摘要 文章探討在交能融合背景下，高速公路綠色電力發(fā)展的可行性和策略。首先，分析了我國能源融合發(fā)展現(xiàn)狀，了解高速公路綠色電力的需求和挑戰(zhàn)，提煉出適用于高速公路的綠色電力技術路線；然后，結合政策導向和市場需求，提出了高速公路綠色電力發(fā)展的策略建議。交能融合發(fā)展已成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，高速公路綠色電力發(fā)展具有巨大的潛力和市場需求。提出的高速公路綠色電力發(fā)展方向和路線對于交通系統(tǒng)的綠色發(fā)展具有促進意義，而高速公路綠色電力發(fā)展是實現(xiàn)交通能源轉型的重要途徑。在交能融合背景下，政府、企業(yè)和相關科研機構應共同努力，鼓勵創(chuàng)新技術研發(fā)，拓展市場應用，以促進高速公路綠色電力的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞 低碳交通；交能融合；智能電網(wǎng)；綠色電力；清潔能源

中圖分類號 U417 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0184-04

0 引言

能源是國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎要素之一，隨著國家經(jīng)濟、科技發(fā)展，新能源產業(yè)在市場占比日益提升，綠色電力作為新能源發(fā)展體系的重要組成部分，已成為我國能源結構發(fā)展革新的關鍵方向。交通行業(yè)作為我國經(jīng)濟發(fā)展互融互通的命脈，其發(fā)展與能源供給密不可分，是綠色電力發(fā)展的關鍵領域，自“雙碳”目標提出以來，低碳、節(jié)能逐漸成為行業(yè)發(fā)展“熱詞”，同時國家和社會也高度關注重視能源行業(yè)發(fā)展情況，同頻推動清潔能源的研究工作。2022年5月，交通運輸部發(fā)布《關于扎實推動“十四五”規(guī)劃交通運輸重大工程項目實施的工作方案》，其中明確了未來交通基礎設施建設將更加注重綠色、低碳、智能發(fā)展，推進交通與能源融合發(fā)展，加快新能源、清潔能源在交通領域的應用，這也成為“十四五”交通運輸重大工程中的首要任務。高速公路作為我國交通運輸體系的重要支柱，其能耗問題日益受到關注。作為主要“碳源”之一，交通運輸排放約占我國碳排放總量的10.4%，相比歐美等國家，我國交通運輸行業(yè)的碳排放具有占比低、增速快、減排潛力大等特點。特別是公路運輸，約占全國交通運輸碳排放總量的85%以上，是交通運輸領域碳排放的絕對主體和減排重點。在交能融合背景下，研究高速公路綠色電力發(fā)展，構建綠色、可持續(xù)發(fā)展交通能源融合系統(tǒng)對于生態(tài)文明建設、實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”具有重要的現(xiàn)實意義。

1 基于“源網(wǎng)荷儲”構建交能融合發(fā)展

“源網(wǎng)荷儲”中的“源”是指可再生能源和清潔能源，包括太陽能、風能、水能等；“網(wǎng)”是指智能電網(wǎng)，能夠實現(xiàn)能源的高效傳輸和分配；“荷”是指電力負荷，即能源的需求方，包括高速公路等交通設施；“儲”是指儲能技術，利用科學技術將多余的能源儲存起來，以應對能源供應不足的情況。在交能融合背景下，基于“源網(wǎng)荷儲”構建交能融合發(fā)展，實現(xiàn)能源的高效利用和低碳發(fā)展?！霸淳W(wǎng)荷儲”的核心在于“源-荷-儲”三方面之間的交互融合，借助大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進的信息技術手段，對能源的生產、傳輸、消費進行全過程的優(yōu)化管理。通過實時監(jiān)測與分析高速公路的負載電力負荷波動情況，掌握行業(yè)未來的能源需求增長趨勢，從而合理安排可再生能源的生產和儲能設備的充放電計劃，保證能源高效利用的同時做到低碳、綠色發(fā)展[1]。

