摘要：為響應(yīng)中國交通能源一體化發(fā)展的號召，針對高速公路服務(wù)區(qū)高排放、高能耗的現(xiàn)狀，本文重點分析交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用。復(fù)合土地資源開發(fā)可以提高土地利用率；利用太陽能、氫能等清潔能源可以減少用電成本和碳排放，對于高速公路服務(wù)區(qū)而言，能源的產(chǎn)用自洽可以減少能源長距離運輸，集中區(qū)域進行太陽能和氫能的開發(fā)及儲存更加便于管理。另外本文對于交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)用的發(fā)展趨勢進行分析，結(jié)論為：光伏、加氫站、充換電站等將為服務(wù)區(qū)提供綠色低碳的能源供應(yīng)。

關(guān)鍵詞：交能融合；高速公路；服務(wù)區(qū)建設(shè)；綠色能源；交通電氣化

中圖分類號：X382 文獻標識碼：A 文章編號：1673-6478（2023）01-0086-05

Research on the Application of Traffic Energy Integration in the Construction of

Expressway Service Areas

WEI Kun LIU Yang ZHOU Liqin GU Guangjin LI Na

（1. Henan Henan-Hebei Expressway Co.，Ltd.，Linzhou Henan 456500，China；2. Overseas Branch of Henan Highway Engineering Bureau Group Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450052，China）

Abstract：In response to the call for the integrated development of transportation and energy in China，in view of the current situation of high emissions and high energy consumption in expressway service areas，this paper focuses on analyzing the application of transportation energy integration in the construction of expressway service areas. The development of composite land resources can improve land utilization；the use of clean energy such as solar energy and hydrogen energy can reduce electricity costs and carbon emissions. The development and storage of solar and hydrogen energy is more manageable. In addition，this paper analyzes the development trend of the application of energy exchange integration in the expressway service area. The conclusion is that：photovoltaics，hydrogen refueling stations，charging and swapping stations，etc.，will provide green and low-carbon energy supply for the service area.

Key words：traffic energy integration；expressway；service area construction；green energy；transportation electrification

0 引言

能源與交通息息相關(guān)、不可分割。交通是能源的最大負荷領(lǐng)域，綠色發(fā)展是交通發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求。交通和能源都是關(guān)乎國計民生的全局性、基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性行業(yè)，也是“雙碳”工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略背景下，推動能源與交通融合發(fā)展、促進交能融合的綠色低碳轉(zhuǎn)型，意義重大。

交通運輸和綠色能源的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是推動經(jīng)濟和社會發(fā)展的引擎，也是經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)條件。根據(jù)國際可再生能源機構(gòu)的研究報告，未來將大規(guī)模使用電力、太陽能等新能源。目前，國內(nèi)許多學(xué)者分析了新能源的開發(fā)與應(yīng)用前景。一些專家分析了交通運輸與綠色能源融合創(chuàng)新發(fā)展中存在的問題[1]。然而，沒有從交能融合的角度分析發(fā)展現(xiàn)狀。交通運輸和綠色能源的深度集成將成為未來的主要趨勢。在國家電網(wǎng)建設(shè)期間，在電路規(guī)劃和設(shè)計中遵循了與交通網(wǎng)絡(luò)平行的原則，但在高速公路服務(wù)區(qū)等設(shè)施的發(fā)電及輸電布局方面考慮不足。

我國對公路服務(wù)區(qū)的研究起步較晚。服務(wù)設(shè)施的功能、尺寸和技術(shù)要求在《公路建設(shè)技術(shù)標準》（JTG B01-2003）中進行了簡單規(guī)定，未涉及節(jié)能技術(shù)。有學(xué)者根據(jù)中國東北沈大公路服務(wù)區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)和理論計算，分析了公路休息設(shè)施的空間大小和停車容量[2]。一些學(xué)者研究了公路服務(wù)的功能、位置、間距控制和建筑設(shè)計要求[3]。一些學(xué)者提出了高速公路服務(wù)區(qū)污水的生物處理方法，用于植被澆水和廁所沖洗[4]?？梢钥闯?，中國對高速公路服務(wù)區(qū)的研究主要集中在高速公路服務(wù)區(qū)、供水和污水處理等方面，而將高速公路服務(wù)區(qū)的建設(shè)與交能融合結(jié)合的研究較少。

