高速公路光伏产业研究

高速公路光伏产业发展可行性研究北京北达城乡规划设计研究院2015年8月2目录一、光伏产业简介11.基本内涵12.特点13.发展历程1二、光伏产业发展现状21.国际情况22.国内情况33.我国光伏产业陷入产能过剩困境的原因6三、光伏产业发展前景71.阶段发展情况总结72.远期发展前景预测73.发展前景小结8四、高速公路光伏产业发展81.太阳能高速公路的含义82.我国太阳能资源简述83.国外发展动态84.国内发展动态125.造价和效益146.存在问题157.结论15高速公路光伏产业发展可行性研究一、 光伏产业简介1. 基本内涵光伏产业，简称PV(photovoltaic)，也称太阳能电池产业，即利用太阳能及半导体电子器件吸收太阳光辐射能，并使之转换为电能的产业。光伏产业包括光伏材料、电池组件、光伏设备和光伏应用系统。2. 特点光伏产业属于我国中央政府确定的战略性新兴产业，是新世纪的朝阳产业。在诸多新兴能源利用方式中太阳能光伏发电被认为是最有前途的方式之一。第一，可以充分利用我国丰富的太阳能辐射资源和土地空间资源解决我国能源供应的资源瓶颈问题。第二，由于太阳能光伏发电不经历燃烧过程不发生物质形态的转变，它的大范围推广应用可降低我国温室气体排放量，起到保护环境的作用。第三，由于其地域和空间适应度都很强，屋顶光伏系统、荒漠电站等多种利用方式可以广泛地为各种类型客户群服务。第四，发展光伏发电还能帮助解决边远地区供电难的问题，体现党和政府的人文关怀。第五，光伏发电产业的发展可起到拉动地方经济增长，聚集人才、资金的作用，可以促进东、中、西部协调发展。近年来，随着中央和地方各级政府对战略性新兴产业的日益重视以及社会民众关注度的增强，光伏发电产业在我国迅速崛起。3. 发展历程1) 快速发展期(20042008年)随着德国出台EGG法案，欧洲国家大力补贴支持光伏发电产业，中国光伏制造业在此背景下，利用国外的市场、技术、资本，迅速形成规模。2007年中国超越日本成为全球最大的光伏发电设备生产国。以尚德电力、江西赛维为代表的一批光伏制造业企业先后登陆美国资本市场，获得市场追捧。光伏发电设备的核心原材料多晶硅的价格突破400美元/公斤。2) 首度调整期(20082009年)全球金融危机爆发，光伏电站融资困难，加之欧洲如西班牙等国的支持政策急刹车等导致需求减退，中国的光伏制造业经历了重挫，产品价格迅速下跌，其中多晶硅的价格更是跌落到约40美元/公斤的水平。3) 爆发式回升期(20092010年)德国、意大利市场在光伏发电补贴力度预期削减和金融危机导致光伏产品价格下跌的背景之下，爆发了抢装潮，市场迅速回暖。而与此同时，我国出台4万亿元救市政策，光伏产业获得战略性新兴产业的定位，催生了新一轮光伏产业投资热潮。作为光伏产业晴雨表的多晶硅价格也迅速回升到90美元/公斤的水平。4) 产业剧烈调整期(20112013年)上一阶段的爆发式回升导致了光伏制造业产能增长过快，但是欧洲补贴力度削减带来的市场增速放缓，导致光伏制造业陷入严重的阶段性过剩，产品价格大幅下滑，贸易保护主义兴起。我国光伏制造业再次经历挫折，几乎陷入全行业亏损。多晶硅价格在此时期一度跌落到约15美元/公斤的历史最低位。5) 产业逐渐回暖期(2013年至今)日本出台力度空前的光伏发电补贴政策，使市场供需矛盾有所缓和。同时，中欧光伏贸易纠纷通过承诺机制解决，中国以国务院24号文为代表的光伏产业支持政策密集出台，配套措施迅速落实。中国因此掀起光伏装机热潮，带动光伏产品价格开始回升，多晶硅价格微涨至约18美元/公斤。图 1：光伏产业近十年发展历程曲线图二、 光伏产业发展现状1. 国际情况1) 主要国家纷纷削弱扶持力度从全球光伏产业的发展进程来看，政府扶持一直是产业发展模式的根本原动力，政府企图通过政策扶持、财政投入来带动民间资本投入，发挥产业规模效益。然而，政府的“投入产出”效益不明显，重复性生产导致产能过剩、产品价格不断下跌，金融危机“雪上加霜”，增加了各国政府的财政压力，主要的光伏产业国家不得不纷纷削弱扶持力度，让自由市场规划提早介入产业发展。2) 多因素制约产业规模的快速增长世界光伏产业的持续强劲增长受到诸多因素的阻碍：首先，经济和金融危机的影响持续存在，光伏产业蓬勃发展势头将有所抑制；其次，产业的快速发展不可避免规模经济效益下的行业整合，如何实现效益最大化的规模经济才是各国产业发展的重要课题；再次，光伏产业在欧洲以外的地区如雨后春笋、势如破竹，欧洲市场70%以上产能份额的独霸优势不再，全球市场呈现均衡化发展趋势；最后，政府可能重新考虑他们对缓解气候变化和可再生能源的承诺，导致政府和监管的具有不稳定性。