Research on the Standards System of Freeway Transportation-Energy Integration

FU Hao1.2 MAO Ning3 LONG Yan1 JIAO Mingyang4 ZHANG Huaiyang4 TIAN Yifei4 ZHANG Liqi1LIU Jin2

（1. School ofEnergyand Power Engineering，Huazhong Universityof Science and Technology;2.Gezhouba Group Transportation Investment Company;3.PlanningandResearch Institute，MinistryofTransportationand Communications; 4. China-EU Institute for Clean and Renewable Energy at Huazhong University of Science and Technology）

Abstract： [Objective] The construction of the transportation-energyintegrationstandards system is a key link to promote the ntegrated developmentof transportationand energy，andrealize the green and low-carbon transformationof the transportationindustry.Asanimportantstarting pointforreducingcarbon emision intheroadtransport field，itisurgent to buildastandardssystem tosupport the transportation-energyintegrateddevelopmentoffreewayscene.[Methods]Combined withthe“source-net-charge-storage”integrated energyuse form，thedevelopment directionand pathof transportationand energy ntegration are analyzed，andascientific，systematicandunifiedframeworkoftransportation-energyintegration standards systemisconstructed basedonthe internaland specificcharacteristicsof theconceptof transportationand energy integration.[Results]From four aspects of transportation and energy coupling development，demonstration engineering technicalproblems，standard formulationandcompilationoflayers，leadingtheinternationalcore standards， thecorrespondingsuggestions forthestandardizationofenergyintegrationare given.[Conclusion]Theconstructionof the freeway transportation-energyintegrationstandardssystemprovidesanimportantscientificbasisandguidance for thesystem planning ofenergy integration standardsandtheoverallpromotionof the transportationenergyuse network infrastructure. Keywords： transportation-energy integration; standards system; freeway; standardization; new power system

0 引言

黨的二十大報告中強調(diào)積極穩(wěn)妥推進“碳達峰、碳中和”。交通運輸作為能源消耗的重點領域，面臨著需求不斷增長及環(huán)境政策更加嚴苛的雙重挑戰(zhàn)。交通運輸排放占我國碳排放總量約11%^[1] ，特別是公路運輸，目前占全國交通運輸碳排放總量 85% 以上[2]，是交通碳排放絕對的主體和減排重點。

2019年中共中央、國務院印發(fā)的《交通強國建設綱要》提出“推廣新能源、清潔能源、智能化、數(shù)字化、輕量化、環(huán)保型交通裝備及成套技術裝備”等要求。為加快建設交通強國，構(gòu)建現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)，支撐現(xiàn)代化經(jīng)濟體系和社會主義現(xiàn)代化強國建設，2021年中央財經(jīng)委員會第九次會議首次提出，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。2021年2月，國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)了《關于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》，強調(diào)包括清潔能源在內(nèi)的電源開發(fā)和協(xié)調(diào)及儲能設備的合理配置，強調(diào)負荷側(cè)參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，大力推動風光儲深度融合發(fā)展\"。這表明兩個一體化建設已是構(gòu)建消納新能源電網(wǎng)的重要措施，將成為新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中的重要一環(huán)[5]。2021年中共中央、國務院印發(fā)了《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，要求推進交通基礎設施網(wǎng)與能源網(wǎng)融合發(fā)展，健全能源戰(zhàn)略物資運輸保障體系，提出加強可再生能源、新能源、清潔能源裝備設施更新利用和廢舊建材再生利用等任務。一系列政策相繼提出，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，優(yōu)化交通能源結(jié)構(gòu)，推進交通基礎設施網(wǎng)與能源網(wǎng)融合發(fā)展勢在必行。