因此，本文通過梳理交能融合發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，全面分析交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用，創(chuàng)新性提出交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)的未來發(fā)展趨勢和對策建議，以期為交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)的發(fā)展提供方向指引。

1 交能融合的發(fā)展現(xiàn)狀

交能融合即交通行業(yè)與綠色可再生能源的融合發(fā)展，不僅可以進一步拓展綠色能源的發(fā)展空間，而且可以減少交通碳排放，從而實現(xiàn)“雙碳”目標。

近年來，我國交通運輸部與能源部門充分考慮燃料、電力及綠色能源等輸送特點，在新型交能設(shè)施統(tǒng)籌布局規(guī)劃建設(shè)中不斷探索，將共建共享理念融入交能基礎(chǔ)設(shè)施，一方面提高設(shè)施利用效率，另一方面減少能源資源消耗[5]。現(xiàn)有研究主要集中在交通運輸部門對綠色能源的需求以及新型綠色能源的開發(fā)上，旨在為低碳目標開發(fā)出交能融合具有實際意義的路徑[6]。

在公路交能融合設(shè)計和應(yīng)用方面，相關(guān)研究主要集中在運輸所需綠色能源的開發(fā)與融合上，并在城市交通基礎(chǔ)設(shè)施上展開了大量研究和實踐。韓國在城市公路修建了帶有光伏頂棚的綠色自行車通道，該光伏頂棚可以通過太陽能發(fā)電為周邊紅綠燈、攝像頭以及路燈提供電力；荷蘭建設(shè)了世界上首個路面光伏，該路面光伏所發(fā)電量可供路燈以及其他用電道路設(shè)施使用；杭州滬杭甬高速路相關(guān)設(shè)計師設(shè)計了光伏弧形頂棚以滿足收費站的電力需求等[7]。

綠色能源系統(tǒng)規(guī)劃方面提出了路域“源-荷–儲”，交通運輸部致力于開發(fā)“源-荷-儲-存”的智慧公路交能融合應(yīng)用技術(shù)框架[7]；國家交能融合發(fā)展研究院就我國交能融合的現(xiàn)有基本形態(tài)和發(fā)展模式進行了全面總結(jié)[8]。

交能融合的優(yōu)點突出，首先，更好地貼合我國資源節(jié)約和環(huán)境友好的低碳政策，進一步加速推進交通運輸朝低碳供給型轉(zhuǎn)變；其次，低碳交通加速推進有利于實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標；另外，還可以促進地方交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運營管理模式的優(yōu)化，例如高速公路服務(wù)區(qū)等典型區(qū)域，推動高速公路沿線區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展。

2 高速公路服務(wù)區(qū)介紹及發(fā)展現(xiàn)狀

高速公路服務(wù)區(qū)主要為乘客和司機提供餐飲、休息、信息咨詢、通信等服務(wù)，并為車輛提供停車區(qū)和加油、加氣、充電站等。高速公路服務(wù)區(qū)的完善程度是衡量高速公路基礎(chǔ)設(shè)施完整性的重要標志之一。服務(wù)區(qū)不僅在減少高速公路交通事故、提升高速公路運營效率方面發(fā)揮著重要作用，還在高速公路環(huán)境優(yōu)化和社會效益方面起著不可或缺的作用[4]。

改革開放以來，政府出臺了一系列政策來鼓勵和推動高速公路的快速發(fā)展。自此，高速公路服務(wù)區(qū)的建設(shè)水平也迅速發(fā)展。近年來，隨著高速公路的不斷擴張，以及“雙碳”政策的發(fā)布和新能源汽車的普及，傳統(tǒng)的加油、加氣站已經(jīng)不能滿足上路的新型汽車的需求。因此，高速公路服務(wù)區(qū)規(guī)劃和設(shè)計需要以綠色能源為主，多種補給形式和高質(zhì)量服務(wù)為目標進行升級和優(yōu)化。

高速公路服務(wù)區(qū)的功能區(qū)按功能分類，包括停車區(qū)、燃料及能源補給站、服務(wù)區(qū)、智能設(shè)施、綠化區(qū)等。服務(wù)區(qū)合理的布局和人性化的設(shè)計是規(guī)劃時考慮的必要環(huán)節(jié)，旨在提高使用人員的舒適度以及滿足人們的多種需求，從而增加服務(wù)區(qū)的使用效率。高速公路服務(wù)區(qū)的功能區(qū)及設(shè)施如表1所示。

