摘要：目前公路交通與能源融合項目的投資、建設、運營存在盈利模式不清晰、交通側能源側要求不明確、政策機制不完善等方面的問題，嚴重制約了公路交通與能源融合項目的發(fā)展。針對上述問題，本文以示范項目為依托，開展了政策機制、安全環(huán)境、標準體系、運維模式、關鍵技術、解決方案的探索研究，形成可復制的公路交通與能源融合項目投建營模式，推動交能融合行業(yè)高質量快速發(fā)展。

關鍵詞：交通與能源融合；制約因素；項目實踐；關鍵技術

中圖分類號：U491"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673-6478（2023）02-0100-06

Research on Practical Mode of Integration of Highway Transportation and Energy

YAO Yuan Fu Hao LIANG Yeyun TIAN Xiaowu

（1. Gezhouba Group Transportation Investment Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430000， China;2. Gezhouba （Wuhan） New Energy Development Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430000， China）

Abstract： At present， there are some problems in the investment， construction and operation of highway transportation and energy integration project， such as unclear profit model， unclear energy demand and imperfect policy mechanism， etc.， which seriously restricts the development of highway transportation and energy integration projects. In the light of the above?mentioned problems， based on the demonstration project， the exploration and research on policy mechanism， safety environment， standard system， operation and maintenance mode， key technologies and solutions have been carried out to form a replicable mode of construction of highway transportation and energy integration projects， and promote the rapid development of high?quality transportation and energy integration industry.

Key words： transportation and energy integration; constraints; project practice; key technologies

0 引言

實現(xiàn)碳達峰、碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內國際兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問題、實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇。目前交通行業(yè)碳排放量約占全社會碳排放總量10%，其中公路交通碳排放在交通行業(yè)占比約80%[1]，因此，公路交通擔負著加快形成綠色低碳運輸方式、實現(xiàn)減污降碳的重大責任，亟須加快推動能源結構轉型，大力發(fā)展可再生能源。近年《交通強國建設綱要》《國家綜合立體交通網規(guī)劃綱要》等的發(fā)布旨在建設高質量綜合立體交通網，促進交通基礎設施網與運輸服務網、信息網、能源網“四網”融合；為優(yōu)化交通能源結構，交通與能源融合發(fā)展的戰(zhàn)略與政策相繼發(fā)布，旨在促進交通基礎設施網與能源網融合發(fā)展，為實現(xiàn)能源與交通的可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎[2]。

根據華北電力大學國家交能融合發(fā)展研究院測算，預計到2025年，全國高速公路分布式光伏年發(fā)電量可達 ，全國高速公路用電自洽率為4.2%，可再生能源電力滲透率為19.2%，年減少碳排放77.8萬t；到2030年，全國高速公路分布式光伏年發(fā)電量為 ，全國高速公路用電自洽率為19.9%，可再生能源電力滲透率為39.1%，年減少碳排放896.3萬t[3]。由此可見，公路交通與能源融合發(fā)展領域市場規(guī)模和前景巨大。

1 面臨的問題

交能融合概念的發(fā)展催生了新的行業(yè)契機，但交能融合項目的推進目前也存在一系列亟待解決的問題：一是關鍵技術未突破；二是項目盈利模式不清晰；三是交通側及能源側需求不明確；四是政策機制不完善、標準體系不健全；五是典型應用場景不成熟。

1.1 關鍵技術未突破

國內外能源與交通融合領域主要在“源”層面開展了初步探索，缺乏“源?網?荷?儲”一體化深度融合的理論及技術。交通沿線光伏規(guī)模化應用技術、“風光儲充換氫”綜合供能技術、智能微電網技術、用能安全穩(wěn)定保障及品質提升技術、能源智慧管控技術等關鍵技術問題也制約了該領域的發(fā)展。

1.2 盈利模式不清晰

交能融合項目光伏組件的裝機容量需要根據高速公路沿線的資源稟賦條件、線位走向、沿線消納情況、并網條件等因素確定，不同的項目實際情況差異較大。同時，在項目總投資構成中，設備購置費通常占到項目總投資的80%以上，例如光伏、儲能等設備的價格對投資影響較大，影響投資控制。因此，還需要進一步探索成熟可行的盈利模式。