3) 光伏企业破产倒闭整合潮流涌动2013年的光伏产业行情的跌宕起伏，破产潮一波接一波。作为中国光伏行业发展的标杆尚德电力控股公司于2013年11月15日破产重整，拉响了中国光伏产业在全球金融危机下，遭遇全球产能过剩、欧美对华“双反”等系列危机后的第一声尖锐的警报。这些明星企业的破产事实虽然只是光伏产业破产史的冰山一角，但是足以证明了当前全球光伏产业竞争压力严峻和企业淘汰、产业整合的诉求迫在眉睫。4) 未来亚太市场仍然看好中国市场在2014年有望达到14吉瓦；日本市场是2013年最大的增量市场，项目储备已经超过21吉瓦。2014年日本的组件需求有望接近8吉瓦，但本土的组件产能只有3吉瓦左右，这意味着有接近5吉瓦的组件外购需求。印度和巴基斯坦是南亚地区最重要的两个光伏市场，其中巴基斯坦计划到2030年50%的电力来自于可再生能源，包括风电，光伏等等。泰国和印度尼西亚是东南亚地区最重要的两个光伏市场，其中泰国政府在2013年出台了新的上网电价政策，并计划在2014年底前建成800个1兆瓦的光伏社区地面电站。值得仔细观察的新兴市场是印度尼西亚，考虑到当地偏高的电力价格和大量的项目储备，印尼光伏市场有望在未来五年里迎来高速成长。在未来五年里，亚太地区的光伏市场有望达到累计约175吉瓦的新增需求，占全球新增需求的54%。（数据来自：欧洲光伏协会）5) 光伏项目储备量进一步增加目前全球太阳能光伏需求领先的国家包括：亚太地区五个主要国家(中国、日本、印度、泰国和澳大利亚)，四个欧洲国家(德国、英国、意大利和法国)和北美(美国和加拿大)。未来五年中，这些国家终端市场的光伏需求量将占全球的80%以上，准备建设的商业及公共事业电站项目有4300个，其中近半数是规模在250千瓦到5兆瓦的项目。领先的太阳能光伏国家的项目储备总量已达到近95吉瓦，其中50兆瓦以上的大型电站项目占了68%。由于5兆瓦以下规模的项目更容易获得批准，且完工时间短，因此更受供应商和开发商的青睐。中国、日本和美国预计将在未来五年推动太阳能光伏新增装机。目前，这三个领先的光伏国家有超过3600个250千瓦以上的项目储备，总规模约65吉瓦。NPDSolarbuzz预测2014年这三个国家将建成24吉瓦的商业和公共事业电站。2. 国内情况中国作为目前世界上经济发展最迅速的经济体，在光伏发电领域的技术和应用只是处于世界的下游水平。目前我国光伏行业产能巨大，国内市场总量却较低，严重依赖国际市场。目前光伏“十三五”规划正在制定中，光伏累计装机目标可能由最初的100吉瓦进一步上调，而这也是国内深处内忧外患窘境的光伏企业一直所期待的。2015年上半年，多晶硅产量约为7.4万吨，同比增长15.6%；组件产量约为19.6吉瓦，同比增长26.4%。硅片和电池片产量分别为45亿片和18.2吉瓦。光伏新增装机量约为7 8吉瓦，同比增长近30%，其中地面电站约为6.5吉瓦。光伏企业盈利情况明显好转，多数企业扭亏为盈。1) 产能高度集中于中游生产环节，关键技术设备需进口一般而言，光伏产业链分为上游、中游和下游三大环节。其中上游包括技术研发、硅材料和其他材料的提炼生产；中游包括硅片、电池片及组件的生产制造；下游则是指光伏系统安装建设及运营与维护。光伏产业链的各个环节对技术、投资与资本规模要求差异较大。资金与技术问题所产生的壁垒，使得硅材料提纯与光伏终端应用环节的价值量相对更高，而中游的太阳能电池生产与组件封装环节因进入门槛较低，导致其竞争激烈，产业价值量也最低。我国光伏企业则恰恰集中在产业链中游低附加值、低利润回报率的电池和组件制造环节，而在产业链上游的多晶硅和产业链下游的光伏发电环节，发展还比较滞后。自2007年起，我国的太阳能电池产量便稳居世界第一位，是全球名副其实的光伏电池制造中心（见表1）。低端产业链生产环节的重复建设，对产能扩张的盲目追求，使得产量严重过剩，为光伏产业的发展埋下了极大隐患。