和的重大戰(zhàn)略決策，工信部等五部門聯(lián)合印發(fā)《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計(jì)劃》（以下簡稱“計(jì)劃”），計(jì)劃中明確提出要培育光伏應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)，推動光伏在高速公路服務(wù)區(qū)等交通領(lǐng)域的應(yīng)用深度和廣度[3]。2022 年6 月，高速公路光伏產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展迎來突破，由山東高速起草的《高速公路邊坡光伏發(fā)電工程技術(shù)規(guī)范》（DB37/T 4516—2022）正式發(fā)布，該規(guī)范是國內(nèi)高速公路光伏發(fā)電領(lǐng)域的首部規(guī)范，此舉標(biāo)志著國內(nèi)高速公路光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入有序發(fā)展新階段。2022 年6 月，國家發(fā)展改革委員會和國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中明確提出要加快推進(jìn)城鎮(zhèn)屋頂光伏行動，意味著分布式光伏發(fā)電模式將在城鎮(zhèn)中大面積推廣，“光伏電”走進(jìn)千家萬戶將成為可能[4]。2022 年，由工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等五部門聯(lián)合印發(fā)的《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計(jì)劃（2021 年—2025 年）》正式發(fā)布，計(jì)劃中明確到2025 年光伏產(chǎn)業(yè)的智能化水平將顯著提升，此舉意味著光伏產(chǎn)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等高技術(shù)的融合發(fā)展要求被提到前所未有的高度，光伏產(chǎn)業(yè)必將趁著高技術(shù)帶來的巨大推動力而快速迭代發(fā)展[5]。

1.2 工程應(yīng)用情況

當(dāng)前，國內(nèi)高速公路光伏產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展期。早在2016 年8 月，江西高速利用路域閑置土地資源，采用“優(yōu)先自用，余量上網(wǎng)”的模式，投資8 億余元建成分布式光伏發(fā)電場，累計(jì)投運(yùn)站點(diǎn)132 個，裝機(jī)容量超12.7 MW，年均發(fā)電量達(dá)1 600 萬kW·h[6]；2018 年5 月，山西路橋在國內(nèi)率先啟動了高速公路光伏產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目試驗(yàn)，作為項(xiàng)目試驗(yàn)的重要成果——和榆高速榆社東收費(fèi)站光伏發(fā)電項(xiàng)目成功投運(yùn)，作為全山西省開展高速公路光伏產(chǎn)業(yè)開發(fā)的“試金石”，該項(xiàng)目的成功投運(yùn)，促進(jìn)了全省高速公路收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)分布式光伏發(fā)展規(guī)劃的編制進(jìn)程；2021 年11 月，山東高速在榮烏高速威海段首次成功開發(fā)了邊坡光伏發(fā)電試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)段總里程約2.3 km，總裝機(jī)容量達(dá)2.01 MW，年均發(fā)電量超過200 萬kW·h，年均減排超2 000 t[7]；2022 年5 月，河北省在榮烏高速雄安新區(qū)段充分利用新線路基中央分隔帶、填方路基高邊坡側(cè)、隧道進(jìn)出口等區(qū)域布置光伏設(shè)施，目前，該項(xiàng)目已成功并網(wǎng)發(fā)電；2022 年8 月，四川省攀大高速公路光伏發(fā)電項(xiàng)目投產(chǎn)，日均光伏發(fā)電量達(dá)1.2 萬kW·h，完全覆蓋了41 km 路段內(nèi)的能耗需求，且剩余電量實(shí)現(xiàn)百分之百并網(wǎng)。

2 山西省高速公路推廣路域光伏產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢

從光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)看，充盈的日照資源和豐富的空間資源是不可或缺的先決條件，而山西省在以上兩大因素方面均有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，極具發(fā)展高速公路光伏產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢。