高速公路服務(wù)區(qū)作為客貨運輸大動脈——高速公路的基礎(chǔ)配套設(shè)施在各個方面都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。高速公路服務(wù)區(qū)隨著公路里程數(shù)的不斷增加和基礎(chǔ)設(shè)施的完善而迅速發(fā)展，導(dǎo)致土地資源消耗和日常晝夜用電迅速提升。在當(dāng)今低碳時代，高速公路服務(wù)區(qū)的土地利用效率和綠色能源發(fā)電輸電受到相關(guān)部門的高度重視。雖然服務(wù)區(qū)建設(shè)水平已經(jīng)顯著提升，但在服務(wù)質(zhì)量和能源供給上依舊存在較大問題。例如，服務(wù)區(qū)全年晝夜無休運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致能耗巨大；另外，獨立性與封閉性的特點使得服務(wù)區(qū)大部分采用電壓不穩(wěn)定且價格較高的農(nóng)電，而利用可再生能源供電的服務(wù)區(qū)更是鳳毛麟角。

3 交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用

近年來，為落實綠色交通發(fā)展與建設(shè)要求，交通部提出需加快建設(shè)以綠色能源和交通相結(jié)合的交通運輸體系，這也意味著對高速公路服務(wù)區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)提出了以低碳為主題的更高要求。

3.1 太陽能技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用

高速公路服務(wù)區(qū)的封閉性和獨立性決定了其對資源和環(huán)境的依賴性和壓力。將太陽能技術(shù)應(yīng)用于高速公路服務(wù)區(qū)，不僅可以減少能源消耗，提高能源效率，還可以減少空氣污染，保護生態(tài)環(huán)境。太陽能光伏系統(tǒng)具有體積小、占用空間小、使用壽命長、無污染排放、無水發(fā)電等優(yōu)點，非常適合高速公路服務(wù)區(qū)。

如今，隨著太陽能交通燈、太陽能定向燈、太陽能路燈等新型交通照明設(shè)備的引入，太陽能技術(shù)逐漸擴展到公路交通領(lǐng)域。然而，太陽能技術(shù)在中國高速公路服務(wù)區(qū)領(lǐng)域的應(yīng)用卻很少。作為為車輛和乘客服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，高速公路服務(wù)區(qū)的整體功能決定了公路服務(wù)的質(zhì)量和效率以及經(jīng)濟效益。高速公路服務(wù)區(qū)的封閉性和獨立性決定了其對資源和環(huán)境的依賴性。將太陽能技術(shù)應(yīng)用于高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)，不僅可以緩解資源短缺難題，降低能源消耗，提高資源和能源效率，還可以最大化經(jīng)濟效益，減少不必要的環(huán)境污染，優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量[9]。

高速公路服務(wù)區(qū)所用到的太陽能技術(shù)包括停車場、辦公建筑、道路沿線以及交通緩沖區(qū)的整體化光伏發(fā)電。與屋頂光伏相比，整體化光伏開發(fā)面積更大，清潔能源產(chǎn)生更多；與新興公路線型光伏相比，服務(wù)區(qū)光伏一體化更易于集中管理，能源生產(chǎn)與消費聯(lián)系更緊密；與集中式太陽能發(fā)電廠相比，服務(wù)區(qū)整體化光伏土地利用效率更高，是一種新型復(fù)合化的開發(fā)模式。

太陽能在高速公路服務(wù)區(qū)的應(yīng)用目前主要是中小型負載如：中小型設(shè)備做離網(wǎng)供電，其供電負載主要是視頻攝像機、氣象檢測設(shè)備，微波車檢設(shè)備，能見度檢測設(shè)備、雷達測速設(shè)備、誘導(dǎo)標、道路照明設(shè)備等。另外，當(dāng)汽車停車棚利用光伏進行發(fā)電時，再加設(shè)充換電樁，有車時及時給車輛充電，無車時給電池充電，真正做到光伏發(fā)電的效率最大化，同時確保新能源汽車能夠無憂暢行。