交通領域的新型用能形式和用能設施正在快速發(fā)展，但支撐交能融合系統(tǒng)的標準體系尚屬空白。2021年中共中央、國務院印發(fā)了《國家標準化發(fā)展綱要》[7]，其中提到“加快構(gòu)建推動高質(zhì)量發(fā)展的標準體系，助力高技術創(chuàng)新，促進高水平開放，引領高質(zhì)量發(fā)展”。推動交能融合技術標準化是實現(xiàn)交通用能清潔化、能源交通一體化，以及提升清潔能源利用效率的堅實基礎，也是促進能源、交通行業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的有效保障。因此，面向我國建設交通強國的重大需求，加快建設交能融合標準體系，推動交通與能源的深度融合，是助力交通領域“雙碳”目標實現(xiàn)的重要舉措。本文圍繞最易于開展交能融合示范建設的高速公路場景，系統(tǒng)梳理國內(nèi)交能融合標準制定現(xiàn)狀，初步構(gòu)建高速公路場景下交能融合標準體系，對交能融合標準化工作的統(tǒng)籌規(guī)劃提出建議。

1交能融合研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1發(fā)展現(xiàn)狀

交能融合是交通網(wǎng)絡、能源網(wǎng)絡的整合，以交通為服務對象，以能源為動力，服務智能交通。交能融合發(fā)展催生了新的行業(yè)契機，國外機構(gòu)與學者較早開展了高速公路場景下能源利用相關的研究及應用工作，主要側(cè)重于可再生能源開發(fā)與道路設施相結(jié)合的實踐應用。例如2014年荷蘭通過在水泥板中嵌入晶體硅太陽能電池板，將其鋪設在自行車道，生產(chǎn)的電能用來為街燈、交通信號燈和民宅供電[]。法國的瓦特路是全球第一條太陽能發(fā)電公路，全長約1千米，每年發(fā)電量達到280兆瓦時，可為整個小鎮(zhèn)3400位居民的夜間道路照明供電。公路電氣化技術也是交能融合重要研究方向。2018年，瑞典建立了世界上第一條電氣化道路，該道路可以通過將車輛底部的移動臂和路面的軌道連接來為行駛中的電動汽車充電。我國在交能融合領域的技術研究尚處于初級階段，高速公路場景下交能融合研究主要側(cè)重在新能源資源利用和資源潛力評估方面。風能、光能發(fā)電具有隨機性、波動性、間歇性等特點。系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力已成為影響風光集中式與分布式大發(fā)展、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關鍵因素[]。楊永平等[評估了我國高速公路及鐵路的光伏資源潛力，進而提出了陸路交通能源系統(tǒng)的發(fā)展策略。在新能源利用方式研究方面，“光伏 + 交通場景”是目前構(gòu)建綠色交通能源系統(tǒng)的主要研究形式[12]，如光伏 ⁺ 高鐵站、光伏 + 停車場、光伏 + 高速公路等。為實現(xiàn)最大化消納綠色能源，戚野白等對高速公路服務區(qū)光伏與虛擬電廠協(xié)同控制策略進行了研究。能源互聯(lián)技術可以提升新型電力系統(tǒng)的靈活性、充裕性和經(jīng)濟性[4]，交通能源互聯(lián)網(wǎng)也是交能融合與數(shù)字化轉(zhuǎn)型相結(jié)合的重要研究方向，交通-信息-新能源“三網(wǎng)”融合發(fā)展[15]，以及交能融合大數(shù)據(jù)平臺的搭建將促進交通能源領域進一步深度融合。

在標準體系研究方面，國內(nèi)學者多圍繞軌道交通相關標準體系展開了研究和探計討[17-19]。在標準體系建設方面，交通領域現(xiàn)有標準體系包括公路工程標準體系、交通運輸安全應急標準體系、交通運輸信息化標準體系、交通運輸智慧物流標準體系、綠色交通標準體系、綜合交通運輸標準體系。其中，涉及能源領域的部分出現(xiàn)在綠色交通標準體系節(jié)能降碳標準一一新能源與清潔能源應用中。能源領域現(xiàn)有標準體系包括風電標準體系、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)綜合標準化技術體系、新型儲能標準體系。其中，涉及交通領域的部分出現(xiàn)在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)綜合標準化技術體系光伏應用標準 一光伏交通設施中?，F(xiàn)有能源與交通領域標準體系相對獨立，編制邏輯和結(jié)構(gòu)框架區(qū)別較大，雖存在部分交叉，但覆蓋面不全，適用性不足，標準歸口不清，難以支撐交能融合相關標準的系統(tǒng)規(guī)劃和制定實施。