表 1：近年来我国光伏电池产量增长态势及全球产量比较一览表年份全球太阳能电池产量（兆瓦）中国太阳能电池产量（兆瓦）中国所占比例（%）2000287.003.001.052001401.004.601.152002560.006.001.072003750.0012.001.6020041256.0050.003.9820051815.00145.007.9920062536.00438.0017.2720074279.001088.0025.4320087911.003238.0040.93200912464.005851.0046.94201027381.007710.6028.16201137185.0012983.8834.92虽然我国在太阳能电池产能与产量方面位居世界第一，但行业核心技术大多掌握在其他发达国家的手中，产业核心竞争力不强，许多关键技术和设备对外依存度很高，如薄膜电池生产线、四氯化硅闭环回收装置、自动电焊机等设备都主要依赖进口。这种技术设备方面的差距，导致光伏产业发展缺乏稳定的基础，直接致使我国光伏产品的生产成本偏高，市场竞争力不强。此外，虽然与使用传统能源相比，使用太阳能产生的固体废物少、能源消耗低，作为绿色能源的代表其在应用环节具有无污染、无排放的环境友好型特征，但并非光伏产业链的每个环节都是无污染的。光伏电池的生产与制造环节是存在严重污染问题的，尤其是太阳能多晶硅的生产和铸锭、切片所需的能源消耗较大，环境影响也较大。对于我国光伏企业而言，集中于电池制造环节且尚未掌握产业清洁发展技术的现状，除了带来低端生产环节的重复建设与产能过剩外，也对生态环境产生了重大影响。2) 原材料高纯度多晶硅进口依存度高多晶硅是光伏产业最主要的原材料。我国多晶硅工业起步于上世纪50年代，但早期发展并不景气。近年来随着光伏市场的不断发展，我国多晶硅产业获得迅速发展，产量也得到迅速扩张，从2005年到2013年，我国多晶硅产量从41吨迅速增至8.2万吨。我国硅矿尤其是优质石英硅矿储量丰富，可以为多晶硅的生产提供丰富的原材料，但生产高纯度多晶硅不仅对技术水平要求高，还需要大量的资金投入，所以存在着较高的技术壁垒和资金门槛。目前，生产多晶硅的主流技术是改良的西门子法，但是该法的核心技术主要集中在美国、德国、日本的几家大型厂商手中，国内除少数大型企业突破了技术限制外，大部分厂商是从国外引进技术。核心技术的缺乏，直接导致我国大部分厂商所生产的多晶硅产品质量较差，生产成本略高，因此每年仍需从国外进口大量高纯度多晶硅。原材料的高度进口依存度，使得我国光伏产业发展风险大增，制约着整个行业的健康持续发展。表 2：我国光伏累计装机与世界的比较一览表年份200220032004200520062007200820092010我国（兆瓦）4555657080100140.3297.5797.5世界（兆瓦）226128423961539969809492156552290039700所占比例（%）1.991.941.641.31.151.050.91.32.013) 产品销售严重依赖国外市场a) 国内市场需求不足相对于我国光伏产业产能与产量的增速来说，我国国内的光伏市场需求还不足以支撑产能的高速扩张。我国是太阳能电池等光伏产品的生产大国，但仍是光伏发电市场应用小国，我国光伏产业对国际市场的依赖程度在90%以上。太阳能光伏发电装机方面仍然以欧洲、日本和美国为主，相比之下我国光伏装机容量占世界光伏装机容量的比重非常小。表 3：光伏行业主要企业近几年净利润情况一览表（单位：万元）企业名称2013年2012年2011年2010年2009年晶澳太阳能-47368-166226-56435175535-12866赛维LDK-294642-610290-413018192581-159881天合光能-43918-167540-2383120626066610英利绿色能源-194443-306441-320891138678-53160阿特斯太阳能19304-122859-572183348915458b) 欧洲市场萎缩光伏发电成本远高于常规能源，因此目前各国光伏产业发展在很大程度上都依赖政府补贴。自2011年起，受国际金融危机尤其欧债危机的影响，作为全球光伏组件最大需求地的欧洲多国不断削减太阳能政府补贴，使得欧洲光伏市场开始不断萎缩，在其国内各光伏企业不断倒闭的同时，也给中国光伏企业带来了沉重的打击。欧洲市场需求原本占据世界光伏装机规模的70%以上，更占到中国光伏电池出口规模的80%，欧洲市场的萎缩，使得中国巨大的产能无法消化，企业处境困难，在竞相降价抢占市场的过程中利润大幅下滑。此外，欧盟于2012年9月开始，对中国出口光伏产品发起“双反”调查。