从道路获取能量捕获环境能量并转换为电能的新技术

／Catherine Bischofberger 中国电器工业协会标准化与技术评价中心 甄晗妤（译） 张亮（校）/

想象一下，利用世界上上百万公里铺设的道路来获取能量。除了安装和设备所需的初始投资成本外，该能源是免费生产的，并且对环境没有不利影响。相应地，它利用阳光或车辆产生的机械振动来产生电能。

Wattaway开发了可以放置在道路上的光伏组件（图片：Wattaway）

从道路获得的能量即捕获未使用的环境能量并将其转化为电能。这种电力可用来为道路基础设施提供动力，例如路灯和信号。所捕获的电能可以存储在电池中，当需要时使用或引入电网。而且，这种技术是利用现有的道路网络，无需分配新的土地空间。

国际标准在以上解决方案的发展中至关重要。IEC技术委员会（TC）47负责制定半导体器件的国际标准，包括那些获得能量的半导体器件。用于存储电能的电池主要依靠IEC TC 21的标准化工作。IEC TC 8 及其分技术委员会（SC）8A制定电力供应系统的标准，包括再生能源接入电网。最近成立的SyC智慧能源，负责提供智能电网和智慧能源领域系统层级的标准化、协调和指导。

收接阳光的道路

目前已经研发了将光伏组件直接放在道路表面来捕获太阳能的技术。能量可以从世界各地所铺设的超过1600万公里并暴露在阳光下的道路上获得。

然而，在道路上安装玻璃模块绝非易事。汽车轮胎必须能够抓住路面，玻璃面板必须耐用，并且可以承受重物。树木、建筑物和云层的遮蔽可能减少阳光的照射。尽管存在以上挑战，一些公司已经开发了可以取代沥青或直接放置在现有道路表面的光伏模块。虽然这些解决方案是涉及专利的，但这些技术均依赖于IEC TC 82所制定的国际标准，该技术委员负责太阳能光伏发电系统。

在美国，Solar Roadways公司已经开发了太阳能模块，包括用于智能通信的微处理器和用于线路和标牌用发光二极管（LED）灯以及用于加热融化冰雪的加热元件。在法国，Wattway太阳能道路公司目前正在全国范围内试用，包括在高速公路收费站入口处为闸门和支付设备供电。在中国，山东省已经修建了一条两公里的道路，以此来为路灯和道路融雪系统供电。然而，由于这些光伏（PV）模块的高成本和所产生实际电能量的不确定性，以上技术的推行是受到限制的。已经提出替代方案：将光伏组件放置在道路旁边或者非关键区域，如停车场、自行车道和车道。

热发电机（TEG）也可以用来从道路获得能量。基于塞贝克效应，TEG可以将地热能（由于路面和地表层以下产生的地热差）转化为电能。随着温差的增加，产生更多的电能，所以使此项技术非常适合极端炎热的地区。在2017年，IEC TC 47起草了IEC 62830-2系列标准，提供了用于热电能量收集装置中的薄膜热功率评价方法。

好用的振动能量

汽车在道路行驶过程中产生的振动可以产生电能。压电是当施加机械应力时由某些晶体产生的电荷。压电技术的标准由IEC TC 49制定，解决了压电、介电和静电器件问题。

压电晶体也可以嵌入在沥青层下面。当汽车在道路上行驶时，车轮会施加力量使晶体变形并产生电能。然后，这种电能可以用来为路灯供电，也可以存储在电池中供以后使用。IEC 62830-1 系列标准，由 IEC TC 47起草，包括基于振动的压电能量收集装置性能评估方法。

在美国，加里福尼亚州已对将压电器件嵌入道路捕获能量的2个独立验证项目投资230万美元。英国兰开斯特大学也在开展类似的试点项目。但是，仍然存在多方面的挑战。增加压电道路效率的因素与道路的耐受性为负相关。交通流量较大、且有重型汽车高速通过的道路将产生较多能量输出，与之相比，交通流量较小、且多为轻型汽车慢速通过的道路则产生较少的能量输出。

考虑到相对低的能量转换效率，目前还不确定安装和维护道路嵌入压电技术是否能够与所产生的电能成本相抵消。其他能量捕获解决方案，如路边光伏模块，可能安装成本更便宜且发电量更高。

未来发展

利用道路捕获能量的解决方案还仍处在其早期阶段，由于许多现阶段研究和开发均由私人企业开展，公共可用数据还非常有限。由于缺乏大规模生产，成本仍高居不下。这些解决方案还没能得到牵引。一些附加技术，可以引入如传感器和微处理器，可以实时监督基础设备和车辆交通情况。这些解决方案均依靠ISO/IEC联合技术委员会制定的标准，JTC1 SC25负责微处理器国际标准，IEC TC47负责传感器国际标准。现在还不清楚，需要实施哪项技术。但追求可再生能源的热情依然存在。

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