2.1 存量高速公路路域資源豐富

自改革開放以來，山西省高速公路建設(shè)一直處于快速發(fā)展階段，尤其在進(jìn)入21 世紀(jì)以后，省內(nèi)高速公路建設(shè)取得了巨大成就。截至2020 年底，全山西省高速公路通車?yán)锍踢_(dá)5 745 km，遍布全省的高速公路網(wǎng)已將96%的縣（市、區(qū)）連通起來，規(guī)劃的“四縱十五橫”高速公路主體骨架到2025 年將基本形成[8]。依托以上先天優(yōu)勢條件，山西省可憑借數(shù)量可觀的高速公路里程資源，在線路總體橋隧比高、服務(wù)區(qū)二次開發(fā)潛力大等諸多有利因素的加持下，完全能夠打破光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的土地資源制約，把高速公路沿線的邊坡、隧道出入口、隧道隔離帶、服務(wù)區(qū)及附屬設(shè)施打造成光伏發(fā)電場，最終構(gòu)建出“高速公路+光伏”的綠色低碳新業(yè)態(tài)。

2.2 日照資源相對充盈

要發(fā)展高速公路光伏產(chǎn)業(yè)，除了可觀的里程資源作為儲備外，還需要相對充盈的日照資源，這也是確保光伏發(fā)電效率和成本控制的先決條件。山西省全境日照資源相對充盈，日照率介于50%～60%之間，以2021年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，山西省水平面總輻照量為1 426.89 kW·h/m2，比全國均值高出4.2%，位列全國第10 位，北部的大同市、朔州市已列入全國“太陽能資源很豐富”地區(qū)；此外，反映不同地區(qū)光伏發(fā)電效率差異的利用小時數(shù)均值指標(biāo)，山西省已達(dá)到1 318.81 h，比全國均值高出7.4%，位列全國第12 位[9]，山西省日照資源與全國水平對比情況見圖1。綜上，山西省現(xiàn)有的綜合日照條件完全能夠支撐高速公路光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求。

圖1 山西省日照資源與全國水平對比情況

3 基于投資決策的山西省內(nèi)高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑研究

3.1 考慮山西省情的投資決策影響因素

相對充沛的日照資源、可觀的路域資源存量、資金緊張及緊迫的節(jié)能減排要求是山西省高速公路發(fā)展路域光伏產(chǎn)業(yè)的“基本盤”，基于以上省情，在山西省境內(nèi)投資高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)需要綜合考慮資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及不可控等4 方面的投資決策影響因素[10]。

a）資源因素 資源因素主要包括日照資源和土地資源。其中日照資源是發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的先天之本，水平面總輻照量和利用小時數(shù)均值是評估日照資源的兩大指標(biāo)；土地資源則是開展光伏產(chǎn)業(yè)的重要載體，公路沿線邊坡的土質(zhì)、加固形式、位置朝向及坡率均會對光伏板及組件的布置產(chǎn)生影響，此外，服務(wù)區(qū)內(nèi)建筑及空置區(qū)域中滿足光伏板及組件布置條件的可利用空間也相對有限。

b）經(jīng)濟(jì)因素 經(jīng)濟(jì)因素主要包括成本和收益兩方面。成本直接影響投資規(guī)模，路域光伏產(chǎn)業(yè)前期涉及大量的固定資產(chǎn)投資，這也間接增加了融資成本和難度，此外，光伏及配套組件投產(chǎn)后，日常運(yùn)營維護(hù)成本將攤薄產(chǎn)業(yè)的長期收益率；平均收益和回本周期是衡量路域光伏產(chǎn)業(yè)收益水平的重要指標(biāo)，平均收益高則意味著該項(xiàng)目具有較高的投資價(jià)值，后續(xù)融資成本也將降低，有利于提振投資信心。近年來，隨著光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)覆蓋率的不斷迭代和增長，光伏產(chǎn)業(yè)已從早期由國家及地方政府補(bǔ)貼的“哺乳期”逐步轉(zhuǎn)向市場化發(fā)展的“斷奶期”，這在一定程度也將延長路域光伏產(chǎn)業(yè)的回本周期。