2013年8月，中欧双方经过多轮谈判后决定，以“价格承诺”的方式达成“友好解决方案”，中国企业每年可向欧洲出口7吉瓦的组件配额，配额内的产品将不征收“双反”税率，但需要承诺产品价格不低于0.56欧元/瓦，自2013年12 月6 日起，将对未参与“价格承诺”的中国太阳能板生产商征收反倾销税和反补贴税。至此，虽然中欧光伏争端落下帷幕，但价格承诺导致产品竞争力下降、组件配额对出口规模限制、较高的“双反”税率与政府补贴削减共同带来的欧洲市场萎缩已成定局。c) 美国“双反”雪上加霜2011年10月19日，SolarWorld牵头其他6家美国光伏企业向美国政府提起调查申请，指控中国公司对美倾销多晶硅光伏太阳能电池，并收受中国政府的不当补贴，要求美国政府发起“双反”调查。这对90%的光伏组件需要出口的中国企业而言无疑雪上加霜。在反倾销调查终裁结果中，主要被告尚德电力和天合光能被判定倾销幅度为别为31.73%和18.32%，与初裁结果相比，倾销税率由31.14%下调至18.32%；在反补贴方面，尚德及其关联的10家公司被判定接受补贴14.78%，天合为15.97%，其他光伏进口商和制造商为15.24%，反补贴税率大大高于初裁的2.9%至4.73%。随着当前光伏组件价格不断下降，组件企业的利润空间已经非常小，高额的关税将把国内很多光伏企业的产品拒之美国市场门外。d) 新兴市场上升空间有限受贸易摩擦影响，2013年上半年中国光伏电池片及组件对外出口额锐减30.97%至65.22亿美元，其最核心的原因是出口价格下降41.07%(尽管出口量增长17.02%)。对欧洲、北美、大洋洲的出口额大幅下滑，但对亚非拉出口有所增长。其中，对亚洲出口同比增长1.5倍(150.49%)，提升至出口总额的五分之二(37.99%)，超过原中国第一大出口市场欧盟；对非出口保持连续快速增长，同比增长近5倍(499.73%)。在新兴市场的成绩亮眼，并非由于这些市场需求猛增，而是因为欧美市场萎缩，中国光伏产品被迫转向。日本是2013年全球光伏领域增长最快的市场。日本市场的异军突起事出有因福岛核泄漏发生后日本国内反对核电站的呼声，加上2012年7月开始实施的新能源补贴法案可再生能源法，为日本太阳能光伏产品市场迅猛增长提供了良好契机。但由于夏普、三菱等大企业基本垄断了日本国内光伏市场，日本国民对外国产品又比较挑剔，中国光伏企业开辟日本市场并非易事。3. 我国光伏产业陷入产能过剩困境的原因1) 国内市场未全面启动目前，我国光伏产业产能过剩的直接诱因是国内市场需求过小，国外光伏市场尤其是欧洲市场的发展对我国光伏产业有重大影响。我国光伏应用市场发展缓慢，并远远落后于我国光伏产业的发展。以2011年为例，我国当年太阳能电池产量为13吉瓦，而新增的光伏发电装机容量仅约2.2吉瓦，超过80%的太阳能电池要出口到欧洲、美国、日本等其他应用国家，对国外市场依赖性过大使得光伏产业缺乏稳定的市场基础，容易受到国际市场波动影响，产业发展具有较大脆弱性。a) 应用成本偏高使得市场竞争力有限经济性是产品是否被市场接受的最重要因素，从现阶段的各种发电成本来看，光伏发电成本仅低于生物质能发电成本，高于新能源中的风能与核能，约为传统的化石能源发电成本的24倍。此外，火力发电的年运行时间可高达5000小时，风力发电也可达到2000小时，而光伏发电平均却只有1300小时。即使光伏发电的上网电价达到1元/千瓦时左右，也远高于火力发电与风力发电的上网电价，上网电价问题成为制约集中式光伏电站发展的重要因素。对于分布式电站来说，由于就地发电就地使用，因而上网电价不是突出问题，其面临的是初期投入较高的问题。以每天有效光照时间在34小时的光照三类地区为例，若安装一个2千瓦光伏电站，补贴后的费用约为1 万元，每天发电68千瓦时，按现行居民用电价格计算，7年时间收回成本。而光伏系统寿命一般在20 年以上，理论上家庭安装光伏电站是划算的。但是1 万元的初期投入对于大多数家庭来说，仍是一笔不小的开支。并且，居民用电的高峰在夜间，而光伏发电是在白天，在不能并网的情况下，用户还需要购买储电设备(目前的价格非常高)，否则只能浪费大部分电量。此外，电站能否安全有效运行20年，期间会不会产生其他费用，消费者仍存在很大顾虑。b) 产业补贴政策效果欠佳我国光伏产业政策可分为财政政策、税收政策与其他政策三大类。