光伏铁路：前景可期，存在成本瓶颈

■我们的记者龚晓利

2017年底，一条1000米长的神奇高速公路曾经炸毁了济南市民的朋友圈，因为世界上第一条高速公路光伏测试路段正式在济南通车。

现在，光伏发电应用的另一个大胆尝试——铁路光伏正在英国实施。英国可再生能源投资公司班克塞特能源公司提出了一项雄心勃勃的光伏铁路计划。他们将在世界各地的铁路枕木上安装一个全球升温潜能值的太阳能光伏发电系统。

2018年6月，在德国1000公里的铁路上安装200兆瓦光伏系统的工作已经开始。该项目将于2019年完成，并于2022年扩展至10，000公里。未来，它还将用于法国、美国、中国和意大利的铁路轨道。

在长铁路上铺设光伏既不会占用土地，也不会延误火车的运行。可以说，它可以用于两个目的，“鱼和熊掌”。然而，“光伏铁路”仍然给光伏从业者留下了一系列问题:光伏电池板如何集成到铁路轨道中？如何解决发电和成本问题？

前景看好。

在列车快速运行过程中，会产生很大的压力和冲击力。这种光伏铁轨经得起考验吗？

班克塞特能源公司总裁帕特里克·布里告诉媒体，“我们使用专利技术，硅树脂和铝太阳能板来夹紧现有的铁路枕木。这项技术已经在混凝土、木材、钢材和其他材料上进行了测试，并经受住了时间的考验。”他说，“这项技术不影响基础设施，因此避免了更换现有轨枕的成本。”

帕特里克·布里认为，精心设计的太阳能电池板可以承受各种压力，比如火车本身、冰雹、岩石等。无论是在高速线路上，还是在中速二次线路上，慢速轨道上，停车轨道上，都没有压力。

关于这个系统，布里说太阳能电池在美国制造，在欧洲的两个制造中心组装。它在亚洲也有一个制造中心——中国。据说，班克塞特仍在与一些轨枕制造商讨论开发这项技术，并根据所有现有轨枕调整其产品。

"铁路光伏发展前景广阔，值得一试."中国能源研究会能源互联网特别委员会副秘书长何吉江告诉《中国科学新闻》，铺设在铁路枕木上的光伏发电的第一个问题是抗震。“这也不复杂。某些类型的组件具有非常好的抗震性能。例如，铜铟镓硒(CIGS)的薄膜光伏几乎没有影响。”

“如果用普通的晶体硅作为组件，用硅胶保护组件，抗震性能也很好。这些问题应该得到解决。”何吉强说道。

光伏铁路的另一个问题在于铁路线路长，单个光伏板面积小，以及电网连接消耗大。光伏电站的输出功率需要考虑很多因素，如温度、灰尘和污染、屏蔽、元件取向和倾角、逆变器效率、电缆损耗等。铁路光伏也是如此。“当接入电网时，并网系统仍然需要一些创新。如果是直接向机车提供牵引动力，也需要一些技术保证。”何吉强说道。

成本是另一个面临的难题，“枕木是非常窄的条，光伏板铺设，电力储存。将线路连接到电网的步骤将会很复杂，需要付出一些努力来降低成本。”何吉强说道。

着陆仍然很困难。

何吉江认为，如果用光伏发电覆盖枕木，我国10多万公里的铁路里程每年将产生几十亿瓦的电力。如果要进行试点，可以尝试北京至广州或上海的繁忙铁路线或北京至*的路线。“铁路的繁忙路段消耗大量电力，西北地区照明充足。光伏枕木所产生的电力可以被铁路沿线的电力系统完全吸收，而且各有优势。”

"事实上，铁路光伏能否普及并不取决于光伏企业，而是取决于铁路公司."何吉江坦言，两年前他已经和中铁三局相关负责人讨论过这个问题，铁路部门的积极性不高。"他们认为在铁路上推广光伏发电可能存在安全隐患。"