c）環(huán)境因素 山西省內(nèi)高速公路路域資源存量豐富，分布式光伏還有巨大的發(fā)展空間，由光伏提供的清潔能源不僅能夠滿足高速公路各類基礎(chǔ)設(shè)施的能耗需求，還能為新能源車輛提供清潔能源，進(jìn)而削減省內(nèi)火力發(fā)電比重，有效減少溫室氣體排放，助力“碳達(dá)峰、碳中和”；但光伏面板的大面積敷設(shè)會給周圍環(huán)境造成不同程度的光污染，此外，光伏設(shè)施施工對路域沿線的原始生態(tài)環(huán)境會造成一定的破壞，需要采取必要的生態(tài)恢復(fù)措施。

d）不可控因素 不可控因素包括自然因素和非自然因素兩方面。自然因素主要指不良?xì)庀髼l件對光伏面板造成的損壞，進(jìn)而影響面板的光電轉(zhuǎn)換效率；非自然因素主要指政策變動帶來的不確定性和因邊坡失穩(wěn)造成的人身意外及設(shè)備損毀風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 考慮山西省情的投資決策體系構(gòu)建

基于以上投資決策影響因素分析結(jié)果，可構(gòu)建出考慮山西省情的投資決策體系，體系共分為3 級，詳見圖2。

圖2 考慮山西省情的高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)投資決策體系

3.3 基于投資決策體系的幾種產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑分析

通過對高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)投資決策影響因素的分析研判，構(gòu)建了相應(yīng)的投資決策體系，從過程上和邏輯上厘清了影響路域光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。基于以上分析結(jié)果，本文擬以某幾項(xiàng)投資決策為依據(jù)，提出幾種切實(shí)可行的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。

a）以追求J21最低和J12最大限度開發(fā)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。該種路徑的特點(diǎn)是能夠最大限度壓縮前期投入，降低項(xiàng)目的投運(yùn)成本，通過對J21最大限度開發(fā)，獲取綜合成本最低的路域土地資源，除了對服務(wù)區(qū)、停車區(qū)等相對成熟區(qū)域的土地資源進(jìn)行深度開發(fā)外，重點(diǎn)開發(fā)公路邊坡、隧道出入口、沿線中央分隔帶等大量未開發(fā)且開發(fā)成本較低的土地。

b）以追求J11最大限度利用和J31效益最大程度凸顯的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。該種路徑的特點(diǎn)是能夠最大程度利用山西省內(nèi)日照資源的先天優(yōu)勢，是典型的因地制宜發(fā)展模式，優(yōu)先選擇省內(nèi)日照資源最充盈的地區(qū)，通過合理布設(shè)光伏板，最大程度利用日照資源，以提高光伏設(shè)施的發(fā)電效率和發(fā)電量，進(jìn)而分擔(dān)傳統(tǒng)能源的發(fā)電比重，最終實(shí)現(xiàn)J31的效益最大化。

c）以追求J22最大和J32最小的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑。該種路徑的特點(diǎn)是聚焦項(xiàng)目收益，不片面追求發(fā)展規(guī)模和速度，全程風(fēng)險(xiǎn)可控，要求對J32的影響最低，是一種安全溫和的發(fā)展模式，經(jīng)測算，以收益最大化為目標(biāo)合理劃定產(chǎn)業(yè)規(guī)模，注重對環(huán)境的低影響和保護(hù)，項(xiàng)目融資成本低、難度小，適合整個產(chǎn)業(yè)的初期發(fā)展階段。

以上3 種發(fā)展路徑各有優(yōu)劣，且側(cè)重點(diǎn)、適用性均不同，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際慎重選用。3 種發(fā)展路徑的對比結(jié)果詳見表1。

表1 山西省高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)3種發(fā)展路徑對比結(jié)果

4 結(jié)語

綜上所述，山西省開發(fā)高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)具備得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，擁有可觀的開發(fā)潛力和投資價(jià)值；為進(jìn)一步推進(jìn)全省開展高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)，最大限度盤活路域范圍內(nèi)的各類閑置資源，本文從山西省省情實(shí)際出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前的政策背景和行業(yè)發(fā)展情況，總結(jié)出影響山西省開展高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)的投資決策因素，并基于投資決策因素，最終給出了3 種適合山西實(shí)際的高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑模式，以期為全省的高速公路路域光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。