其中，财政政策包括“太阳能屋顶计划”、“金太阳示范工程”、上网电价补贴政策与地方政府财政政策支持等方面，税收政策包含所得税优惠、关税优惠与增值税优惠等，其他政策则指土地、设备、资金方面的要素支持类政策及政府采购政策、价格补贴政策等。这些产业政策在支撑我国光伏产业飞速发展的同时，也存在诸多不足之处，在一定程度上阻碍了我国国内光伏市场的扩张与发展。第一，现有产业政策造成光伏产业链发展不均衡。现有的光伏产业政策对产业链中制造环节的激励作用较大，致使该环节发展速度很快。这一结果导致中国光伏产业制造环节产能巨大，消费侧则需求不足，大部分光伏产品需要依赖国际市场来进行消化。第二，现有政策对光伏产业技术研发的支持明显不足，只有少量针对技术研发阶段的条款。当前，中国太阳能光伏产业大体处于产业链的低端环节，要想得到进一步发展，取得经济成本上的优势，必须要加紧光伏产业的技术研发并积极推动产业化进程。第三，现有政策缺乏关于光伏技术人才培养等方面的内容。2) 地方政府投资冲动在我国现行体制下，各级地方政府对企业的投资决策会产生重要影响，而地方政府对新能源产业趋之若鹜的根本原因则是追求GDP所带来的地方政府政绩。为了在任期内创造更多的产值，地方政府的决策往往具有短期性，热衷于见效快的所谓的政绩工程。光伏产业因其用人多、投入大，一方面可以创造GDP、带动就业，另一方面其更是与清洁能源、高新技术密切关联，符合我国经济发展方式转型的政策要求，因而备受地方政府青睐。在2010年10月国务院发布关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定后，全国31个省(市、自治区)均把新能源的代表光伏产业和风电产业列为优先扶持发展产业，全国600个城市中有300个选择发展太阳能光伏产业，其中100多个建设了光伏产业基地。这其中，有个别城市确实具有一定资源优势，但更多城市并无明显优势，甚至其现有技术水平和发展能力远达不到产业需求，但短期内也能靠投资增量带动GDP和就业增加。另外，由于地方政府纷纷将光伏产业作为重点扶持对象，为其提供各种优惠政策，因此企业对于进入门槛很低、有钱就能建生产线的中游加工制造环节趋之若鹜。据中国新能源商会提供的数据，2011年我国光伏产能已达到30吉瓦，但同期全球市场需求却只有27.6吉瓦，国内光伏产能已经大大超过全球市场需求。因此，地方政府基于GDP驱动的投资冲动，是造成我国光伏产业陷入产能过剩困境的根本原因。三、 光伏产业发展前景1. 阶段发展情况总结自2011年下半年起，由于国内产能过剩、欧洲市场需求下降与贸易壁垒等多重因素叠加，用进入“寒冬”来形容我国光伏行业毫不为过。期间最有代表性的事件即是在2013年3月，全球最大太阳能电池板生产商尚德电力宣布其在中国的主要子公司破产。无锡尚德的破产进一步暴露出全球太阳能行业的糟糕境遇。在此之前，西方太阳能行业发生一连串倒闭事件，包括德国的Q-Cells和美国Solyndra的破产事件。一连串企业倒闭尤其是大型企业倒闭，可以理解为行业见底的重要标志。遭受欧美“双反”(反倾销和反补贴)与国内产能严重过剩双重考验的中国光伏产业，2015年下半年出口形势不容乐观。2. 远期发展前景预测1) 分布式光伏迎来新转折政策是光伏革命的重要推动力，光伏产业获国家大力扶持。在国家能源局下发的2015年光伏发电建设实施方案中，提出全年新增光伏建设目标为17.8吉瓦，屋顶分布式光伏发电及全部自发自用地面分布式光伏发电项目将不限制建设规模。2) 光伏发电等可再生能源产业的长期发展态势良好为了应对能源安全和气候变化问题，人类不得不越来越依赖新能源，新能源产业及其关联产业的长期发展趋势良好。太阳能光伏发电是最具发展前景的新能源发电技术，今后几十年会不断地发展壮大，并最终成为人类能源的主体。3) 产能过剩是相对的，国内市场潜力巨大产能过剩是个产业链问题，是设备制造环节过剩。与发达国家相比，我国新能源上网发电的比例较低，除了技术水平因素外，风电和太阳能发电并网消纳不足更多是体制原因，是体制性过剩。在新能源领域，中国无疑具有优势。最大的优势在于广阔的市场，我国正处于工业化、城市化进程中，能源需求增量大，而新能源在能源结构中比例微小。只要有一个良好的环境，市场潜力将为企业投资提供足够的激励，广阔的市场还会鼓励在新能源技术方面的投资和创新，过剩的产能很快将会得到消化。4) 国内光伏企业的低成本优势长期存在产能规模的快速扩大并不意味着政府给予非法补贴，中国光伏产品的低成本优势也不一定就是倾销，中国光伏制造企业的成本优势并非来自于政府补贴和低价倾销。