母传伟 张利军 赵 虎

1.中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司

2.哈尔滨市第二建筑工程公司

3.河北省秦皇岛市海港区区委

1 现状物流运输对高速公路电气化的迫切需要

近年来，国内高速公路发展迅猛，国家高速公路网由7条首都放射线、11条北南纵线、18条东西横线以及地区环线、并行线、联络线等组成，总计约11. 8万km；除此之外，交通运输部发布《国家公路网规划（2013年—2030年）》还提出了远期展望线计划1. 8万km，主要发展西部地区，总规模约40万km。也就是说，到2030年，我国将基本实现首都辐射省会、省际多路连通、地市高速通达、县县国道覆盖的目标。高速公路物流运输相对于铁路、水运和空运来说有更突出的优点——方便快捷灵活，物流成本较低。目前的高速公路运输是通过燃油发动机为动力的大型运输汽车来完成，大量的物流运量带来尾气排放量大、能源消耗高、运输费用高等一系列问题，给大气环境带来巨大污染。传统汽车尾气排放已经成为大气环境主要污染源之一，公众对环境保护的呼声日益高涨。

石油为地球稀缺资源，目前世界石油短缺问题已经十分严重，而且世界原油储量也越来越少，价格越来越高，建设电气化高速公路是将来的运输问题的必然趋势，既减少了汽车对石油资源的依赖，又减轻了大气污染，是未来理想的运输方式。从宏观经济分析，公路运输是目前石油资源的最大消耗用项，也是二氧化碳最大排放项。

根据中国汽车工业协会统计，我国目前每年公路上在运行的大卡车和大客车总量约为220万辆，每年要消耗石油约9850万t，按目前平均油价7600元/t计算，全国公路运输中的大卡车和大客车每年消耗的石油总成本约为7182亿元。目前汽车技术水平分析，内燃机实际每产生1kW功率的平均油耗210g，按每7.6元/kg的油价计算，内燃机每产生1kW功率的成本约为1.6元，而每消耗1kW电力的峰谷平均价约为0.8元，加上内燃机润滑和维修成本高，采用电力驱动交流无轨电车运行费用仅是用油汽车成本的45%。如果全国20%大卡车和大客车采用电力驱动行驶，每年全国将减少1890万t石油量消耗，全国每年的运输能源总成本将下降760亿元，如果将这节省的钱用于建设公路上的交流滑触网电车供电系统，每年可建76000km电车线路，由此可见，电气化高速公路建设是一项具有经济效益、社会效益、环境效益的利国利民的好事。

2 高速公路电气化解决方案

2.1 高速公路电气化供电牵引网

对高速公路进行电气化改造，在高速公路加装供电牵引网，移植城市无轨电车供电方式，沿高速公路架设输电线路。在高速公路路肩和中央分隔带间隔一定距离架设供电架线杆，在杆上固定绝缘悬吊线，在行车道上方悬吊架设动力输电线，与系统牵引网作变送联网。在车上有一带电刷的活动的支架，汽车的电动发动机由牵引网供电驱动，从高速公路出入口到高速公路的连接线上架设有交流或直流输电线，这些输电线与高速公路的输电线相连。

电气化高速公路牵引网主要包括供电系统和接触网两部分，其中供电系统包括回流导线以及牵引变电所至接触网的馈电线。接触网部分包括接触网悬挂装置、支撑装置、定位装置，在两对应的架线杆上端设横跨，在横跨下面配上下定位索，在每车道上方沿道路方向架设一根承拉线，承拉线悬挂在横跨上，在每根承拉线下面通过悬吊一根接触线，接触线通过定位索固定在相应的车道上；在每锚段两段的线索下设补偿装置。两接触线间设隔离线，牵引网稳定、安全，能动态地实现汽车的变道。

2.2 电动汽车集电装置

电动汽车在电气化高速公路上行驶，通过可伸缩的集电弓从高架接触网上获取电力。电动汽车集电弓可分为单臂弓和双臂弓，均由集电滑板、框架、臂杆、底架、弹簧、气缸、支撑绝缘子等组成。