交能融合指交通與能源兩大行業(yè)板塊的深度融合發(fā)展，意為通過技術創(chuàng)新和政策引導，推動交通行業(yè)向綠色低碳方向轉型。在高速公路領域，交能融合意味著將可再生能源、智能電網(wǎng)、儲能技術等先進技術與高速公路建設、運營和管理相結合，實現(xiàn)能源的高效利用和低碳轉化[2]。

結合概念可知，基于“源網(wǎng)荷儲”的交能融合發(fā)展本質上是對交通區(qū)域內的可再生能源、城際電網(wǎng)和周邊符合三者之間的關系。在發(fā)展過程中應注意以下三點：第一，交通區(qū)域內的可再生能源與城際電網(wǎng)之間是互補關系，交通區(qū)域內可再生能源的利用可以緩解電網(wǎng)壓力，同時城際電網(wǎng)也可以為交通區(qū)域提供穩(wěn)定的電力供應；第二，交通區(qū)域內的可再生能源與周邊負荷之間是供需關系，可再生能源的發(fā)電可以滿足交通區(qū)域內負荷的用電需求，實現(xiàn)能源的本地化利用；第三，交通區(qū)域內的儲能設備可以在可再生能源發(fā)電不足時提供電力支持，同時也可以在可再生能源發(fā)電過剩時進行儲能，實現(xiàn)能源的高效利用[3]。

2 交能融合背景下的高速公路綠色電力特征及要求

2.1 高速公路的負荷預測

以時間為尺度，可將高速公路的用電負荷進行短、中、長期分段，實現(xiàn)分段預測。短期預測以日、周為時間尺度，主要關注高速公路日常運營期間的電力負荷情況，包括收費站、服務區(qū)、監(jiān)控中心、隧道等各個用電點的負荷數(shù)據(jù)，其間考慮節(jié)假日來往旅游車輛對用電負荷造成的沖擊。短期預測數(shù)據(jù)可以通過智能電表、傳感器等設備進行實時監(jiān)測和采集，然后利用數(shù)據(jù)分析技術進行預測和分析。中期預測以月、年為時間尺度，預測值會受到公路客、運流量等因素的影響，同時，還需考慮季節(jié)性因素和節(jié)假日因素；中期預測可以為高速公路的運營管理提供更為宏觀的能源規(guī)劃和管理依據(jù)。長期預測以未來的3～5年，甚至更長的時間為尺度，公路的起點、終點及沿線各區(qū)域的用電負荷增長情況，受到當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、人口增長、城市規(guī)劃等多種因素的影響；長期預測需要綜合考慮多種因素，包括當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展趨勢、人口增長情況、城市規(guī)劃等[4]。

高速公路的用電負荷預測的具體內容主要包括用電需求的種類和大小、敏感因素的相關分析、用能的基本規(guī)律及預測模型構建等。高速公路負荷預測的常用方法為趨勢分析法和歷史數(shù)據(jù)法等。通常來講，高速公路的用電負荷較大的時間段為白天，而夜間負荷就相對較小，這與白天車流量密集有關。針對當前高速公路電負荷需求較大且供電壓力不斷增加的問題，大力發(fā)展新能源綠色電力，對于高速公路綠色交通轉型發(fā)展具有重要意義[5]。