据测算，中国的光伏产品大约有18%-30%的成本优势。根据美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究，18%-20%的成本优势来自规模优势和垂直一体化。规模和一体化使得中国生产商的成本下降了10%，设备购买成本也下降了50%。中国的劳动力成本更低，虽然劳动力成本仅占光伏组件总成本的5%-10%。3. 发展前景小结能源和环境问题日益严重，可再生能源的发展已经成为各国研究对象，发展光伏发电势在必行。光伏目前处于发展的早期阶段，这预示着巨大的潜力，其稳定的高增长率将保持到2030年乃至更远。光伏发电前景广阔，给光伏技术进步和产业发展创造了巨大空间。但目前光伏发展还面临许多挑战。必须面对挑战，努力创新，发展我国光伏产业。四、 高速公路光伏产业发展在2014年3月的全国两会上，刘汉元先生（全国政协委员、通威集团董事局主席）提出了结合国内现有高速公路网资源状况，参考国外已有的经验和做法，充分利用国内存量高速网，将其作为太阳能光伏发电的新型、有效载体，实现光伏发电、交通运输、节能减排、安全行驶、道路养护、耕地保护六者的高效整合与最佳统一的方案。刘委员提出的建议就是建设 “太阳能高速公路”。1. 太阳能高速公路的含义1) 定义太阳能高速公路是指利用高速公路的路面、沿线设施以及周边的环境实现太阳能光伏发电，并为公路设施本身和沿线居民供电。2) 理论构想太阳能高速公路的理论构想是将太阳能电池阵列埋入高速公路的路面内，并寻找新型的光学材料来铺设高速公路的路面。这种新型的路面材料（如透明陶瓷和聚光透镜等），它既要符合高速公路的行车要求，又要满足对太阳光的透射和聚焦作用，使得铺设在其下面的太阳能光伏阵列能接收到太阳光的辐射。也就是说中间层和最上面层两者的共同作用应达到高速公路的设计标准，从而确保高速公路的行车安全。2. 我国太阳能资源简述太阳能是一种取之不尽，用之不竭的绿色资源。据计算，每秒钟太阳辐射抵达地球表面的能量高达8.01013千瓦，相当于550万吨的标煤燃烧产生的能量。我国陆地表面每年接收的太阳能就相当于1700亿吨标准煤。我国的太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上地区，年日照时数在2000小时以上。但由于太阳能十分分散，能流密度较低。因此，到达地面的太阳能每平方米只有1000瓦左右。3. 国外发展动态1) 美国2006年至今，爱达荷州的科学家夫妇斯科特布鲁索（Scott Brushaw）和朱莉（Julie）首先提出并成功研发了高硬度、具有浮凸结构的玻璃做太阳能电池板的路面。 图 2：超韧玻璃的六边形太阳能板图a) 设计特点除了基座，太阳能电池面板由三层组成。第一层是含有太阳能电池板、LED灯和供暖系统的硬玻璃层。这种半透明、高强度、防水的公路表面层,能够提供足够大的坚硬度、粗縫度和摩擦力，并且可以让阳光照射在太阳能电池板上。第二层是一个带有微控制器的电子元件层，可以激活LED灯，具有控制照明、通信和监测功能。上面的电路可感知荷载控制加热单元，让汽车在冰雪天气也能正常行驶。第三层是防水的底盘层，除了保护上层电子元件干燥，还负责分配收集到的能量及数据信号。多块太阳能公路面板相互连接变成一条智能太阳能公路，形成一个智能的分布式电网。b) 优缺点i. 节省资源消耗，保护环境一段1千米的四车道高速公路的发电量可供300个家庭使用，如果美国的公路都能变成太阳能高速公路，即使太阳能电池的效率只有10%，这些太阳能高速公路的发电能相当于美国年耗电量的3倍，此外还能节省2倍的石油用量。ii. 公路内装的传感器可以用来监控交通流量。iii. 加热器（电热丝）可防止寒冬时节冰雪在道路的滞留，有效防止路面结冰或积雪。iv. 道路板内嵌LED灯，在阴天或夜晚点亮变换成行车路线或各种道路指示标志。v. 电动汽车可直接在公路上充电，有效解决电动汽车的续航问题。工程投入太大，成本太高。2) 意大利卡塔尼亚萨18高速公路是西西里岛600公里高速公路网络中新增的一段30公里的公路，是一段完全由太阳能作为动力的高速公路，而且是世界上第一条太阳能高速公路。整段公路所需电力将百分之百地由沿路安装的8万个光伏太阳能板提供，包括路面照明、隧道通风、道路指示牌、紧急电话等80万套设施。