1.3 交通側、能源側影響不明確

在交通側，各省交通運輸主管部門缺乏可參考的交能融合安全性論證依據，反映在三個方面：一是光伏項目實施后對道路行車安全的影響，對過往行駛車輛及周圍居民的光影響，車輛發(fā)生事故沖出護欄后對司乘人員的二次傷害等；二是光伏項目實施對交通基礎設施的影響，主要是在高速公路現(xiàn)有邊坡進行建設活動，新建設施對公路邊坡穩(wěn)定性的影響；三是光伏項目實施對生態(tài)環(huán)境的影響，主要包括對道路兩側原有植被生態(tài)、周邊環(huán)境和沿線群眾生活的影響。

在能源側，一是項目所在地消納能力不足，可能要求更高的儲能占比，導致項目投資增大、收益不及預期等；二是新能源指標獲取難，新項目每年只有一次申報機會，準備時間較長，獲取難度大；三是并網穩(wěn)定性影響，交能融合項目目前多選用分布式光伏，采用低壓多點并網方式，微電網并網后對大電網的穩(wěn)定性可能產生影響。

1.4 政策機制不完善、標準體系不健全

目前我國的交能融合發(fā)展尚處于起步階段，相關政策機制還不十分健全。交通行業(yè)和能源行業(yè)的管理職能部門之間，存在著較大的跨行業(yè)、多部門協(xié)調的體制壁壘[4]，缺乏交能融合相關的政策和協(xié)調機制。交通與能源兩個領域的融合界面還不清晰，單獨涉及兩個行業(yè)的技術標準規(guī)范目前已相對健全，但兩個行業(yè)的部分標準規(guī)范未有效銜接，風、光、熱、儲、氫、換、充等清潔能源一體化應用在交通領域的融合應用技術體系尚未形成，導致交能融合項目的設計、建設、運維、驗收等工作缺乏有效參考與指導。

1.5 應用場景不成熟

現(xiàn)有工程實踐多數處于小規(guī)模探索階段。如針對高速公路、港口、鐵路等應用場景，常見為小規(guī)模分布式光伏發(fā)電補償案例，電氣化公路、能源自洽公路和隧道、交能融合集成裝備等技術和場景大多處于試點探索階段，尚未形成可實施的典型應用場景解決方案和示范工程。

2 公路交通與能源融合項目實踐

山東棗（莊）菏（澤）高速交能融合示范工程項目遵循“低碳、智慧、高效、安全”的建設理念，打造了涵蓋路域清潔能源（光伏）、清潔能源儲能技術、服務區(qū)充換電站、零碳服務區(qū)（屋頂光伏、風電路燈）、交通供配電系統(tǒng)改造升級、智慧交通系統(tǒng)、環(huán)保節(jié)能設施、四網融合展廳等多種元素的“源網荷儲充”一體化項目。公路全長177.8公里，跨8個縣，光伏總裝機容量為124MW，該項目填補了國內交能融合領域多層級一體化融合系統(tǒng)關鍵技術與示范應用的空白，為我國交通與能源領域綠色低碳轉型提供了有力支撐。在項目實施過程中，本文針對交能融合項目存在的各類實際問題，對其可行的實踐模式進行了探索研究。

2.1 關鍵技術方面

針對交能融合關鍵技術未突破的現(xiàn)狀，山東棗菏交能融合示范工程率先應用了一批新技術。

（１）通沿線光伏故障診斷技術。建立光伏組件的可靠性數據庫，根據故障模式和故障表現(xiàn)判定故障原因及故障后果，提出預防措施，結合光伏組件監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了高速公路光伏組件的運行監(jiān)控及故障診?斷。

（２）交通沿線光伏鏡面自潔技術。構建灰塵與鏡面黏附機理模型，研制光伏表面超疏膜，根據現(xiàn)場超疏膜除灰性能優(yōu)化超疏膜設計。

（３）交能融合“源?網?荷?儲”一體化技術。根據交能融合系統(tǒng)電源、電網、負荷和儲能等可行性布局，搭建“源?網?荷?儲”多層級一體化的技術架構，指導技術集成應用和示范項目建設，如圖1所示。

（４）交通用能自洽系統(tǒng)。綜合考慮風、光等可再生資源分布特點，微網網絡架構、負荷需求特性和儲能運行特點，構建用能自洽水平較高的系統(tǒng)模式，如圖2所示。目前棗菏高速年用電總量為 ，當前新能源系統(tǒng)發(fā)電總量超過 ，經測算整個系統(tǒng)新能源自洽率達到100%。

