Chỉ có thể là Trung Quốc: Đường cao tốc tạo ra điện, phương Tây cũng phải thốt lên "đáng kinh ngạc"

Ở Trung Quốc, vận tải đường bộ chiếm tới 74% tổng lượng khí thải carbon từ giao thông. Đường cao tốc quang điện đã xuất hiện để đáp ứng nhu cầu này: các tấm pin mặt trời được lắp trên đường cao tốc để xe có thể sạc trong khi lái xe, đồng thời cung cấp điện sạch cho lưới điện.

Năm 2017, Trung Quốc đã hoàn thành đoạn thử nghiệm quang điện tốc độ cao đầu tiên trên thế giới, dẫn đầu trong việc tích hợp năng lượng mới và giao thông vận tải. Các chuyên gia phương Tây đã thốt lên: "Điều đáng kinh ngạc là đường cao tốc của Trung Quốc thậm chí còn có thể sản xuất điện!"

Nguyên lý kỹ thuật của quang điện tốc độ cao

Cốt lõi của đường cao tốc quang điện nằm ở cách kết hợp công nghệ quang điện mặt trời với công nghệ chịu tải đường cao tốc để tạo ra môi trường đường bộ có thể vừa tạo ra điện vừa đảm bảo an toàn cho việc di chuyển. Mục tiêu này nghe có vẻ đơn giản, nhưng thực tế lại gặp rất nhiều thách thức về mặt kỹ thuật.

Mặt đường phải có khả năng chịu tải và chịu ma sát tốt. Mặc dù mặt đường nhựa truyền thống có độ bền cao, nhưng không thể hỗ trợ trực tiếp các tấm pin quang điện.

Tấm pin quang điện bằng kính có khả năng truyền ánh sáng cao nhưng chúng dễ vỡ và không thích hợp để lái xe tốc độ cao. Do đó, Trung Quốc đã áp dụng thiết kế cấu trúc ba lớp trong thử nghiệm quang điện tốc độ cao đầu tiên.

Lớp trên cùng là lớp mặt đường bê tông trong suốt, sử dụng vật liệu bán trong suốt mới kết hợp khả năng truyền sáng cao với cường độ nén. Hệ số ma sát của nó thậm chí còn vượt trội hơn mặt đường nhựa truyền thống, cho phép xe điện cỡ nhỏ và xe tải cỡ trung di chuyển an toàn.

Lớp giữa là lớp tấm pin quang điện. Lớp pin quang điện này hấp thụ ánh sáng mặt trời để tạo ra điện vào ban ngày, đồng thời có thể sạc không dây cho xe điện thông qua cuộn dây cảm ứng điện từ dự phòng, hiện thực hóa ý tưởng bổ sung năng lượng khi xe đang di chuyển.

Lớp dưới cùng là lớp bảo vệ cách nhiệt, không chỉ ngăn hơi nước ngầm làm hỏng các tấm pin quang điện mà còn kéo dài tuổi thọ của toàn bộ hệ thống.

Điện được tạo ra từ quá trình phát điện tốc độ cao bằng quang điện không chỉ có thể được sử dụng để sạc xe mà còn có thể được kết nối với lưới điện để tạo ra điện, cung cấp nguồn điện sạch cho hệ thống năng lượng công cộng.

Những con số biết nói

Đoạn đường thử nghiệm đường cao tốc quang điện đầu tiên của Trung Quốc nằm ở phía Nam đường cao tốc vành đai Tế Nam, tỉnh Sơn Đông. Đoạn đường này dài 1,08 km, với làn đường chính được trải nhựa quang điện rộng 3 mét và làn đường khẩn cấp được trải nhựa quang điện rộng 2,44 mét, tổng diện tích là 5.875 mét vuông.

Phần thử nghiệm này không chỉ lắp đặt được các tấm pin quang điện mà còn dành riêng các cuộn cảm ứng điện từ, cung cấp khả năng sạc không dây cho các loại xe điện trong tương lai.

