山西省高速公路推广路域光伏产业的路径研究

韩 伟

（山西交通科学研究院集团有限公司，山西太原 030006）

0 引言

高速公路作为连通区域间的高效运输通道，关系着国民经济和社会发展命脉，高速公路沿线多穿越人口稀疏地区，路域内有大量土地闲置，路域产业开发大有文章可做，而在山西省已建成的高速公路网络延伸范围内，绝大部分的土地日照充盈，光能资源分布总体平均，是天然的光伏发电场。目前，光伏转换是利用太阳能最高效、最安全的方式，其发电原理是利用硅材料的光生伏特效应，光伏产业上下游链条较长，涵盖硅材料加工生产、电池生产、组件生产、配套设备生产等多个环节。高速公路的路域资源优势和光伏产业的技术优势为二者的融合发展创造了条件，在包括高速公路边坡、服务区、隧道出入口等路域范围内合理布设光伏发电组件，不仅盘活了高速公路闲置路域资源，而且能够承担部分高速公路运营用电负荷，提升高速公路运营过程中的清洁能源消耗比重，在不影响高速公路安全运营的基础上，实现了新能源与高速公路运营资源间的高效适配[1]。

1 国内高速公路路域光伏产业发展情况研究

“十四五”期间，我国光伏发电产业将按照“集中式与分布式压茬推进，就地利用与外送消纳两措并举”的发展模式，乘着光伏产业发展的东风，支持高速公路开展路域光伏产业开发的政策密集出台，标志着高速公路路域光伏产业发展正式驶入“快车道”。

1.1 政策出台情况

2020 年8 月，交通运输部出台《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》（以下简称“意见”），意见中明确提出“鼓励在服务区、边坡等公路沿线合理布局光伏发电设施，与市电等并网供电[2]”。该意见的提出，进一步细化了高速公路开展光伏产业的发展路径和重点方向，为构建高速公路光伏产业体系奠定了基础。2022 年8 月，为贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和的重大战略决策，工信部等五部门联合印发《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》（以下简称“计划”），计划中明确提出要培育光伏应用新模式、新业态，推动光伏在高速公路服务区等交通领域的应用深度和广度[3]。2022 年6 月，高速公路光伏产业的标准化发展迎来突破，由山东高速起草的《高速公路边坡光伏发电工程技术规范》（DB37/T 4516—2022）正式发布，该规范是国内高速公路光伏发电领域的首部规范，此举标志着国内高速公路光伏产业进入有序发展新阶段。2022 年6 月，国家发展改革委员会和国家能源局联合印发的《“十四五”可再生能源发展规划》中明确提出要加快推进城镇屋顶光伏行动，意味着分布式光伏发电模式将在城镇中大面积推广，“光伏电”走进千家万户将成为可能[4]。2022 年，由工业和信息化部、住房和城乡建设部等五部门联合印发的《智能光伏产业创新发展行动计划（2021 年—2025 年）》正式发布，计划中明确到2025 年光伏产业的智能化水平将显著提升，此举意味着光伏产业与互联网、人工智能、物联网等高技术的融合发展要求被提到前所未有的高度，光伏产业必将趁着高技术带来的巨大推动力而快速迭代发展[5]。

1.2 工程应用情况

当前，国内高速公路光伏产业正处于蓬勃发展期。早在2016 年8 月，江西高速利用路域闲置土地资源，采用“优先自用，余量上网”的模式，投资8 亿余元建成分布式光伏发电场，累计投运站点132 个，装机容量超12.7 MW，年均发电量达1 600 万kW·h[6]；2018 年5 月，山西路桥在国内率先启动了高速公路光伏产业项目试验，作为项目试验的重要成果——和榆高速榆社东收费站光伏发电项目成功投运，作为全山西省开展高速公路光伏产业开发的“试金石”，该项目的成功投运，促进了全省高速公路收费站、服务区分布式光伏发展规划的编制进程；2021 年11 月，山东高速在荣乌高速威海段首次成功开发了边坡光伏发电试验项目，试验段总里程约2.3 km，总装机容量达2.01 MW，年均发电量超过200 万kW·h，年均减排超2 000 t[7]；2022 年5 月，河北省在荣乌高速雄安新区段充分利用新线路基中央分隔带、填方路基高边坡侧、隧道进出口等区域布置光伏设施，目前，该项目已成功并网发电；2022 年8 月，四川省攀大高速公路光伏发电项目投产，日均光伏发电量达1.2 万kW·h，完全覆盖了41 km 路段内的能耗需求，且剩余电量实现百分之百并网。

2 山西省高速公路推广路域光伏产业的资源优势

从光伏产业发展的基础看，充盈的日照资源和丰富的空间资源是不可或缺的先决条件，而山西省在以上两大因素方面均有得天独厚的优势，极具发展高速公路光伏产业的资源优势。

2.1 存量高速公路路域资源丰富

自改革开放以来，山西省高速公路建设一直处于快速发展阶段，尤其在进入21 世纪以后，省内高速公路建设取得了巨大成就。截至2020 年底，全山西省高速公路通车里程达5 745 km，遍布全省的高速公路网已将96%的县（市、区）连通起来，规划的“四纵十五横”高速公路主体骨架到2025 年将基本形成[8]。依托以上先天优势条件，山西省可凭借数量可观的高速公路里程资源，在线路总体桥隧比高、服务区二次开发潜力大等诸多有利因素的加持下，完全能够打破光伏产业发展过程中的土地资源制约，把高速公路沿线的边坡、隧道出入口、隧道隔离带、服务区及附属设施打造成光伏发电场，最终构建出“高速公路+光伏”的绿色低碳新业态。