（５）交通基礎設施新能源供給潛力評估方法。結合交通行業(yè)相關規(guī)劃以及太陽能、風能資源評估方法等技術規(guī)范，分情景、分交通基礎設施類型評估其潛在的新能源發(fā)電可裝機容量和發(fā)電量，提出交通基礎設施新能源開發(fā)潛力的評估方法。

（６）基于分布式可再生能源的交能融合微電網規(guī)劃方法。構建適宜的新能源發(fā)電模型和儲能設備，考慮多種成本建立以交通沿線分布式可再生能源為主體的微電網規(guī)劃模型，如圖3所示，提出高速公路風光儲充換氫電站的選址和定容方法。

（７）高速公路基礎設施低碳運營策略。從微電網智能運行控制、光儲充電站充放電優(yōu)化和隧道節(jié)能管理等方面著手，實施高速公路低碳運營策略，如圖4所示。

（８）高速公路交能融合碳排放核算評估方法。構建碳足跡核算模型，建設交通設施全生命周期能耗排放計算方法，實現(xiàn)基建工程各階段碳排放的一鍵歸集和指標分析。

2.2 盈利模式方面

交能融合項目主營業(yè)務收入一般為售電收入。自洽率和上網電價是關系到交能融合項目能否盈利的最核心邊界條件。具體到項目中，可采用自發(fā)自用、余電上網或全額上網的模式，通過售電產生盈利。上網電價主要受國家和地方政策影響，可適當向地方爭取配套政策。自洽率主要受高速公路上基礎設施設備數量、交能融合應用場景等因素影響，因此可通過豐富交能融合應用場景提高能源自洽比例。具體運作模式如圖5所示。

2.3 能源側、交通側需求方面

（１）交通側：聚焦高速公路交能融合典型場景，研究了交能融合工程可能對司乘人員眩光、基礎設施結構穩(wěn)定等帶來的安全影響，以及可能對周邊敏感目標造成的光污染、對邊坡植被造成的環(huán)境影響問題，形成交能融合安全影響評價、環(huán)境影響評價指南；對于高速公路交能融合典型場景，構建事故成因數據庫，研究建立了適合不同區(qū)域、不同可再生能源利用方式的交能融合安全管理體系。

（２）能源側：分布式光伏單點并網容量設置不高于6MW，不需報主管部門規(guī)劃申請指標；以每個分布式為一個單獨的項目，向所在縣的審批局辦理項目備案，向電網公司辦理接入和消納；開展交直流一體化多能變換技術在交能融合微電網高速公路應用的研究，分析風電、光伏等新能源發(fā)電互補增效特性，結合電源負荷特征研究微電網運行對并網電能質量的影響及電能質量改進措施，提出高速公路交能融合微電網典型場景下穩(wěn)定入網的方法。

2.4 政策標準體系方面

（１）政策機制：結合我國交能融合政策分析和趨勢研判相關結論，從規(guī)劃標準、創(chuàng)新研發(fā)、工程示范、管理體制等方面開展系統(tǒng)研究，提出我國交能融合政策相關發(fā)展建議，為相關行業(yè)主管部門交能融合政策的制定提供支撐。相關建議內容如圖6所示。

（２）標準體系：對國內外交通、能源技術標準體系建設的情況進行深入調研，系統(tǒng)梳理國內外交能融合涉及領域已有或已立項的國際、國家、行業(yè)、地方、團體和企業(yè)等各類型關鍵技術標準。針對制約交能融合領域發(fā)展的技術標準壁壘和實際工程中出現(xiàn)的需求，制定新編和需要修訂的標準清單，構建覆蓋高速公路交能融合設計、建設、運維、驗收等全流程的科學、完善的交能融合關鍵技術標準體系。標準體系如表1所示，標準體系之間的關系如圖7所示。

