山西省高速公路推廣路域光伏產業的路徑研究

韓 偉

（山西交通科學研究院集團有限公司，山西太原 030006）

0 引言

高速公路作為連通區域間的高效運輸通道，關系著國民經濟和社會發展命脈，高速公路沿線多穿越人口稀疏地區，路域內有大量土地閑置，路域產業開發大有文章可做，而在山西省已建成的高速公路網絡延伸范圍內，絕大部分的土地日照充盈，光能資源分布總體平均，是天然的光伏發電場。目前，光伏轉換是利用太陽能最高效、最安全的方式，其發電原理是利用硅材料的光生伏特效應，光伏產業上下游鏈條較長，涵蓋硅材料加工生產、電池生產、組件生產、配套設備生產等多個環節。高速公路的路域資源優勢和光伏產業的技術優勢為二者的融合發展創造了條件，在包括高速公路邊坡、服務區、隧道出入口等路域范圍內合理布設光伏發電組件，不僅盤活了高速公路閑置路域資源，而且能夠承擔部分高速公路運營用電負荷，提升高速公路運營過程中的清潔能源消耗比重，在不影響高速公路安全運營的基礎上，實現了新能源與高速公路運營資源間的高效適配[1]。

1 國內高速公路路域光伏產業發展情況研究

“十四五”期間，我國光伏發電產業將按照“集中式與分布式壓茬推進，就地利用與外送消納兩措并舉”的發展模式，乘著光伏產業發展的東風，支持高速公路開展路域光伏產業開發的政策密集出臺，標志著高速公路路域光伏產業發展正式駛入“快車道”。

1.1 政策出臺情況

2020 年8 月，交通運輸部出臺《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》（以下簡稱“意見”），意見中明確提出“鼓勵在服務區、邊坡等公路沿線合理布局光伏發電設施，與市電等并網供電[2]”。該意見的提出，進一步細化了高速公路開展光伏產業的發展路徑和重點方向，為構建高速公路光伏產業體系奠定了基礎。2022 年8 月，為貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰碳中和的重大戰略決策，工信部等五部門聯合印發《加快電力裝備綠色低碳創新發展行動計劃》（以下簡稱“計劃”），計劃中明確提出要培育光伏應用新模式、新業態，推動光伏在高速公路服務區等交通領域的應用深度和廣度[3]。2022 年6 月，高速公路光伏產業的標準化發展迎來突破，由山東高速起草的《高速公路邊坡光伏發電工程技術規范》（DB37/T 4516—2022）正式發布，該規范是國內高速公路光伏發電領域的首部規范，此舉標志著國內高速公路光伏產業進入有序發展新階段。2022 年6 月，國家發展改革委員會和國家能源局聯合印發的《“十四五”可再生能源發展規劃》中明確提出要加快推進城鎮屋頂光伏行動，意味著分布式光伏發電模式將在城鎮中大面積推廣，“光伏電”走進千家萬戶將成為可能[4]。2022 年，由工業和信息化部、住房和城鄉建設部等五部門聯合印發的《智能光伏產業創新發展行動計劃（2021 年—2025 年）》正式發布，計劃中明確到2025 年光伏產業的智能化水平將顯著提升，此舉意味著光伏產業與互聯網、人工智能、物聯網等高技術的融合發展要求被提到前所未有的高度，光伏產業必將趁著高技術帶來的巨大推動力而快速迭代發展[5]。

1.2 工程應用情況

當前，國內高速公路光伏產業正處于蓬勃發展期。早在2016 年8 月，江西高速利用路域閑置土地資源，采用“優先自用，余量上網”的模式，投資8 億余元建成分布式光伏發電場，累計投運站點132 個，裝機容量超12.7 MW，年均發電量達1 600 萬kW·h[6]；2018 年5 月，山西路橋在國內率先啟動了高速公路光伏產業項目試驗，作為項目試驗的重要成果——和榆高速榆社東收費站光伏發電項目成功投運，作為全山西省開展高速公路光伏產業開發的“試金石”，該項目的成功投運，促進了全省高速公路收費站、服務區分布式光伏發展規劃的編制進程；2021 年11 月，山東高速在榮烏高速威海段首次成功開發了邊坡光伏發電試驗項目，試驗段總里程約2.3 km，總裝機容量達2.01 MW，年均發電量超過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段充分利用新線路基中央分隔帶、填方路基高邊坡側、隧道進出口等區域布置光伏設施，目前，該項目已成功并網發電；2022 年8 月，四川省攀大高速公路光伏發電項目投產，日均光伏發電量達1.2 萬kW·h，完全覆蓋了41 km 路段內的能耗需求，且剩余電量實現百分之百并網。

2 山西省高速公路推廣路域光伏產業的資源優勢

從光伏產業發展的基礎看，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厚的優勢，極具發展高速公路光伏產業的資源優勢。

