王曉龍 山西省智慧交通研究院有限公司

交通運(yùn)輸碳排放占我國碳排放總量的10%左右，在國家“雙碳”目標(biāo)的背景下，交通運(yùn)輸業(yè)遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。公路交通是交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域，理應(yīng)擔(dān)當(dāng)起減少碳排、保護(hù)環(huán)境的重任，這意味著交通行業(yè)必須綠色低碳轉(zhuǎn)型,將綠色低碳發(fā)展理念融入交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展中去，以此來推動公路交通的綠色、高質(zhì)量發(fā)展。

高速公路服務(wù)區(qū)作為公路交通重要的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，全年晝夜無休運(yùn)轉(zhuǎn)，照明、空調(diào)、采暖等能耗巨大，隨著新能源車滲透率的比例不斷提高，服務(wù)區(qū)用能需求不斷增加，碳減排壓力逐步加大；但高速公路服務(wù)區(qū)空間區(qū)域邊界清晰，區(qū)域內(nèi)的負(fù)載“可電氣化”能力強(qiáng)，具有良好的資源稟賦，具備可持續(xù)碳中和潛力；以“雙碳”為抓手，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)“零碳”，既可提高服務(wù)區(qū)管理能力與經(jīng)濟(jì)效益，同時可為行業(yè)減碳作出貢獻(xiàn)，助力我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 建設(shè)目標(biāo)

以山西某高速公路“近零碳”服務(wù)區(qū)為例，該服務(wù)區(qū)圍繞“雙碳”國家戰(zhàn)略目標(biāo)，以“清潔化、節(jié)能化、循環(huán)化、智慧化”為原則，提出“數(shù)智化+近零碳”的設(shè)計理念，開展綠色能源領(lǐng)域技術(shù)的集成應(yīng)用和智慧化管理的創(chuàng)新實(shí)踐，打造省內(nèi)首個融合“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化、數(shù)智化能源綜合管控、近零碳新基建于一體的近零碳綜合示范工程，為全國零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)提供“山西方案”。

2 總體方案

該服務(wù)區(qū)緊扣零碳目標(biāo)，從“綠色建筑、可再生能源利用、零碳智慧管控、林業(yè)碳匯提升”四大核心路徑，從能源端、傳輸端、消耗端、能源監(jiān)測、智能化管理、服務(wù)區(qū)建設(shè)等角度，構(gòu)建覆蓋整個服務(wù)區(qū)內(nèi)所有供能及用能設(shè)施的能源互聯(lián)網(wǎng)，提出建筑設(shè)備節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能、控制節(jié)能等高速公路近零碳服務(wù)區(qū)總體方案，如圖1 所示。

圖1 “近零碳”服務(wù)區(qū)總體方案

3 實(shí)施方案

3.1 綠色建筑

服務(wù)區(qū)房屋建筑依據(jù)地理位置及地形，遵循“被動優(yōu)先減少需求、主動優(yōu)化提高能效”的理念，充分利用自然通風(fēng)、自然采光和太陽能輻射等各種被動式節(jié)能措施以減少能源的消耗；選用氣凝膠復(fù)合保溫系統(tǒng)提升房屋的保溫隔熱；選用低碳建材、建筑光伏一體化材料降低服務(wù)區(qū)建設(shè)期、運(yùn)營期的碳排。

3.2 “源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)

3.2.1 可再生能源系統(tǒng)

項(xiàng)目以“資產(chǎn)能源化+空間能源化”為建設(shè)目標(biāo)，可再生能源建設(shè)根據(jù)服務(wù)區(qū)當(dāng)?shù)毓赓Y源豐富、風(fēng)力資源少的特點(diǎn)，因地制宜的選取屋頂、車棚、護(hù)坡采用不同材料光伏組件建立光伏發(fā)電系統(tǒng)，功率為1.8MW。

①車棚光伏組件布設(shè)方案：本項(xiàng)目在小客車停車位建立車棚，并在車棚頂部建立光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用與車棚融為一體的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其與風(fēng)格化造型的車棚相結(jié)合，具備光伏、充電的功能，既能為車輛遮風(fēng)擋雨，又能利用棚頂太陽能創(chuàng)造出清潔能源。②護(hù)坡光伏組件布設(shè)方案：護(hù)坡采用晶硅光伏組件。③綜合樓屋頂光伏組件布設(shè)方案：綜合樓屋頂采用晶硅光伏組件。④儲能配置方案：為保證服務(wù)區(qū)微網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性，提高服務(wù)區(qū)綠色電力自給率，綜合考慮可再生能源裝機(jī)容量及服務(wù)區(qū)用能總量及動態(tài)變化規(guī)律，服務(wù)區(qū)共配置容量1.8MW 的儲能系統(tǒng)，采取低充高放的策略實(shí)現(xiàn)峰谷價差套利，提升系統(tǒng)供電穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性，保證服務(wù)區(qū)綠色電力供應(yīng)。

3.2.2 多能源融合供給能源網(wǎng)

在可再生能源系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過多能融合一體化裝備，能源側(cè)實(shí)現(xiàn)光、電、儲、柴等多態(tài)能源接入的供電能力，負(fù)載側(cè)實(shí)現(xiàn)與各類負(fù)載在不同條件下所需的動態(tài)用能需求適配的配電能力，滿足日常負(fù)載、大功率負(fù)載使用需求。在滿足服務(wù)區(qū)用電負(fù)載的同時，還可為充電樁供電。