2.5 典型應用場景方面

在山東棗菏交能融合示范工程上，對交能融合典型應用場景進行了探索與實踐。

（１）分布式光伏在高速公路領域規(guī)模化應用

基于高速公路路域分布式光伏發(fā)電潛力和經濟性分析，結合交通用能特性，開展分布式光伏在高速公路領域規(guī)?；瘧眉夹g研究，形成分布式光伏發(fā)電在高速公路領域規(guī)?；瘧脠鼍?。相比小規(guī)模試驗段，光伏規(guī)?；瘧每梢源蟠鬁p少沿路建設電力設施的電網建設成本，形成分布式光伏發(fā)電在高速公路領域規(guī)?；ㄔO標準，利用分布式能源特性，對沿路的用電負荷進行供電，例如路燈、基站、攝像頭、沿路用能設備（通信網絡）、電動汽車充電、路面融冰等新型用能設備。此外，規(guī)?；ㄔO能帶動建材、交通運輸、零售、設備器材等相關產業(yè)的發(fā)展。

（２）（近）零碳服務區(qū)建設

遵循“清潔低碳、安全高效”的能源發(fā)展戰(zhàn)略思想，發(fā)揮服務區(qū)所在區(qū)域多種能源組合優(yōu)勢，大力開發(fā)服務區(qū)的各種能源資源，加強資源高效加工轉化和綜合協(xié)調利用，依托服務區(qū)合理建設包含風電、光伏、儲能、充換電基礎設施、加氫站等不同形式的能源站，為服務區(qū)提供綠色低碳的能源供應，推動能源生產和消費革命，形成綠色能源利用生態(tài)體系，創(chuàng)建特色（近）零碳服務區(qū)，形成（近）零碳服務區(qū)建設應用場?景。

（３）隧道能源自洽系統(tǒng)應用

充分利用隧道的地理優(yōu)勢和可再生資源優(yōu)勢，以高速網絡攝像機、環(huán)境傳感器、智能空開、燈控開關等作為感知設備，以寬帶載波電力線作為通信橋梁，配以智能終端作為控制核心，形成集“清潔能源 智能微網 隧道清潔能源供應”于一體的隧道能源自洽系統(tǒng)應用場景。

（４）典型智慧（綜合）能源公路集成應用

分析電氣化公路能源需求與多元清潔能源供給基礎，通過研究分布式路域沿線新能源開發(fā)、服務區(qū)、隧道智能微網、交通供配電系統(tǒng)改造升級技術等技術，建設智慧（綜合）能源公路集成應用示范控制平臺系統(tǒng)，對于示范區(qū)域的光伏、儲能及負荷進行可觀可控，與電網系統(tǒng)形成多能互補交能融合綜合能源平?臺。

（５）光伏廊道

利用高速公路凈空上方空間，提高公路的光伏開發(fā)潛力，在大幅提高交通系統(tǒng)能源自給率的同時，滿足未來智能交通路端設備隨時隨地的用電需求。

3 結語

基于山東棗荷交能融合示范工程項目的實踐經驗，結合對交能融合行業(yè)的發(fā)展分析，公路交通與能源融合項目將向以下幾個方面拓展：

（１）交通能源一體化規(guī)劃設計。在傳統(tǒng)高速公路規(guī)劃設計的基礎上，融入沿線新能源資源開發(fā)條件，

實現(xiàn)規(guī)劃設計階段的交能融合。在交通能源一體化規(guī)劃設計的基礎上，可將高速公路項目與配套新能源項目打捆開發(fā)，實現(xiàn)高速公路及配套新能源工程同步施工投產。

（2）高速公路施工期綠色供能。高速公路施工過程中，供電困難，供電成本高，且施工期與運營期用電規(guī)模和特性相差較大，高速公路綠色施工轉型需求迫切。進行分布式新能源開發(fā)，可進一步滿足施工期及運營期的用電需求，降低綜合用電成本。

（3）路域外新能源規(guī)?；瘏f(xié)同開發(fā)。高速公路周邊近區(qū)的大片可利用土地資源的能源化利用，以新能源規(guī)?；~并網消納為主，獲取相對可觀的增量收益，同時可兼顧路域內新能源接入及公路設施供電。

（4）“電?熱?儲?氫”綜合能源服務。高速公路綜合用能綠色低碳轉型需求迫切，高速公路服務區(qū)、養(yǎng)護區(qū)自身存在冷、熱、電、氣等多品類用能需求，且該類對象的用能需求相對較大，因此可以開發(fā)綜合能源服務場景。

（5）智慧公路融合運營。基于交通基礎設施網、能源電力網、信息網、物流運輸網等多網融合，通過一體化智慧融合調度平臺，實現(xiàn)多類網絡之間的協(xié)同智慧運營。

參考文獻：

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