整个太阳能电板的供电面积超过20公顷，预计总成本超过6000万欧元，每年的太阳能发电量预计为1200万千瓦时，这相当于每年节约3.1万吨石油，减少1万吨二氧化碳排放。2011年，在西西里岛地区，墨西拿-巴勒莫20高速公路沿线安装了总计36.8万瓦的太阳能电板,并已经能够为183公里长的沿线建筑提供电力。在意大利北部,波尔扎诺22高速公路(途径阿尔卑斯山脉延伸至 地利)沿线的一个居民区安装了防噪声隔离带。这一长达1公里的防噪声隔离带是由太阳能板制成的,每年能发电68万千瓦时,足以满足当地20%的用电需求。3) 荷兰荷兰尝试在普通道路上铺设太阳能电池板。荷兰应用科学院成立了“太阳能之路”项目组，研发了一种新型的太阳能电池系统，通过一个聚光装置将道路表面吸收的太阳光汇聚到一个小型的高效太阳能电池上。他们的太阳能装置，在阿姆斯特朗附近的一个小镇上进行试验行的道路铺设。世界上首个太阳能自行车道位于阿姆斯特丹的北部郊区克罗默尼小镇，这段自行车道仅长70米，采用3.5x2.5米规格的混凝土板，上面嵌有晶体硅太阳能电池，表面则覆盖一层厚1cm的半透明钢化玻璃。据他们称，这种路面足以承受一辆卡车的重量。而且这条70米长的车道能提供路灯照明及三户家庭的用电。这条太阳能自行车道目前的造价是150万欧元，并计划在2016年拓展至100米，而那时的造价将会超过300万欧元。 图 3：太阳能自行车道图4) 英国世界上第一个全国性高速公路电动汽车充电站网络，2011年9月在英国投入使用。这种免费使用的太阳能充电站已经现身12个高速路服务区，并还将有18个服务区的免费充电站投入使用。这一举措意味着电动汽车将第一次能够行驶到英国的任何地方。充电站网络由Ecotricity环境能源公司负责建设，公司创始人表示：“统计数据显示电动车在城镇行驶时并不需要中途充电，真正需要充电的是城市间的高速公路”。 图 4：英国高速公路充电站示意图 图 5：澳大利亚太阳能板隔音墙示意图5) 澳大利亚澳大利亚永续能源公司Going Solar将太阳能板融入高速公路的隔音墙上。Going Solar的第一个高速公路工程是在Tullamarine Calder高速公路上实施的，这段太阳能隔音墙长达500公尺。这套太阳能系统平均每年可输出18.7兆瓦时的电力，为高速公路提供10%的照明电力，并可减少26吨的二氧化碳废气排放量。其太阳能板来自德国的Going Solar公司，由其负责安装。因为这段高速公路就位于住宅区附近，因此所产生的电力可以毫不费工夫地供应给附近的住家使用。6) 德国2010年11月16日报导，德国阿沙芬堡高速公路上架起太阳能发电板，有效利用了闲置空间，这是德国最重要的太阳能发电项目。德国一条高速公路隧道里安装了16000块太阳能板，将提供2.8兆瓦的电量。这项计划花费1100万欧元投资，需要16年才能收回投资。7) 瑞士1989年，瑞士建成了第一个太阳能声屏障系统，在保证降噪效果的同时，还可以利用太阳能发电。现在，德国、英国、法国、意大利等国家都开始试用太阳能声屏障。8) 比利时欧洲Enfinity公司在比利时四号高速公路(HSL4)旁的铁路隧道上，安装了长达达2.1哩(约3.6公里)的太阳能光伏发电系统。该系统使用了16000片太阳能板，总面积为50,000平方米(约8个足球场大小)，总造价为2100万美元。太阳能产生的电力使用在一些铁路基础设施上，包含照明、取暖、以及供给邻近安特卫普中央火车站的一半用电。一年的发电量为3300兆瓦时，约提供1000个家庭使用，一年可减少2400吨的二氧化碳排放。9) 日本福崎町光伏电站位于兵库县神崎郡福崎町，采用桩基固定了架台。光伏逆变器（PCS）采用500千瓦机型与高压输电线并网。在下行方向朝南约5800的路基坡面上，铺设约2000张松下制造的太阳能电池板。 图 6：路基光伏产业产业布局图4. 国内发展动态在我国有些地区的的高速公路上，已经应用太阳能电源为监控系统的一些外场设备供电。开始供电的对象仅是一些小功耗的设备，如全程监控系统中的摄像机、微波检测器等。从2014年开始，在京港澳高速公路改扩建工程中的石安区段的新建路段邯郸东南环(38公里)上，所有的外场机电设备全部采用太阳能来供电，以实现主线“去电缆化”，真正实现部、省交通部门提出的“国内领先，国际一流”的科技示范路的创新目标。从总体上考虑，国内还没有一个部门或单位提出过实现太阳能高速公路的设想和规划，更不可能进行某些研究、探索和试点。