多能源融合供給能源網(wǎng)具備如下功能：

支持多能協(xié)同供能，更高效。支持光伏、市電、柴發(fā)、儲能等多種能源接入，形成新型資源融入能源網(wǎng)，提升清潔能源利用率，降低對市電的依賴。

支持聯(lián)供模式，更便捷。支持冷、熱、電多種能源聯(lián)供，使用更便捷。

支持多級供電模式，更節(jié)能。依據(jù)宜交則交、宜直則直、宜低則低、宜高則高的原則進(jìn)行配置，交/直混合、低壓/中壓混合的多類型配電，實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)模塊化工作模式，減少因交直流、高低壓變換造成的電能損失。

支持供需協(xié)調(diào)控制功能，更精準(zhǔn)。根據(jù)負(fù)載用能及清潔能源發(fā)電量，動態(tài)調(diào)節(jié)清潔能源供電比例，既滿足負(fù)載用電需求，也能盡最大程度使用清潔能源。

3.3 零碳數(shù)智化能源管控平臺

基于服務(wù)區(qū)實(shí)景三維拓?fù)鋵\生數(shù)字化模型，融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、計算層和發(fā)布層4 部分組成，構(gòu)建面向運(yùn)維的數(shù)智化多維度自適應(yīng)能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施、需求、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、安全的有機(jī)融合，總體架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 零碳數(shù)智化能源管控平臺架構(gòu)圖

零碳數(shù)智化能源管控平臺具備如下功能：

能源精細(xì)化管理?；谖锫?lián)感知技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化采集體系和網(wǎng)絡(luò)化傳輸體系，實(shí)現(xiàn)光伏、儲能、熱泵、智能照明、電力監(jiān)控等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、傳輸與監(jiān)測，并結(jié)合用能過程中能源預(yù)算、能源質(zhì)量、負(fù)荷監(jiān)測等功能需求，形成可定制化的能源監(jiān)測管理體系，實(shí)時對能源消耗、能源需量、能耗KPI等進(jìn)行分析和管理。

智慧能源管控?；谀茉床杉到y(tǒng)信息，應(yīng)用大數(shù)據(jù)+邊緣計算+AI 深度學(xué)習(xí)，采用時序分析方法通過對服務(wù)區(qū)光伏發(fā)電、空氣源熱泵及照明設(shè)備等的負(fù)荷預(yù)測，實(shí)現(xiàn)發(fā)用電設(shè)備的智能分析與管控，自動控制空氣源熱泵、可調(diào)光LED 燈具等柔性可調(diào)負(fù)荷參與需求響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的良性互動，從而達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能，使源網(wǎng)荷儲多能一體化、產(chǎn)消一體化，提高可再生能源使用率，服務(wù)區(qū)綜合用能成本最優(yōu)。

碳排放監(jiān)測與評價。具有碳排放水平識別、碳排放來源分析、碳排放數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、碳排放趨勢預(yù)測與預(yù)警等功能，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)區(qū)域的碳排放統(tǒng)一管理。同時，對區(qū)域內(nèi)碳減排水平進(jìn)行綜合評價，深入挖掘減排專項(xiàng)并結(jié)合專家意見制定相應(yīng)減排方案。

設(shè)備智能運(yùn)維。通過對設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)集成、綜合分析及故障預(yù)測，設(shè)計開發(fā)服務(wù)區(qū)設(shè)備臺賬管理、系統(tǒng)故障運(yùn)行、智慧巡檢和線上報警等功能，提升設(shè)備運(yùn)行能力及運(yùn)行效率。

數(shù)字孿生可視化展示。搭建基于數(shù)字孿生的可視化展示模塊，形成決策者、管理者、運(yùn)維者三個維度的數(shù)字化管理體系，打造具備運(yùn)、維、調(diào)、控、視、仿等能力的綜合能源數(shù)字化運(yùn)營管理載體。

3.4 林業(yè)碳匯

林業(yè)碳匯是指利用森林的儲碳功能，通過植樹造林、森林經(jīng)營等營造活動，把大氣中的二氧化碳固定到植物體和土壤中來實(shí)現(xiàn)，并按照相關(guān)規(guī)則與碳匯交易相結(jié)合的過程、活動或機(jī)制。

項(xiàng)目因地制宜合理設(shè)計服務(wù)區(qū)綠化景觀，與服務(wù)區(qū)各功能分區(qū)的需求、交通安全設(shè)計有機(jī)結(jié)合，提高服務(wù)區(qū)綠化覆蓋率，進(jìn)而提高服務(wù)區(qū)綠化固碳能力和生態(tài)功能。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益來源于光伏發(fā)電系統(tǒng)、智能配電網(wǎng)系統(tǒng)、數(shù)智化管控系統(tǒng)三個方面。經(jīng)初步估算，光伏發(fā)電系統(tǒng)每年發(fā)電量219 萬kWh，智能配電網(wǎng)系統(tǒng)每年可節(jié)約電能18 萬kWh，數(shù)智化管控系統(tǒng)每年可節(jié)約電能5 萬kWh，合計每年節(jié)能242 萬kWh，按照每千瓦時電0.65 元計算，每年可節(jié)省電費(fèi)約157.3 萬元。

4 總結(jié)與展望

在國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的背景下，高速公路服務(wù)區(qū)實(shí)現(xiàn)“零碳”是交通運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文從綠色建筑、可再生能源利用、零碳智慧管控、林業(yè)碳匯提升四個方面，構(gòu)建了“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)，給出了“近零碳”服務(wù)區(qū)機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)方案，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。展望未來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，多能源融合供給能源網(wǎng)將更加智能化提升效能；隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能控制策略將更加優(yōu)化完善，節(jié)能效果必將進(jìn)一步提升，“零碳”服務(wù)區(qū)迎來良好發(fā)展前景。