近日，意大利新创公司Greenrail Group宣布已开始在意大利的一条铁路线上部署其特制光伏铁路轨枕解决方案。
图源：Greenrail
从2018年开始，该公司就开始在铁路线上进行光伏轨枕测试。公司首席执行官Occhipinti称，这些轨枕容易组装和清洁。“使用下方安装刷子和喷水器的手推车来清洁1公里的太阳能铁路只需几分钟的时间。这让我们可以在短时间内完成大型表面的清洁，与清洁标准光伏电站相比节省了资源和时间。”
Greenrail连续六个月进行了一系列定期测试，评估能源效率、耐气候性以及对铁路运营的影响。他们表示，太阳能轨枕解决方案具有出色的的坚固性和有效性。1公里的太阳能轨枕每年足以发电44 MWh。这些能源可以出售给电网，也可以用来为偏远地区的火车站、平交道口和红绿灯供电。
铁轨装光伏板
用太阳能板代替枕木的想法其实并不新鲜。英国的Bankset Energy公司、德国的 Deutsche Bahn 等都在试验将太阳能电池添加到铁路枕木中，或是将光伏元件固定在轨道枕木上。他们普遍认为，铁轨之间存在巨大空间，为什么不用光伏板代替枕木呢，在不妨碍火车行驶的同时还能有效发电。
其中，瑞士Sun-Ways公司有自己的独特优势，它是首家研制出铁轨太阳能可拆卸系统。创始人认为可拆卸面板是对这一系统进行维护的重要前提，就像铁道管理维修人员在管理轨道的时候，会对铁轨进行抛光一样。
枕木是铁轨的重要构成要素，用于固定铁轨的位置与将让铁轨重量平均分配，在过去枕木都是用木头制成，而近几年开始使用不同材质。
据发明者称，他们的面板比传统面板更耐腐蚀，面板的黑色和使用防反射过滤器将减少对火车司机的干扰。传感器可以监测面板的正常运作，而放置在列车组两端的圆形刷子将能够自动清除面板表面积累的残留污垢，例如灰尘或铁路道碴的碎片。对于大雪或低温地区，这家初创公司打算开发一种融化冰雪的系统。
瑞士和其他国家一样，依靠可再生能源来实现能源转型，逐步向零排放社会的目标前进。然而，可用空间的稀缺使瑞士难以建造大型装置，在私人建筑、基础设施或山区安装太阳能板的工程都会受到重重规定阻碍。
所以这项技术在瑞士潜力巨大。理论上，瑞士5317公里的铁路网可以容纳一个总面积为531.7万平方米的太阳能发电站，相当于大约760个足球场。根据Sun-Ways的数据，刨除隧道或阳光不足的路段，瑞士国内铁路网每年可以生产1太瓦时的太阳能，约占全国电力消耗的2%。
Sun-Ways得到了大约10家合作伙伴公司和瑞士创新促进机构的支持。如果得到联邦交通局的批准，将在五月份落成启用世界上第一个可移动的太阳能发电厂。
而且这家初创公司的目标并不局限于瑞士。Sun-Ways计划在欧洲，特别是德国、奥地利和意大利，以及美国和亚洲进行扩张。"世界上有超过一百万公里的铁路线。我们相信，世界上50%的铁路都可以配备我们的系统。”
中国铁路光伏市场与难点
中国铁路穿过彩云之南，毗邻东非大裂谷，驶越贝加尔湖面，曲折绵延。截至2023年1月，中国铁路总长度超15.5万公里，位居世界第三，如果将轨道上的枕木全部换成光伏板，将产生巨大的经济效益。
繁忙路段铁路用电量大，西北部光照好，光伏枕木发的电可以在铁路沿线电力系统消纳，优势巨大。北京到广州或上海这些繁忙的铁路线或者北京到新疆的路线都是试点的不二选择。
据机构数据，我国铁路网所蕴含的可供开发利用的光伏发电总潜力为239.6 TWh。在铁路交通网中，铁路沿线自有空间、大型站房雨棚、机车车辆顶部可为光伏发电的集成提供空间资源，并且电气化铁路、站点服务设施用电也可为光伏发电提供广阔的消纳空间。
