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編者按：光伏鐵路是繼光伏公路后又一個(gè)光伏發(fā)電應(yīng)用的大膽嘗試，該項(xiàng)應(yīng)用目前已在英國、德國進(jìn)行嘗試，根據(jù)專家表示，該應(yīng)用前景光明但成本是其發(fā)展的主要瓶頸。

2017年年末，一段1000多米長的神奇公路曾經(jīng)刷爆濟(jì)南市民的朋友圈，因?yàn)槭澜缡讞l高速公路光伏試驗(yàn)段于濟(jì)南正式通車。

而日前，對(duì)于光伏發(fā)電應(yīng)用又一個(gè)大膽的嘗試——鐵路光伏正在英國得以實(shí)現(xiàn)。英國可再生能源投資公司Bankset Energy Corporation雄心勃勃地提出光伏鐵路計(jì)劃，他們將在全球鐵路枕木上安裝吉瓦規(guī)模的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2018年6月，德國1000公里鐵軌上已經(jīng)開始安裝200兆瓦光伏系統(tǒng)，此項(xiàng)工程將在2019年完工，并到2022年擴(kuò)展至10000公里。未來還會(huì)在法國、美國、中國、意大利鐵軌上應(yīng)用。

在長長的鐵路上鋪設(shè)光伏，既不占地又不耽誤火車運(yùn)行，可謂是一軌兩用、“魚和熊掌”兼得。不過，“光伏鐵路”仍給光伏從業(yè)者留下了一連串的疑問：光伏電池板如何能融入鐵軌？發(fā)電消納、成本問題如何解決？


前景可期

火車在快速行駛過程中，會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力與沖擊力，這樣的光伏鐵軌能經(jīng)得住考驗(yàn)嗎？

Bankset Energy總裁帕特里克·布里對(duì)媒體表示，“我們采用專利技術(shù)，硅樹脂和鋁制太陽能電池板設(shè)計(jì)用于夾住現(xiàn)有鐵路枕木。這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)在混凝土、木材、鋼筋等材料上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)。”他表示，“這一技術(shù)不影響基礎(chǔ)設(shè)施，因此避免了更換現(xiàn)有軌枕的成本。”

據(jù)帕特里克·布里介紹，精心設(shè)計(jì)的太陽能電池板可以承受住各種壓力，如火車本身、冰雹、巖石等，不管是在高速線路，還是在中速二級(jí)線路、慢軌、停車軌道都毫無壓力。

關(guān)于這一系統(tǒng)，布里表示，太陽能電池在美國制造，并在歐洲兩個(gè)制造中心進(jìn)行組裝。其在亞洲也有一個(gè)制造中心——中國。據(jù)說，Bankset目前還在與一些臥鋪制造商進(jìn)行討論，以開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)并調(diào)整其產(chǎn)品以適應(yīng)所有現(xiàn)有的軌枕。

“鐵路光伏非常有發(fā)展前景，是值得做的嘗試。”中國能源研究會(huì)能源互聯(lián)網(wǎng)專委會(huì)副秘書長何繼江告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，光伏鋪在鐵路枕木上首要問題就是抗震。“這也并不復(fù)雜，有一些類型的組件本身抗震性能就非常好。比如銅銦鎵硒（CIGS）的薄膜光伏等，影響不太大。”

“用普通晶硅來做組件的話，用硅膠來保護(hù)組件，抗震性能也非常好，這些問題應(yīng)該都是可以解決的。”何繼江說。

光伏鐵路的另一個(gè)問題在于鐵路線路長，單個(gè)光伏面板面積小，并網(wǎng)的耗損會(huì)比較大。光伏電站的輸出電能，需要考慮很多的因素，如溫度、灰塵和污染、遮擋、組件朝向和傾角、逆變器效率、線纜損耗等，鐵路光伏也是如此。“在跟電網(wǎng)相連的時(shí)候，并網(wǎng)系統(tǒng)還是需要一些創(chuàng)新的，如果要直接供給機(jī)車牽引用電，還需要一些技術(shù)工藝的保障。”何繼江說。

成本是另一個(gè)需要面對(duì)的難題，“枕木都是非常窄的條狀，鋪設(shè)光伏板，還要把電儲(chǔ)存起來，在線路并網(wǎng)這一步會(huì)比較繁瑣，是需要花點(diǎn)功夫才能把成本降下來的”。何繼江表示。

落地仍難

在何繼江看來，我國十幾萬公里的鐵路里程，如果枕木都被光伏覆蓋，每年將會(huì)有數(shù)十吉瓦的發(fā)電量。如果要做試點(diǎn)，北京到廣州或上海這些繁忙的鐵路線或者北京到新疆的路線都可以嘗試，“繁忙路段鐵路用電量大，西北部光照好，光伏枕木發(fā)的電完全可以在鐵路沿線電力系統(tǒng)消納，各有優(yōu)勢(shì)。”

“其實(shí)，鐵路光伏能不能推廣，起決定作用的不在于光伏企業(yè)，而在于鐵路公司。”何繼江坦言，兩年前他就跟中鐵集團(tuán)第三勘察設(shè)計(jì)院的相關(guān)負(fù)責(zé)人討論過這個(gè)問題，鐵路部門的積極性并不高。“他們認(rèn)為在鐵路上鋪光伏可能會(huì)有安全隱患。”