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一直處于快速發展階段，尤其在進入21 世紀以后，省內高速公路建設取得了巨大成就。截至2020 年底，全山西省高速公路通車里程達5 745 km，遍布全省的高速公路網已將96%的縣（市、區）連通起來，規劃的“四縱十五橫”高速公路主體骨架到2025 年將基本形成[8]。依托以上先天優勢條件，山西省可憑借數量可觀的高速公路里程資源，在線路總體橋隧比高、服務區二次開發潛力大等諸多有利因素的加持下，完全能夠打破光伏產業發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、服務區及附屬設施打造成光伏發電場，最終構建出“高速公路+光伏”的綠色低碳新業態。

2.2 日照資源相對充盈

要發展高速公路光伏產業，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年統計數據為例，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；此外，反映不同地區光伏發電效率差異的利用小時數均值指標，山西省已達到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，山西省現有的綜合日照條件完全能夠支撐高速公路光伏產業的發展要求。

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高速公路路域光伏產業發展路徑研究

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能減排要求是山西省高速公路發展路域光伏產業的“基本盤”，基于以上省情，在山西省境內投資高速公路路域光伏產業需要綜合考慮資源、經濟、環境及不可控等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。其中日照資源是發展光伏產業的先天之本，水平面總輻照量和利用小時數均值是評估日照資源的兩大指標；土地資源則是開展光伏產業的重要載體，公路沿線邊坡的土質、加固形式、位置朝向及坡率均會對光伏板及組件的布置產生影響，此外，服務區內建筑及空置區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）經濟因素 經濟因素主要包括成本和收益兩方面。成本直接影響投資規模，路域光伏產業前期涉及大量的固定資產投資，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后，日常運營維護成本將攤薄產業的長期收益率；平均收益和回本周期是衡量路域光伏產業收益水平的重要指標，平均收益高則意味著該項目具有較高的投資價值，后續融資成本也將降低，有利于提振投資信心。近年來，隨著光伏技術和產業覆蓋率的不斷迭代和增長，光伏產業已從早期由國家及地方政府補貼的“哺乳期”逐步轉向市場化發展的“斷奶期”，這在一定程度也將延長路域光伏產業的回本周期。

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

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氣象條件對光伏面板造成的損壞，進而影響面板的光電轉換效率；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造成的人身意外及設備損毀風險。

3.2 考慮山西省情的投資決策體系構建

基于以上投資決策影響因素分析結果，可構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業投資決策體系

3.3 基于投資決策體系的幾種產業發展路徑分析

通過對高速公路路域光伏產業投資決策影響因素的分析研判，構建了相應的投資決策體系，從過程上和邏輯上厘清了影響路域光伏產業發展的關鍵因素?；谝陨戏治鼋Y果，本文擬以某幾項投資決策為依據，提出幾種切實可行的產業發展路徑。

a）以追求J21最低和J12最大限度開發的產業發展路徑。該種路徑的特點是能夠最大限度壓縮前期投入，降低項目的投運成本，通過對J21最大限度開發，獲取綜合成本最低的路域土地資源，除了對服務區、停車區等相對成熟區域的土地資源進行深度開發外，重點開發公路邊坡、隧道出入口、沿線中央分隔帶等大量未開發且開發成本較低的土地。

b）以追求J11最大限度利用和J31效益最大程度凸顯的產業發展路徑。該種路徑的特點是能夠最大程度利用山西省內日照資源的先天優勢，是典型的因地制宜發展模式，優先選擇省內日照資源最充盈的地區，通過合理布設光伏板，最大程度利用日照資源，以提高光伏設施的發電效率和發電量，進而分擔傳統能源的發電比重，最終實現J31的效益最大化。

c）以追求J22最大和J32最小的產業發展路徑。該種路徑的特點是聚焦項目收益，不片面追求發展規模和速度，全程風險可控，要求對J32的影響最低，是一種安全溫和的發展模式，經測算，以收益最大化為目標合理劃定產業規模，注重對環境的低影響和保護，項目融資成本低、難度小，適合整個產業的初期發展階段。

以上3 種發展路徑各有優劣，且側重點、適用性均不同，應結合項目實際慎重選用。3 種發展路徑的對比結果詳見表1。

表1 山西省高速公路路域光伏產業3種發展路徑對比結果

4 結語

綜上所述，山西省開發高速公路路域光伏產業具備得天獨厚的優勢，擁有可觀的開發潛力和投資價值；為進一步推進全省開展高速公路路域光伏產業，最大限度盤活路域范圍內的各類閑置資源，本文從山西省省情實際出發，結合當前的政策背景和行業發展情況，總結出影響山西省開展高速公路路域光伏產業的投資決策因素，并基于投資決策因素，最終給出了3 種適合山西實際的高速公路路域光伏產業發展路徑模式，以期為全省的高速公路路域光伏產業發展提供借鑒。