1.2發(fā)展趨勢

促進綠色電力與綠色交通共融，構(gòu)建綠色交通發(fā)展體系和清潔低碳能源的融合是中國未來實現(xiàn)交通低碳可持續(xù)發(fā)展的關鍵戰(zhàn)略路徑[]，，有助于建設交通強國，推進可再生能源轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。未來隨著綠色交通和綠色能源網(wǎng)絡的進一步融合，以及光伏材料、車路協(xié)同等技術的進步，高速公路沿線能源需求量將急劇增加，高速公路需要同步規(guī)劃建設科學合理、經(jīng)濟高效的供能、充電設施，因此需要進一步開發(fā)高速公路能源建設潛力，拓展高速公路可建設光伏發(fā)電的場景，將分布式清潔能源作為重要的能源補給手段。

交能融合標準化工作是推動交通能源一體化發(fā)展體系的基石，交能融合標準體系的構(gòu)建是動態(tài)描繪交能融合發(fā)展藍圖、系統(tǒng)規(guī)劃交能融合標準研制、全面指導交能融合標準實施計劃的關鍵環(huán)節(jié)。目前，高速公路場景下分布式能源、儲能等交互式能源設施正在快速發(fā)展，多能供給、綜合服務、智慧用能等各種新型能源形式不斷涌現(xiàn)，但交能融合作為一個新概念，其界定范圍、技術規(guī)范、評價標準等都處在空白階段，而新能源和互聯(lián)網(wǎng)的加入需要結(jié)合各項新技術和應用場景進行相應迭代研究。因此，為推進交能融合系統(tǒng)的發(fā)展和完善，需要制定一套系統(tǒng)、科學、完整、開放、統(tǒng)一的交能融合關鍵技術標準體系，為交通與能源的深度融合發(fā)展指明發(fā)展方向。

2 標準體系編制

交通與能源融合的形式和用能技術與交通場景有密切的關系，主要交通場景包括鐵路、公路、城市、港口、機場等。本文主要研究在高速公路場景下交能融合關鍵技術標準體系。

2.1編制目標

根據(jù)高速公路場景下交能融合技術標準的需求，確保標準體系的分類科學、層級清晰、結(jié)構(gòu)合理，能夠完整清晰地展現(xiàn)交通、能源行業(yè)融合發(fā)展的實際情況和符合未來預期規(guī)劃，以科學性原則、全面性原則和應用性原則為依據(jù)，構(gòu)建高速公路交能融合標準體系，為交能融合領域涉及的關鍵技術提供重要支撐。

2.2構(gòu)建依據(jù)

依據(jù)《交通強國建設綱要》《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》提出的“優(yōu)化交通能源結(jié)構(gòu)，推進新能源、清潔能源應用”和“推進交通基礎設施網(wǎng)與運輸服務網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)融合發(fā)展”的戰(zhàn)略形勢要求，以及《交通領域科技創(chuàng)新中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2021—2035年）》全面布局交通與能源融合發(fā)展的科技研發(fā)任務方向，結(jié)合《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》提出的“推廣低碳設施設備”中“鼓勵在交通樞紐場站以及公路、鐵路等沿線合理布局光伏發(fā)電及儲能設施和“實施交通運輸綠色低碳轉(zhuǎn)型行動”的行動要求，同時參考交通運輸部印發(fā)《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》《關于積極擴大交通運輸有效投資的通知》《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2025年）》中提出在服務區(qū)、邊坡等公路沿線適宜區(qū)域合理布局光伏發(fā)電設施的應用建議，為推動交通能源融合發(fā)展和推進交能融合標準化建設工作提供有力保障。同時按照《中華人民共和國標準化法》[2和GB/T13016—2018《標準體系構(gòu)建原則和要求》2的規(guī)定，對標準體系進行分析，進一步確定標準體系結(jié)構(gòu)框架。