“因?yàn)槲覈F路運(yùn)營基本上是由鐵路總公司來負(fù)責(zé)，具體到枕木鋪設(shè)光伏，鐵路總公司資產(chǎn)管理部“原則上對(duì)鐵路現(xiàn)有資產(chǎn)結(jié)合光伏進(jìn)行復(fù)用是感興趣的，但是考慮到可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，他們難以做出實(shí)質(zhì)性推動(dòng)?；鶎予F路局不可能在這類涉及鐵路系統(tǒng)安全的關(guān)鍵領(lǐng)域獨(dú)立做出決策”。何繼江說。濟(jì)南的光伏公路之所以能夠通車試運(yùn)行，是因?yàn)椴煌范坞`屬于不同的高速公路公司，總會(huì)有公司想要探索新的技術(shù)。

“關(guān)于光伏鐵路，可以進(jìn)行技術(shù)和應(yīng)用前景探討，但距離規(guī)模性的推廣應(yīng)用還有很遠(yuǎn)距離。”國家發(fā)展和改革委員會(huì)國際合作中心國家能源研究所原執(zhí)行所長、北燃研究院副院長白俊告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者。要將發(fā)的電輸送進(jìn)架空線為火車提供動(dòng)力的話就需要升壓，光伏電力供應(yīng)量和穩(wěn)定性都有問題，如何和其他電源匹配，因?yàn)殍F路對(duì)供電可靠性要求很高，而且枕木面積太小，逐個(gè)安裝也并不容易。“即使技術(shù)上的問題都可以解決，但相對(duì)于傳統(tǒng)屋頂、墻面、地面、道路等受光面積大的應(yīng)用場(chǎng)景，光伏鐵路還沒有什么優(yōu)勢(shì)。”

成本瓶頸

隨著綠色能源發(fā)展與環(huán)保趨勢(shì)的蔓延，可再生能源與大眾運(yùn)輸?shù)慕M合越來越常見，光伏鐵路也只是諸多場(chǎng)景中的一種。2016年7月，中國內(nèi)蒙古呼和浩特鐵路局完成了全國首個(gè)鐵路系統(tǒng)光伏發(fā)電示范專案，光伏鋪在呼和浩特沙良物流園區(qū)的屋頂，裝置量2.4兆瓦，所發(fā)電量主要用于鐵路運(yùn)輸和生產(chǎn)。

光伏在道路上的另一個(gè)可安裝位置是隔音墻或防護(hù)欄，2012年英利集團(tuán)自主研發(fā)建立的我國首座光伏隔音墻正式具備并網(wǎng)發(fā)電條件，并申請(qǐng)獲批國家實(shí)用新型專利。

不過，何繼江告訴記者：“隔音墻上鋪光伏成本比較高，做起來也并不劃算。”如果大規(guī)模建設(shè)，成本也還是可能大幅下降的。

光伏在交通領(lǐng)域還有一個(gè)值得期待的應(yīng)用場(chǎng)景，美國創(chuàng)業(yè)家埃隆·馬斯克提出的超級(jí)高鐵將用管道的方式來運(yùn)輸，管道上方安裝光伏，用光伏的直流電配上儲(chǔ)能來驅(qū)動(dòng)超級(jí)鐵路的磁懸浮動(dòng)力系統(tǒng)。

該計(jì)劃當(dāng)中，未來的超級(jí)鐵路全部依靠光伏發(fā)電。“在技術(shù)落地上，他的論證基本上是可行的。”何繼江評(píng)價(jià)道，而在鐵路上面的頂棚安裝光伏，好處是受光面積大、發(fā)電量大，還能擋雨擋雪，提高了鐵路運(yùn)行的安全性，而且鐵路的高度是限定的，不用擔(dān)心限高的問題。“但這方面的缺點(diǎn)仍然是成本太高。”何繼江說。在鐵路局各火車站的火車停車場(chǎng)建設(shè)大型的光伏車棚，是個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的鐵路光伏場(chǎng)景，單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模會(huì)比較大，并網(wǎng)和消納都不是問題，價(jià)格也容易控制得住，最主要的難點(diǎn)也就是如何有效控制施工過程對(duì)火車的安全影響了。

成本不光是以上場(chǎng)景的光伏應(yīng)用瓶頸，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、國家能源局下發(fā)的《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》（以下簡(jiǎn)稱“5·31新政”），要求光伏產(chǎn)業(yè)加速平價(jià)上網(wǎng)征程，這也使部分企業(yè)耽于市場(chǎng)而無暇研發(fā)；但從大趨勢(shì)看，為了在平價(jià)時(shí)代創(chuàng)造更好的項(xiàng)目收益率，以激活下游投資熱情，光伏產(chǎn)業(yè)上下游越來越多的企業(yè)正積極地通過“提效”而非單純的“降本”方式來達(dá)到目的。

“5·31新政”標(biāo)志著光伏行業(yè)的暴利時(shí)代結(jié)束。東方日升點(diǎn)點(diǎn)升陽光總經(jīng)理田君告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，“5·31新政”發(fā)布以后，整個(gè)光伏行業(yè)呈現(xiàn)出四個(gè)特點(diǎn)：去暴利化，擠泡沫；行業(yè)增長速度和裝機(jī)速度放緩；行業(yè)洗牌開始，未來兩三年內(nèi)市場(chǎng)可能會(huì)由三五家企業(yè)壟斷；光伏進(jìn)入以技術(shù)、產(chǎn)品立身的時(shí)代。

“在光伏板塊我們實(shí)施兩步走戰(zhàn)略，”田君說，“一方面大力發(fā)展用戶；另一方面聯(lián)合經(jīng)銷商、金融機(jī)構(gòu)做分布式的商業(yè)業(yè)務(wù)，未來的藍(lán)海市場(chǎng)依然存在。”

原標(biāo)題：光伏鐵路：前景可期，存在成本瓶頸