3.2 氫能在交通與高速公路服務(wù)區(qū)中的應(yīng)用

響應(yīng)國家號召，實施雙碳戰(zhàn)略的另一應(yīng)用是構(gòu)建氫能體系——以可再生能源為主體。氫能廣泛應(yīng)用于交通、工業(yè)、化工等領(lǐng)域。目前，氫主要來源于碳氫化合物的重整。由于可再生能源在時間和空間緯度上受天氣與季節(jié)變化影響，因此有必要大力發(fā)展儲能技術(shù)。氫在儲能方面表現(xiàn)優(yōu)良，它可以將太陽能等不穩(wěn)定的可再生能源通過電解水的方式，轉(zhuǎn)換成更加穩(wěn)定的能源進行儲存。在應(yīng)用技術(shù)方面，氫能的用途主要是氫燃料電池和氫內(nèi)燃機。其中，氫燃料電池技術(shù)具有高效、穩(wěn)定、零污染的特點，因此在分布式供能、電力儲存、移動交通等方面表現(xiàn)突出，同時滿足低碳要求，做到供電零排放，與高速公路服務(wù)區(qū)的供能設(shè)施顯著適配。

為了推動氫能在多領(lǐng)域多渠道的應(yīng)用，科技部開發(fā)了氫能綜合應(yīng)用新模式。即通過氫能高速、氫能園區(qū)、氫能服務(wù)區(qū)建設(shè)，開發(fā)可推廣的氫能綜合應(yīng)用示范工程；該示范工程在圍繞四城的高速公路建設(shè)了氫能服務(wù)區(qū)，并且啟動了燃料電池?zé)犭娐?lián)動，在該服務(wù)區(qū)建立了13個氫氣加注站，創(chuàng)新性地解決了燃料電池車加氫問題。我國首次將碳中和理念引入高速公路服務(wù)區(qū)，以可再生能源利用為起點，整合可再生能源現(xiàn)場制氫、高壓儲氫、燃料電池?zé)犭娐?lián)供、綜合節(jié)能、碳補償機制、差異化能源價格等技術(shù)、經(jīng)濟、政策多維度手段，探索和建立服務(wù)區(qū)的零碳實施路徑。

針對高速公路高能耗問題，目前主要研究氫能零碳服務(wù)區(qū)規(guī)劃與設(shè)計的實施路徑，通過制定氫能與高速公路的融合策略，進一步形成氫能零碳服務(wù)區(qū)整體規(guī)劃及建設(shè)方案。建設(shè)方案包括氫能高速氫氣輸配調(diào)度、氫氣加注、安全應(yīng)用、車輛維保等技術(shù)集成，同時建立氫能高速智能化監(jiān)測及運維體系。可再生能源現(xiàn)場制氫、高壓儲氫、燃料電池?zé)犭娐?lián)供、綜合節(jié)能等關(guān)鍵技術(shù)集成，建立以氫氣儲能為核心的零碳服務(wù)區(qū)是目前建設(shè)低碳服務(wù)區(qū)的主要研究方向之一[10]。

3.3 交通電氣化在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用

建設(shè)生態(tài)文明是我國可持續(xù)發(fā)展的長久規(guī)劃。綠色交通發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)下經(jīng)濟社會發(fā)展的重要方面。推進公路電氣化改造，深入推進高速公路運行電動化，這就要求全面推進高速公路服務(wù)區(qū)充換電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使得電動汽車充換電效率最大化。

電動汽車擁有量的快速增長對綠色能源綜合服務(wù)提出了強烈的需求。事實上，解決電動汽車的核心問題不僅僅是電池壽命，而且包括在港口、公路服務(wù)區(qū)、隧道、收費站、停車場等提供清潔供電服務(wù)。它應(yīng)該充分利用公路邊坡、服務(wù)區(qū)、沿線閑置土地和收費站服務(wù)區(qū)屋頂資源，構(gòu)建集分布式光伏、存儲和充電于一體的綠色能源綜合服務(wù)體系，為新能源汽車和高速公路服務(wù)設(shè)施提供清潔能源服務(wù)和綜合支持[11]。

目前我國建設(shè)了一批基于光存儲的綜合能源站?；诰C合光伏、儲能、充電等靈活電網(wǎng)資源，在高速公路服務(wù)區(qū)、收費站、高速公路邊坡防護、停車場等建立綜合能源站，利用車聯(lián)網(wǎng)平臺與電網(wǎng)的無線互動能力，進一步提高電網(wǎng)運行的可靠性，同時降低電網(wǎng)建設(shè)成本，為人們出行提供清潔能源服務(wù)。另外服務(wù)區(qū)光伏發(fā)電和電動汽車充換電設(shè)施的合作布局正在建設(shè)中，將電動汽車作為終端放電和輔助服務(wù)，建設(shè)新能源智能充電停車場，充分利用光伏發(fā)電。另外，交通運輸部正在加快國家高速公路網(wǎng)與城際快速收費網(wǎng)的深度融合，完善公路網(wǎng)收費服務(wù)設(shè)施布局規(guī)劃。