Sau khi hoàn thành, đoạn thí điểm này đã trở thành dự án trình diễn cho đường cao tốc quang điện ở Trung Quốc và là đoạn đường cao tốc quang điện đầu tiên trên thế giới dành cho nghiên cứu khoa học.

Các tấm pin quang điện của dự án hấp thụ ánh sáng mặt trời vào ban ngày để tạo ra điện, với sản lượng điện hàng năm khoảng 1 triệu kilowatt-giờ. Lượng điện này có thể được sử dụng để chiếu sáng dọc theo đường dây hoặc hòa vào lưới điện để cung cấp cho các khu dân cư xung quanh.

Nếu tính toán dựa trên 9.300 km đường cao tốc của tỉnh Sơn Đông, áp dụng phương án trải nhựa một chiều của đoạn thí điểm đầu tiên, diện tích trải nhựa quang điện có thể vượt quá 50 triệu mét vuông, với sản lượng điện hàng năm đạt 8,6 tỷ kilowatt giờ. Dựa trên giá điện hiện hành ở Trung Quốc, lợi ích phát điện hàng năm có thể vượt quá 3,4 tỷ NDT.

Những kẽ hở về kỹ thuật

Dữ liệu cho thấy đường cao tốc quang điện đã trải qua bốn lần sửa chữa sau tám tháng hoạt động, với các vấn đề chính bao gồm các vết nứt nhỏ trên các tấm pin quang điện trên mặt đường và hệ thống dây điện cũ.

Điều này cho thấy mặc dù công nghệ quang điện tốc độ cao có ý nghĩa to lớn trong nghiên cứu khoa học nhưng việc thương mại hóa và triển khai trên diện rộng vẫn phải đối mặt với những thách thức về mặt kỹ thuật.

Việc xây dựng đoạn thí điểm tập trung vào nghiên cứu khoa học và thăm dò, đồng thời thông qua việc thử nghiệm và tối ưu hóa liên tục vật liệu, cấu trúc và phương pháp bảo trì, nhằm mục đích cung cấp kinh nghiệm cho việc triển khai trên quy mô lớn trong tương lai.

Ngoài ra, hệ thống quang điện tốc độ cao còn có những ưu điểm độc đáo vào mùa đông. Bằng cách hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành năng lượng nhiệt thông qua các tấm pin quang điện, có thể giảm sự tích tụ băng và tuyết, đảm bảo an toàn cho việc lái xe.

Đồng thời, thiết kế này có thể tối đa hóa tỷ lệ sử dụng của các tấm pin quang điện và đạt được khả năng phát điện trong mọi thời tiết.

Tiềm năng phát triển

Đường cao tốc quang điện không chỉ giới hạn ở việc trải mặt đường; chúng còn có thể được sử dụng trong nhiều công trình liên quan đến đường cao tốc để tạo thành một hệ thống sử dụng năng lượng mới đa chức năng.

Tấm pin mặt trời không chỉ cung cấp bóng râm và nơi trú mưa, cải thiện sự thoải mái khi lái xe mà còn cách ly một số tiếng ồn từ khu dân cư ở cả hai bên, đạt được hiệu quả kép là giảm tiếng ồn và tạo ra điện.

Các tấm pin quang điện cầu nâng tạo ra một lượng điện đáng kể hàng năm, đồng thời dễ bảo trì và hoạt động rất ổn định, giúp chúng trở thành giải pháp bổ sung và tối ưu hóa cho các đường cao tốc quang điện lắp trên mặt đất.

Những ứng dụng này chứng minh rằng công nghệ quang điện không chỉ cung cấp điện sạch cho giao thông mà còn cải thiện môi trường dọc đường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

Với số lượng xe điện ngày càng tăng và nhu cầu về cơ sở hạ tầng sạc ngày càng cao, đường cao tốc quang điện sẽ trở thành một phần quan trọng của mạng lưới sạc năng lượng mới.