《Journal of Cleaner Production》：Can highway-based photovoltaic power support electric road systems for heavy-duty trucks? Evidence from large-scale GPS data in China
编辑推荐：
•我们考察了中国高速公路沿线光伏潜力与重型卡车（HDT）电力需求之间的空间错配。•分析了中国境内 270 万辆重型卡车的轨迹数据。•电力短缺路段占高速公路里程的 50.5%，但代表了 90.5% 的电力需求。•局部短缺而非过度发电是主要的瓶颈问题。•西藏成为唯一一个实现全网自
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我们考察了中国高速公路沿线光伏潜力与重型卡车（HDT）电力需求之间的空间错配。
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分析了中国境内 270 万辆重型卡车的轨迹数据。
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电力短缺路段占高速公路里程的 50.5%，但代表了 90.5% 的电力需求。
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局部短缺而非过度发电是主要的瓶颈问题。
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西藏成为唯一一个实现全网自给自足的地区。
引言
全球许多政府已将碳中和纳入其长期规划战略。交通电气化已成为一条关键的脱碳途径，因为交通部门是二氧化碳排放的重要来源 (Umar et al., 2021)。同时，交通相关问题（例如车辆和道路）的优化对于促进城市活力和可持续发展至关重要 (Wang et al., 2025)。尽管重型卡车（HDT）在车辆车队中仅占很小一部分，但它们对各项排放的贡献却远超其比例。例如，预计到 2024 年，中国上路车辆将排放 406.2 万吨氮氧化物（NOx）和 3.3 万吨颗粒物（PM），其中重型卡车分别占这些排放的 75.1% 和 48.5% (中华人民共和国生态环境部，2025)。在这方面，加速重型卡车电气化至关重要。然而，大规模重型卡车电气化面临着充电基础设施限制和续航里程焦虑的重大挑战。长途运营需要更大的电池和高功率充电解决方案，这反过来又推高了成本，并对运输效率和电网造成额外压力 (Prussi et al., 2022; Martinez-Boggio et al., 2023)。为解决这些挑战，电气化道路系统（ERS）通过架空线、导电轨或感应轨道提供动态充电 (Lee et al., 2023)，有助于克服里程限制并减少充电停机时间，从而为重卡电气化提供了一条可行途径。此外，将可再生能源整合到 ERS 系统中可进一步放大其效益：研究表明，光伏（PV）高速公路系统可以通过太阳能充电减少碳排放并最小化能量损失 (Jiang et al., 2024)。鉴于中国拥有世界上最大的高速公路网络 (Jia et al., 2022)，这些走廊沿线广阔且未被充分利用的土地资源为大规模太阳能部署提供了前所未有的机会。具体而言，在高速公路路边边坡安装光伏面板可以为 ERS 产生局部绿色电力，减少传输损失，并减轻区域电网的负担。
文献中的两个关键研究空白促使了本分析。首先，虽然现有的 ERS 研究主要集中在技术接受度 (Konstantinou et al., 2023; Burghard et al., 2024)、经济评估 (Deshpande et al., 2023) 和生命周期分析 (Balieu et al., 2019; Marmiroli et al., 2019) 上，但这些研究主要依赖人工调查和模拟的重型卡车数据 (Taljegard et al., 2017; Majhi et al., 2022; Zuo and Li, 2024)。当前文献的一个重大限制是缺乏大规模、准确的重型卡车轨迹数据，这严重限制了全面且真实评估 ERS 部署可行性的能力。因此，迫切需要大规模、精确的重型卡车行程数据，以加强对重型卡车活动的捕捉，并为稳健的 ERS 基础设施规划提供信息。其次，尽管以往研究考察了边坡光伏系统的技术维度，包括空间布局、结构设计和发电潜力 (Heo et al., 2021; Jung et al., 2019)，但大多数研究将容量估算或成本评估与实际消耗隔离开来。这些研究系统地忽视了光伏输出与高速公路沿线动态电力需求之间关键的时空对齐。在解决供需匹配过程方面的这一空白限制了评估光伏高速公路对交通电气化的有效性，特别是在高负载、连续功率应用（如 ERS）中。
基于中国境内约 270 万辆重型卡车在 14 天内的全国性轨迹数据，本研究通过以下方式丰富了现有知识：(1) 绘制中国整个高速公路网络各路段级别的重型卡车交通量，并量化相应的电力需求；(2) 假设在高速公路路边边坡安装面板，计算光伏发电潜力；以及 (3) 评估光伏发电与重型卡车电力需求之间的空间错配。最终，这些发现为政策制定者制定区域特定、数据驱动的交通电气化和 ERS 部署战略提供了关键的经验证据。
章节摘要
重型卡车电气化与 ERS
ERS，也称为 eRoad，被广泛认为是有望解决重型卡车电气化挑战的解决方案。ERS 的关键优势之一是动态充电，与静态充电系统相比，它使重型卡车能够使用更小的电池运行 (Tajima et al., 2022)，从而减少环境影响 (Gnann et al., 2023)。实证研究为 ERS 的有效性提供了有力证据。例如，Mehdi 等人发现 ERS 可以增加生命周期温室气体
研究区域
为了评估 ERS 中重型卡车电力需求与路边光伏发电潜力之间的供需关系，我们以中国的高速公路作为案例研究。如图 1 所示，中国已建成广泛、密集且高效的高速公路基础设施，总长约 142,600 公里。此外，路网密度和太阳能潜力均存在显著的空间异质性，为评估 ERS 部署的可行性提供了独特的背景。
中国高速公路上重型卡车的交通量与电力需求
中国高速公路网络上的重型卡车交通具有覆盖面广但变异性大的特点。如图 5 所示，对 317,898 个高速公路路段的通行量进行了分析，揭示了各路段之间存在的巨大差异。
少数关键走廊承载了异常高的交通量。在研究期间，重型卡车交通量最高的路段包括沈阳 - 海口（286,786 辆）、北京 - 哈尔滨（267,897 辆）以及
大数据与 ERS 评估
大数据时代的兴起提供了一个宝贵的机会，以严格评估沿中国高速公路网络建设 ERS 的可行性。本研究利用大规模重型卡车轨迹数据，考察重型卡车电力需求与路边光伏系统潜在供应之间的平衡。
具体来说，估算了全国各高速公路路段的重型卡车交通量，并据此计算相应的电力需求。同时，光伏发电
结论
为了评估沿中国高速公路网络部署 ERS 的可行性，本研究利用中国 270 万辆重型卡车的全国性轨迹数据，考察了重型卡车电力需求与路边光伏系统潜在供应之间的空间错配。研究结果表明，重型卡车交通量高度集中在少数关键走廊，大多数高速公路路段的交通量处于中等到低水平。中国高速公路上重型卡车的总电力需求在...期间
CRediT 作者贡献声明
王肖全：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，监督，软件，方法论，调查，资金获取，构思。 张云龙：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原始草稿，可视化，监督，软件，方法论，调查，资金获取，形式分析，构思。 殷超英：写作 – 审阅与编辑，资金获取，形式分析，构思。 蒋颖：写作 – 审阅与编辑，写作
致谢
本研究由 国家自然科学基金 (编号：52202388, 72204114, 5721002303)、中国东南大学启动研究基金 (编号：4021002332)、中国江苏省创新研究基金 (编号：4221002403) 和 中央高校基本科研业务费 (编号：B240201168) 资助。
王肖全 | 张云龙 | 殷超英 | 蒋颖 | 张俊毅