4 交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)的發(fā)展趨勢

依托高速公路服務(wù)區(qū)合理建設(shè)光伏、儲能、充換電站、加氫站等，為服務(wù)區(qū)提供綠色低碳的能源供應(yīng)。

光伏跨界，是今后高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)的主要發(fā)展趨勢。2016年，國家能源局《能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于光伏發(fā)展研究》課題預(yù)測到2035年全國人均可享一千瓦光伏。在今后的技術(shù)發(fā)展過程中，交能融合已變成可能，在技術(shù)以及各種材料的不斷發(fā)展過程中，應(yīng)用太陽能發(fā)電及輸電，實現(xiàn)真正意義上的跨界融合，同時這也是未來交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中的主要趨勢。

未來將加強新能源汽車的技術(shù)研發(fā)，突破混合動力技術(shù)瓶頸，提升低碳能源驅(qū)動的車輛電池技術(shù)以及開發(fā)非碳基能源動力技術(shù)。交能融合應(yīng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，研發(fā)公路交通能源自洽、高效能與高彈性技術(shù)，同時升級公路交通系統(tǒng)，使其朝數(shù)字化、智能化與綜合化方向多元化發(fā)展，在此基礎(chǔ)上建設(shè)綠色高速公路服務(wù)區(qū)交通體系。通過分布式新能源開發(fā)、新能源基地建設(shè)、可再生能源制氫等方式，多途徑提高交通領(lǐng)域清潔能源的自給率；通過加大布局充換電站、加氫站、電氣化公路等基礎(chǔ)設(shè)施力度，在高速公路服務(wù)區(qū)領(lǐng)域形成穩(wěn)定的清潔能源用能規(guī)模。

根據(jù)國家信息中心預(yù)測，截至2025年，我國的汽車保有量將增至4.6億輛。由于低碳政策的推行，以光伏為代表的清潔能源的應(yīng)用范圍會逐漸地拓展增加。在今后的發(fā)展中，電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用是未來綠色智慧交通中發(fā)展的主要趨勢，對于交能融合以及人類的發(fā)展和全球的環(huán)境有著積極的影響與作用。

未來交能融合的發(fā)展趨勢將圍繞高彈性、高效能和低碳化三方面進行。一是能源管理向高彈性化方向發(fā)展，換句話說，將來的高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)模式主要通過發(fā)電用電創(chuàng)新達到低碳水平，即能源綠色化和供給的彈性多元化。二是能源供給向自洽多元化方向發(fā)展，服務(wù)區(qū)可再生能源供給站結(jié)合混合儲能裝置向附近所有用電設(shè)備供電。三是交通能源供給向綠色化方向發(fā)展，供能技術(shù)主要應(yīng)用于公路交通系統(tǒng)，包括高速公路服務(wù)區(qū)的建設(shè)；總之，高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)與交能融合同步深度發(fā)展是建設(shè)綠色中國、完成雙碳目標和任務(wù)的有力支撐。

5 結(jié)語

交能融合大勢所趨，已經(jīng)形成廣泛共識。高速公路服務(wù)區(qū)的建設(shè)也應(yīng)與交能融合同步發(fā)展。在此背景下，充分利用可再生能源構(gòu)建新型服務(wù)區(qū)能源系統(tǒng)，實現(xiàn)服務(wù)區(qū)建設(shè)與可再生能源融合發(fā)展，促進能源與服務(wù)區(qū)交通系統(tǒng)供需改革勢在必行。交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)的應(yīng)用趨勢，主要表現(xiàn)為增加創(chuàng)新點，具體來說，建立服務(wù)區(qū)智能交通系統(tǒng)、增加智能充換電設(shè)施。服務(wù)區(qū)的建設(shè)需注重節(jié)能減排、貫徹綠色發(fā)展理念等要求，同時全方位提升服務(wù)區(qū)的災(zāi)害應(yīng)急能力。交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)的應(yīng)用能夠有效發(fā)揮交能融合減污降碳綜合效益，助力交通強國建設(shè)，構(gòu)建現(xiàn)代化綜合立體交通體系。

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