尽管如此，已经有一些地方的高速公路利用服务区、收费站、隧道、声屏障等沿线设施建立太阳能光伏发电系统，服务于设施内部的供电、照明、取暖，并取得了明显的经济效益和节能、环保效果。太阳能的最大的优点之一是它几乎可以在任何地方不限规模的使用。由于高速公路两侧的隔音板没有充分利用起来，加上道路声屏障具有较大朝阳空间的特点。因此，高速公路声屏障加装光伏组件无疑是上佳选择。1) 河南省（服务区供电）2011年9月,京港澳高速公路安阳服务区建成了60千瓦（Wp）的太阳能光伏电站，进行并网发电。该电站是全国首座太阳能光伏电站,每年发电量为85850千瓦时，可节约标准煤780吨，预计可稳定运行25年。2) 陕西省（隧道供电）2014年1月,位于“十天高速”陕西段西乡县茶条岭的高速公路110千瓦光伏电站项目完成接网交工验收。该项目采用用户侧并网发电模式，预计年发电量为15.04万千瓦时，所发电主要用于茶条岭隧道内的灯光照明、动力服务，成为隧道供电重要组成部分，每年可节省费用15万元。电站运营25年可节约标准煤1466吨，二氧化碳减排3749吨，二氧化硫减排113吨。3) 四川省（加油站供电）据2012年5月报道,，这是四川省内首个利用太阳能光伏发电系统的高速公路服务区加油站。该项目位于攀西高速新九段附近的攀枝花服务区内，由164块太阳能光伏电池板组成30千瓦光伏发电系统。项目主要由20千瓦的微网固定系统和10千瓦的微网跟踪系统组成，总投资135万元，总装机容量30千瓦，预计日用负荷可达15千瓦至20千瓦，全部供给高速公路攀枝花服务区加油站的生产和照明使用。4) 福建省在永武高速公路一期路段上，建设了金鸡岭隧道太阳能发电系统和闽粤主线站太阳能发电系统。5) 山东省随着我国高速公路里程的不断增加，对高速公路机电项目的要求也越来越高，全国很多高速公路都相继设置了全程监控系统，实现交通事件、事故自动检测报警和24小时录像。在这些监视系统中，沿线都是采用较传统的直埋电缆的供电方式来支持监视设备的运转。2005年11月，河南连霍高速公路郑州至洛阳段全程监控系统外场摄像机首次全部采用光伏发电系统进行供电。2007年11月，济南至菏泽高速公路监控系统太阳能供电的使用开创了山东省大规模使用太阳能电力实时路况监控的先河。这种供电方式的主要特点就是能源全部来自太阳能，无需传统繁杂的布线，并且系统无污染、维护简便、使用寿命长、能源丰富。6) 其他应用a) 太阳能LED路灯地处偏远的高速公路架设普通市电不方便，可架设太阳能路灯以保障驾驶人员安全。太阳能LED路灯安全方便，无停电限电顾虑，使用寿命长，更换率低。. 图 7：高速公路太阳能LED路灯图b) 收费站太阳能顶棚我国约有8万公里的高速公路，各地分布着数量众多的收费站，拥有收费系统、收费栏杆等许多耗电量大的设备。而且，高速公路收费站顶棚面积巨大，为发展太阳能提供了有利条件，市场前景广阔。 图 8：可旋转高速公路收费站太阳能顶棚结构示意图 图 9：可旋转高速公路收费站太阳能顶棚布置图5. 造价和效益1) 造价由于国内外已经建成的太阳能高速公路很少，很多国家尚处于摸索和试验阶段，因此，确切的造价估算很困难。本文仅搜集到国外一些零碎的数据，仅供参考。布鲁索夫妇认为,太阳能公路的成本约是传统公路造价的3倍，美国绿色能源公司已经开发了“微型的太阳能高速公路”，一块3.7米3.7米见方的太阳能电池板,每天可发电7.610-3度，成本为6900美元。为此美国能源局已经给负责该项目研制的太阳能公路公司（Solar Roadways）拨款，以期大幅度降低生产成本，让太阳能高速公路变为现实，早日投入使用。比利时一条3.6公里的太阳能高速公路，太阳能板的总面积为50000平方米，年发电量为330万千瓦，总造价为2100万美元。意大利建造的全长30公里的太阳能高速公路，太阳能板的总面积为20万平方米，总造价为6000万欧元，平均每公里造价为200万欧元（折合人民币1400万元），每平方米造价为300欧元（折合人民币2100元）。荷兰的世界第一条太阳能自行车道，全长70米，造价是150万欧元。总结以上数据，国外的试验性太阳能高速公路的路面造价约为每平米500美元。按此推算，每公里车道的造价为175万美元，四车道太阳能高速公路每公里的造价为700万美元，按照当前的换算率，约为4400万人民币。根据刘汉元委员的估算，按照国内当前的建设水平，每公里车道的光伏电站建设的成本可控制在230万元左右。2) 效益a) 国外美国一段