2.2 高速公路的用電特征

高速公路沿線基礎設施包括服務區(qū)、收費站、監(jiān)控中心、隧道等，這些設施的用電特性各不相同。服務區(qū)通常包含餐飲、住宿、購物等多樣化服務，因此其用電需求較為復雜，包括照明、空調、廚房設備等。收費站主要用電設備為收費系統(tǒng)和照明設備，其用電負荷相對穩(wěn)定。監(jiān)控中心是高速公路的管理核心，需要保障24h不間斷運行，對供電的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。隧道內的照明、通風、排水等設備用電負荷較大，且需保持持續(xù)穩(wěn)定供電。這些設施的用電特性決定了高速公路對電力供應的高要求，不僅要滿足多樣化的用電需求，還要保證供電的可靠性、穩(wěn)定性和環(huán)保性。據(jù)有關調查統(tǒng)計，截至2023年6月底，全國新能源汽車保有量達1 620萬輛，占汽車總量的4.94%。我國新能源汽車保有量從2015年的58萬輛發(fā)展至今年上半年的1 620萬輛，由占汽車總量的0.34%提升至4.94%，這意味每100輛汽車中就有近5輛是新能源汽車，在全球新能源汽車保有量中的占比達到50%。因此可以預見，電動汽車的未來發(fā)展趨勢良好，也必將會對高速公路的用電結構和實際用電方式形成一定的影響。

從用電特征上來看，高速公路的用電負荷主要是依靠電網(wǎng)供電，電負荷的波動性較小。而隨著新能源汽車的增加，新能源汽車對高速公路上的充電需求也在日益增長。交通出行存在隨機性和無序性，因而高速公路的用電負荷量在某些時段可能會出現(xiàn)較大波動。此外，隨著電動汽車數(shù)量的增加，充電設施的建設和改造也將成為高速公路用電負荷的重要影響因素。因此，在規(guī)劃和設計高速公路電力系統(tǒng)時，需要充分考慮這些用電特征，以實現(xiàn)綠色電力的高效利用[6]。

2.3 綠色電力的出力特征

綠色電力的出力具有間歇性和波動性的特征，因此對綠色電力的出力預測需要考慮的因素眾多，預測難度也比較高。

以某地西北部地區(qū)的風力發(fā)電場和光伏電站為例，對其綠色電力的出力預測數(shù)據(jù)繪制曲線如圖1～2所示。

從圖1～2中的數(shù)據(jù)曲線可以看出，風電出力率的隨機性較大，容易受季節(jié)和天氣的影響而出現(xiàn)較大波動，且在陰天時風電基本處于不出電的狀態(tài)。由此可以得出，對于綠色電力出力的波動性和不穩(wěn)定性，需要采取有效的應對措施。首先，加強對綠色電力出力的監(jiān)測和預測，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術，對綠色電力的出力情況進行精準預測，以提高電力供應的穩(wěn)定性。其次，構建完善的電力調度系統(tǒng)，根據(jù)綠色電力的出力情況，實時調整電力供應，確保高速公路的用電需求得到充分滿足。最后，加大對儲能設備的投入，利用儲能設備在綠色電力充足時進行儲能，以便在電力不足時提供支持，實現(xiàn)綠色電力的有效利用。

2.4 高速公路綠色電力發(fā)展需求

高速公路綠色電力發(fā)展需要依托于交能融合環(huán)境，將供電需求轉化為能源開發(fā)建設需求，從而推動交通領域綠色能源的廣泛應用。在交能融合背景下，高速公路的綠色電力發(fā)展需要合理提高能源保障能力，在促進清潔能源開發(fā)利用的同時實現(xiàn)用能的清潔化轉變。特別是針對高速公路起點、終點和沿線的基礎設施，應加大清潔型能源項目建設的各方面投入力度，如隧道入口、沿線路基兩側和服務區(qū)等設施都具有良好的新能源開發(fā)條件，其土地條件能夠基本滿足新能源項目建設的基本需求。

從土地資源層面來看，如果對上述提及的土地資源的建設條件進行充分考慮，那么預計每100 km就可成功開發(fā)出約50 MW規(guī)模的光伏電站。從能源角度來看，風能和太陽能等能源存在一定的波動性特征，容易受季節(jié)和天氣變化的影響，不同地區(qū)的新能源特征也多有不同。因此，關于高速公路的綠色電力發(fā)展還需要進一步進行實地考察，根據(jù)具體路段的具體情況進行詳細評估后確定改造方案[7]。