2.2 日照资源相对充盈

要发展高速公路光伏产业，除了可观的里程资源作为储备外，还需要相对充盈的日照资源，这也是确保光伏发电效率和成本控制的先决条件。山西省全境日照资源相对充盈，日照率介于50%～60%之间，以2021年统计数据为例，山西省水平面总辐照量为1 426.89 kW·h/m2，比全国均值高出4.2%，位列全国第10 位，北部的大同市、朔州市已列入全国“太阳能资源很丰富”地区；此外，反映不同地区光伏发电效率差异的利用小时数均值指标，山西省已达到1 318.81 h，比全国均值高出7.4%，位列全国第12 位[9]，山西省日照资源与全国水平对比情况见图1。综上，山西省现有的综合日照条件完全能够支撑高速公路光伏产业的发展要求。

图1 山西省日照资源与全国水平对比情况

3 基于投资决策的山西省内高速公路路域光伏产业发展路径研究

3.1 考虑山西省情的投资决策影响因素

相对充沛的日照资源、可观的路域资源存量、资金紧张及紧迫的节能减排要求是山西省高速公路发展路域光伏产业的“基本盘”，基于以上省情，在山西省境内投资高速公路路域光伏产业需要综合考虑资源、经济、环境及不可控等4 方面的投资决策影响因素[10]。

a）资源因素 资源因素主要包括日照资源和土地资源。其中日照资源是发展光伏产业的先天之本，水平面总辐照量和利用小时数均值是评估日照资源的两大指标；土地资源则是开展光伏产业的重要载体，公路沿线边坡的土质、加固形式、位置朝向及坡率均会对光伏板及组件的布置产生影响，此外，服务区内建筑及空置区域中满足光伏板及组件布置条件的可利用空间也相对有限。

b）经济因素 经济因素主要包括成本和收益两方面。成本直接影响投资规模，路域光伏产业前期涉及大量的固定资产投资，这也间接增加了融资成本和难度，此外，光伏及配套组件投产后，日常运营维护成本将摊薄产业的长期收益率；平均收益和回本周期是衡量路域光伏产业收益水平的重要指标，平均收益高则意味着该项目具有较高的投资价值，后续融资成本也将降低，有利于提振投资信心。近年来，随着光伏技术和产业覆盖率的不断迭代和增长，光伏产业已从早期由国家及地方政府补贴的“哺乳期”逐步转向市场化发展的“断奶期”，这在一定程度也将延长路域光伏产业的回本周期。

c）环境因素 山西省内高速公路路域资源存量丰富，分布式光伏还有巨大的发展空间，由光伏提供的清洁能源不仅能够满足高速公路各类基础设施的能耗需求，还能为新能源车辆提供清洁能源，进而削减省内火力发电比重，有效减少温室气体排放，助力“碳达峰、碳中和”；但光伏面板的大面积敷设会给周围环境造成不同程度的光污染，此外，光伏设施施工对路域沿线的原始生态环境会造成一定的破坏，需要采取必要的生态恢复措施。

d）不可控因素 不可控因素包括自然因素和非自然因素两方面。自然因素主要指不良气象条件对光伏面板造成的损坏，进而影响面板的光电转换效率；非自然因素主要指政策变动带来的不确定性和因边坡失稳造成的人身意外及设备损毁风险。

3.2 考虑山西省情的投资决策体系构建

基于以上投资决策影响因素分析结果，可构建出考虑山西省情的投资决策体系，体系共分为3 级，详见图2。

图2 考虑山西省情的高速公路路域光伏产业投资决策体系

3.3 基于投资决策体系的几种产业发展路径分析

通过对高速公路路域光伏产业投资决策影响因素的分析研判，构建了相应的投资决策体系，从过程上和逻辑上厘清了影响路域光伏产业发展的关键因素。基于以上分析结果，本文拟以某几项投资决策为依据，提出几种切实可行的产业发展路径。

a）以追求J21最低和J12最大限度开发的产业发展路径。该种路径的特点是能够最大限度压缩前期投入，降低项目的投运成本，通过对J21最大限度开发，获取综合成本最低的路域土地资源，除了对服务区、停车区等相对成熟区域的土地资源进行深度开发外，重点开发公路边坡、隧道出入口、沿线中央分隔带等大量未开发且开发成本较低的土地。

b）以追求J11最大限度利用和J31效益最大程度凸显的产业发展路径。该种路径的特点是能够最大程度利用山西省内日照资源的先天优势，是典型的因地制宜发展模式，优先选择省内日照资源最充盈的地区，通过合理布设光伏板，最大程度利用日照资源，以提高光伏设施的发电效率和发电量，进而分担传统能源的发电比重，最终实现J31的效益最大化。

c）以追求J22最大和J32最小的产业发展路径。该种路径的特点是聚焦项目收益，不片面追求发展规模和速度，全程风险可控，要求对J32的影响最低，是一种安全温和的发展模式，经测算，以收益最大化为目标合理划定产业规模，注重对环境的低影响和保护，项目融资成本低、难度小，适合整个产业的初期发展阶段。

以上3 种发展路径各有优劣，且侧重点、适用性均不同，应结合项目实际慎重选用。3 种发展路径的对比结果详见表1。

表1 山西省高速公路路域光伏产业3种发展路径对比结果

4 结语

综上所述，山西省开发高速公路路域光伏产业具备得天独厚的优势，拥有可观的开发潜力和投资价值；为进一步推进全省开展高速公路路域光伏产业，最大限度盘活路域范围内的各类闲置资源，本文从山西省省情实际出发，结合当前的政策背景和行业发展情况，总结出影响山西省开展高速公路路域光伏产业的投资决策因素，并基于投资决策因素，最终给出了3 种适合山西实际的高速公路路域光伏产业发展路径模式，以期为全省的高速公路路域光伏产业发展提供借鉴。