“因为中国的铁路运营基本上是由铁路公司负责的，具体来说就是铺设光伏轨枕，铁路公司的资产管理部门”原则上对与光伏相结合的现有铁路资产的再利用感兴趣，但是考虑到可能的风险，它们很难做出实质性的推广。基层铁路局不可能在涉及铁路系统安全的关键领域做出独立决定。”何吉强说道。济南的光伏公路之所以能够投入试运行，是因为不同的路段属于不同的公路公司，而且总会有公司想探索新技术。

“光伏铁路的技术和应用前景可以讨论，但要大规模推广应用还有很长的路要走。”国家发改委国际合作中心国家能源研究所前执行主任、北方天然气研究所副所长白军告诉《中国科学》。为了将产生的电力输送到架空线为火车提供动力，有必要提高电压。光伏电源和稳定性有问题。由于铁路对供电可靠性的要求很高，而轨枕面积又太小，如何与其他电源匹配并不容易一一安装。“即使技术问题能够得到解决，与屋顶、墙壁、地板和道路等受光面积较大的传统应用场景相比，光伏铁路也没有优势。”

成本瓶颈

随着绿色能源的发展和环保趋势的蔓延，可再生能源与大众交通的结合越来越普遍，而光伏铁路只是众多场景中的一个。2016年7月，中国内蒙古呼和浩特铁路局完成了中国首个铁路系统光伏发电示范项目。光伏发电铺设在呼和浩特沙梁物流园区的屋顶，容量为2.4兆瓦。发电主要用于铁路运输和生产。

光伏在道路上的另一个可安装位置是隔音墙或防护栅栏。英利集团于2012年自主开发建设的中国首个光伏隔声墙正式具备并网发电条件，并已申请国家实用新型专利。

然而，何继强告诉记者:“在隔音墙上推广光伏发电的成本相对较高，而且不划算。”如果进行大规模建设，成本仍可能大幅下降。

光伏发电在交通领域也有很好的应用前景。美国企业家埃隆·马斯克提出的超高速铁路将通过管道运输。光伏安装在管道上方，光伏的直流电与储能耦合驱动超级铁路磁悬浮动力系统。

在这个计划中，所有未来的超级铁路都将依靠光伏发电。"就技术着陆而言，他的论点基本上是可行的."何吉江表示，在铁路上方的屋顶安装光伏发电具有受光面积大、发电量大、挡雨雪等优点，从而提高了铁路运营的安全性。此外，铁路的高度有限，高度有限的问题不必担心。"但缺点仍然是成本太高."何吉强说道。在火车站的火车停车场建设大型光伏大棚是一个相对容易实现的铁路光伏场景。单个项目的规模相对较大，并网和住宿不成问题，价格也容易控制。最大的困难是如何有效控制施工过程对列车安全的影响。

在上述情况下，成本不仅是光伏应用的瓶颈。国家发改委、财政部和国家能源局发布的《关于2018年光伏发电相关问题的通知》(以下简称“五一新政”)要求光伏产业加快平价上网的步伐，这也使得一些企业因市场原因无暇研发。然而，从总体趋势来看，为了在平价时代创造更好的项目回报率，激发下游投资热情，越来越多的光伏产业上下游企业正通过“提高效率”而非简单的“降低成本”来积极实现目标。

“5月31日新政”标志着光伏产业巨额利润时代的结束。东方旭日和旭日总经理田军告诉《中国科学报》，“5·31新政”出台后，整个光伏产业呈现出四个特点:去暴利和泡沫挤压；行业增长速度和安装速度放缓；行业洗牌已经开始，未来2-3年，市场可能被3-5家企业垄断。光伏已经进入了一个技术和产品的时代。

“我们正在光伏行业实施两步走战略，”田军说。“一方面，我们正在大力发展用户；另一方面，联合经销商和金融机构做分布式业务，未来的蓝海市场仍然存在。”

《中国科学新闻》(2018-11-08第5版《技术与经济周刊》)