3 交能融合背景下高速公路綠色電力發(fā)展措施

3.1 構建新能源微電網(wǎng)

高速公路具有明顯的地理特征和用電負荷特性，構建新能源微電網(wǎng)可以為高速公路提供穩(wěn)定、清潔的電力供應。新能源微電網(wǎng)以風能、太陽能等清潔能源為主，通過智能電網(wǎng)技術實現(xiàn)電力的高效調度和優(yōu)化配置，具體措施包括以下幾個方面：

在高速公路沿線的合適位置布局光伏電站和風力發(fā)電站，根據(jù)地形、氣候等因素優(yōu)化電站布局，提高發(fā)電效率。

建設智能電網(wǎng)，實現(xiàn)清潔能源的就地消納和遠程調度，提高電力供應的穩(wěn)定性和可靠性，減小出力波動。

推進新能源汽車充電設施建設，完善充電樁布局，滿足電動汽車充電需求。

開展能源需求側管理，優(yōu)化高速公路用電結構，提高能源利用效率。

3.2 構建“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)

“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)的構建包括以下幾點：

（1）優(yōu)化能源結構。在高速公路沿線的合適位置布局光伏電站、風力發(fā)電站等清潔能源設施，充分利用綠色能源資源，提高清潔能源在高速公路用電結構中的占比。

（2）提升能源利用效率。通過智能電網(wǎng)技術，實現(xiàn)清潔能源的高效調度和優(yōu)化配置，降低能源損耗，提高能源利用效率。

（3）加強儲能設備建設。在綠色電力充足時，利用儲能設備進行儲能，以便在電力不足時提供支持，實現(xiàn)綠色電力的平滑輸出。

（4）推進充電設施建設。在高速公路沿線完善充電樁布局，滿足新能源汽車充電需求，促進新能源汽車的發(fā)展。

由于新能源出力存在一定的不穩(wěn)定性和波動性，且容易受天氣和季節(jié)性變化的影響?！霸淳W(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)的打造需要與電網(wǎng)緊密相連，以及大電網(wǎng)對其進行實時的電力供應，以穩(wěn)定系統(tǒng)的供電需求。“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)的目標函數(shù)可表示為：

（1）

該函數(shù)的約束條件如下：

（2）

（3）

式中，Pin——“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)的內部電力平衡結果（kW）；PL——電負荷（kW）；PW——風電功率（kW）；PS——光伏功率（kW）；PC——儲能功率（kW）；Pout和Px——大電網(wǎng)系統(tǒng)所需要進行調節(jié)的電力平衡（kW）。

根據(jù)上述函數(shù)，可對“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)進行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)的電力調度策略，實現(xiàn)高速公路綠色電力的穩(wěn)定供應。在此基礎上，加強政策支持和技術創(chuàng)新也是實現(xiàn)高速公路綠色電力轉型發(fā)展的關鍵。為了推動高速公路綠色電力的快速發(fā)展，政策支持和技術創(chuàng)新至關重要。政府應加大對綠色電力項目的投資和支持力度，出臺相關政策鼓勵企業(yè)和個人參與綠色能源的開發(fā)和利用。此外，加強對綠色電力技術的研發(fā)和創(chuàng)新，提高清潔能源的發(fā)電效率和穩(wěn)定性，降低成本，使其在市場競爭中具有更強優(yōu)勢。

4 結束語

綜上所述，在交能融合背景下，高速公路綠色電力發(fā)展需要合理提高能源保障能力，構建新能源微電網(wǎng)和“源網(wǎng)荷儲”一體化系統(tǒng)，以實現(xiàn)清潔能源的高效利用和穩(wěn)定供應。同時，加大政策支持和技術創(chuàng)新力度，推動綠色電力在高速公路領域的廣泛應用。通過優(yōu)化能源結構、提高能源利用效率、加強儲能設備建設和推進充電設施建設等措施，助力我國高速公路綠色電力發(fā)展。

參考文獻

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