集电弓是靠集电滑板在上部接触线上摩擦接触而受电，由于接触线和集电滑板之间有振动等因素造成导致接触不平顺，在高速摩擦接触中会产生电弧放电现象，电弧放电会危害车上电气设备、集电滑板和接触线。在电气化高速公路实施过程中，要改进集电滑板材料，增加其耐磨耗能力；实现软接触，减少滑板和接触线间的接触压力，可以减少两者之间的磨耗，延长集电滑板和接触线的寿命。碳素复合材料将是改进集电滑板材料的一个发展方向，新型碳素材料做成的滑板在润滑性能、导电性能、抗摩擦损性能和实现软接触方面更具优势，可以降低离线率，减少电弧放电现象，有效改善集电弓的集电性能。

在借鉴电气化铁路电力机车配电线集电弓架和城市无轨电车配电线集电弓架的配置方式的基础上加以改进，在前后单相双线正负受流块之间隔设绝缘连接块，在前后正负受流块底部与集电弓起落架的托架之间设置绝缘垫，在前、后正负受流块之间连接电缆线引伸入双动力汽车内作为汽车电动力电源线，适应汽车在高速公路上车速、路况、变道超车的行驶需要，保证车辆运行正常、可靠和安全。

2.3 对汽车动力装置的革新

现在靠车载电池驱动的电动汽车动力装置存在问题很多：充电时间长、车载电池寿命短、控制线路性能差、车辆制造成本高等技术难题，因此发展电动汽车要多措并举，路与车统筹考虑。汽车与公路是国民经济的支柱性产业，以电力驱动为主，电池辅助驱动，发展“电气化高速公路”和电动汽车两大产业，形成新的经济增长点。用电力作为电动汽车的直接能源，可大大降低车辆的制造成本与客、货运输成本，这是由电机的效率和油电价格之比决定的。电池驱动汽车也是间接的电力驱动，电力直接驱动省去了中间的电能转换效率问题，较电池驱动汽车的性能更稳定，并且能实现大吨位运输车辆的制造，便于对电能提供的综合治理。电气化公路是新能源与电动汽车简单、直接、有效的对接平台。

行驶在高速公路上的汽车发动机改装成混合动力装置，由电动机和燃油发动机共同驱动汽车，电动机作为主动力源，燃油发动机为辅助动力源，电动机的供电电源来自沿路架设的牵引网和车载蓄电池。电动机和燃油发动机可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速或爬坡时，电动机和燃油发动机能够同时向传动机构提供动力，当汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠电动机维持该速度。

采用混合动力后可按平均需用的功率来确定电动机的最大功率，此时处于纯电力驱动、尾气零排放的工况下工作。当汽车启动或爬坡而功率不足时，由燃油发动机来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电。汽车配备车载蓄电池，可以十分方便地回收制动、下坡、怠速的能量。当汽车变道或其他情况下不能由牵引网供电时，由车载蓄电池驱动，可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。

3 发展展望

随着太阳能技术的发展，将来可以利用公路路面板作为太阳能板接收太阳能发电，沿路面横向铺设集电线路，在中央分隔带铺设纵向集电线路和整流、调压装置，直接输送至沿路牵引网向沿路行驶的汽车供电。

截止到2013年中，我国全国高速公路总长度超过十万公里，成为拥有高速公路最多的国家，按照平均路面宽度10m计算，高速公路路面总面积超过十亿m2，高速公路路面上部没有遮挡，阳光照射面积率大，如果把路面兼用作太阳能板，可以收集巨大的太阳能资源，实现清洁能源的高效利用。

4 结语

发展电气化高速公路最有利于降低能源消耗和保护大气质量，是公认的绿色交通方式，是针对世界性的原油危机和开发利用新能源、提倡节能环保的潮流需要，提出的一种取长补短，既能发挥公路运输中所体现出的快捷、方便、灵活、随意等诸多优点、又能开辟利用廉价广泛的电能来替代燃油的一种构想。发展电气化高速公路可以综合实现经济效益、社会效益、环境效益，降低能耗，降低物流成本，减少尾气排放，降低环境污染，节约社会资源，有利于建设和谐交通体系，维持社会可持续发展。