预计到2030年，中国高速铁路的年耗电量将增加为191.9 TWh。针对光伏铁路应用场景，在铁路交通光伏5%、10%、15%的条件下，铁路交通系统年用电自洽率将达到6.2%、12.5%、18.7%，年二氧化碳减排量将超过1.2万吨。
可是这些都是在不考虑其他因素下的完美假设，我们还得考虑现实问题。
第一个问题：光电消纳
近年来，随着分布式光伏逐渐推广，大基地项目陆续推进，光电消纳问题愈发凸显。那么铁轨光伏的电力如何消纳呢？其实很简单，光伏铁轨所发的电可以卖给电网、火车站、附近的电力消费者。
火车站借助光伏发电为火车提供动力，给电池进行充电；消费者可以购买光伏铁轨产生的电力，用于家庭负载；另外多余的电还可以卖给电网公司获得收益，可以做到就近消纳，多元利用。至于偏远地段的多余电力还可以结合新型飞轮储能技术进行就地存储。
第二个问题：高昂的成本
光伏发电市场不能在世界广泛普及，还是受限于成本，加上光伏铁路在技术与设备上的特殊要求，成本可想而知。Sun-Ways并没有透露每兆瓦的成本是多少，但其将在覆盖瑞士西部纳沙泰尔州公共交通铁路网的一段进行项目试点，该项目已经融资将近40万瑞士法郎。未来如果可以大规模建设，铁道光伏成本还是可能大幅下降的。
第三个问题：铁路公司
铁路光伏能不能推广，最终决定权在于铁路公司。中国铁路运营基本上是由铁路总公司来负责，具体到枕木铺设光伏。
虽然现在国家为实现“双碳”目标大力推广新能源建设，铁路现有资产结合光伏进行复用前景光明，但是要将发的电输送进架空线为火车提供动力的话就需要升压，光伏电力供应量和稳定性都有问题，由于铁路对供电可靠性要求很高，如何和其他电源匹配也是个难题，考虑到可能存在的安全隐患，基层铁路局无法在这类涉及铁路系统安全的关键领域独立做出决策。
中国铁路光伏实例
铁路用电需求量大，搭配光伏发电专案，将可有效降低用电成本、实现节能减碳。我国虽没有在铁轨上铺设光伏的先例，但早就在铁路光伏领域进行了积极探索。
2021年12月25日，京雄城际铁路雄安站（亚洲第一大高铁站）站房屋顶分布式光伏发电项目正式并网发电。项目采用“自发自用、余电上网”模式，总装机容量6兆瓦，每年可为雄安高铁站提供580万度清洁电力。
作为京雄城际铁路沿途规模最大的新建车站，雄安高铁站总建筑面积47.5万平方米，整个站房设计呈水滴状椭圆造型。屋顶光伏发电项目在站房屋顶两侧铺设1.77万块、4.2万平方米多晶硅光伏组件，从高处俯瞰，犹如“水滴上的一颗明珠闪闪发光”，与屋顶造型相辅相成。
项目在实现经济效益的同时，年节约标准煤1800吨，减少二氧化碳排放4500吨，相当于植树12公顷。
2016年7月，中国内蒙古呼和浩特铁路局完成了全国首个铁路系统光伏发电示范专案，利用呼和浩特铁路局所管辖的沙良物流园铁路建筑屋顶与附近空间，铺设了6,780块光伏面板，完成了2.4MW的分布式光伏发电专案，年发电量约300万度，所发电量主要用于铁路运输和生产。
与沙良物流园同时展开的“呼铁光伏”分布式光伏工程包括：呼和浩特铁路东站、呼和浩特站、包头站等，共计四个场所，总装置量约16.5MW，预计每年可发电2475万度，相当于673万元人民币的发电利润。
呼和浩特铁路局服务范围广达内蒙古中西部的万里铁道县，以及铁道线两侧之土地、屋舍、供电网络，平均年用电量达16~19亿度。列车运行、牵引用电占总用电量约80%，其余为生产生活用电。呼铁以“呼铁光伏”为品牌展开光伏建设，降低了铁路用电支出、创造企业转型，并积极响应了国家节能减排号召。
尽管光伏铁路距离规模性的推广应用尚有一段不短的路程要走，但其在新能源发展领域的潜力已然显露。并且，它只是绿色能源应用于诸多领域中的精彩一角。未来，随着绿色能源发展与环保趋势的蔓延，可再生能源与大众运输之间还将产生更加紧密、富有创新性的合作。