3 標準體系構(gòu)建

3.1標準體系結(jié)構(gòu)圖

基于交通和能源行業(yè)融合當前發(fā)展面臨的戰(zhàn)略形勢要求，分析交通與能源融合發(fā)展方向和路徑，遵循科學性原則、全面性原則、應用性原則，依照國家、行業(yè)對標準體系的建設要求，按照GB/T13016—2018《標準體系構(gòu)建原則和要求》，結(jié)合交通和能源融合概念的內(nèi)在特征和具體特點，將高速公路交能融合標準體系框架劃分為100基礎標準、200設施標準、300設備標準、400運維標準、500評價標準、900相關標準。標準體系框架圖如圖1所示。

圖1高速公路交能融合標準體系結(jié)構(gòu)圖

表6900相關標準類別內(nèi)容

3.3標準統(tǒng)計

標準體系收集各類標準包括國家標準、行業(yè)標準共計113項。其中，已發(fā)布國家標準25項，行業(yè)標準18項，擬編標準72項。按一級子體系分類對現(xiàn)有標準及擬編標準進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。現(xiàn)有標準中分布在相關標準部分的數(shù)量最多，其次是設備標準部分。擬編標準則主要集中在設施標準及運維標準部分。可見，高速公路場景下交能融合領域的現(xiàn)有標準極其有限，應盡快針對交能融合場景的特殊性制定相關標準。

圖2高速公路交能融合分門類標準統(tǒng)計圖

4標準制修訂規(guī)劃建議

在交通用能需求不斷增加，新型交通用能技術快速發(fā)展的雙重壓力下，實現(xiàn)交通與能源領域的融合離不開標準化的推動。為了完善高速公路交能融合標準體系，提出以下標準制修訂相關建議：

（1）充分結(jié)合工程問題，配套制定相關標準。應重點關注交能融合示范工程項目現(xiàn)場實施問題，以問題為導向，有自的、有計劃地對標準化過程及成果信息進行收集、加工、分析、研究等一系列活動。有序開展技術研究工作，掌握交能融合關鍵技術，形成面向典型應用場景的交能融合解決方案。比如針對“如何快速對邊坡穩(wěn)定性情況進行評價”這一工程問題，可以制定《邊坡光伏設施穩(wěn)定性計算方法與評價》。用研究成果為標準制定打下堅實基礎，構(gòu)建面向應用的高速公路場景下的交能融合關鍵技術標準體系。

（2）交通能源相互支撐，標準制定互為一體。交能融合不僅是2個領域在空間上的組合，更是二者在技術實踐上的相互耦合。不僅能源的生產(chǎn)和使用要適應交通場景的特殊性，交通設施及工程的相關標準也要配合能源設備的使用需求。例如，在高速公路邊坡安裝光伏板的項目中，不僅要制定光伏板在邊坡場景下的安裝標準，如《邊坡光伏板鋪設樁基選型標準》《臨滑極限狀態(tài)下邊坡光伏板樁基安裝規(guī)范》等，也要考慮光伏的安裝對邊坡產(chǎn)生的生態(tài)影響、安全影響，從而制定應對標準，如《邊坡光伏發(fā)電工程生態(tài)防護設計規(guī)范》等。

（3）標準制定分層擬編，避免標準交叉重復。交能融合領域現(xiàn)有標準主要在通用標準中，其交叉主要體現(xiàn)在國家標準、行業(yè)標準、地方標準之間的重復。應梳理現(xiàn)有相似標準，對重復標準進行整合修訂，保證各級標準之間層級清晰、相互補充，充分發(fā)揮現(xiàn)有標準的協(xié)調(diào)機制作用。在制定擬編標準時，要做到分期分類、由上至下。由國家標準引領，地方標準、行業(yè)標準進行補充。這需要各級標準管理部門的協(xié)同合作，在標準立項之前就劃清標準適用范圍，避免重復立項、分級不清等問題。

（4）加強國際交流合作，引領國際核心標準。交能融合目前尚處在起步階段，國內(nèi)外還未進行系統(tǒng)性的研究工作和深人的研究成果。我國應利用好自身龐大的交通系統(tǒng)，順應能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的趨勢，依據(jù)交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃和可再生能源技術優(yōu)勢，盡快參與到國際交能融合領域的技術交流中。引領并配合其他國家開展交能融合關鍵技術研究及標準制定，爭取在國際標準的編制中取得主導地位。

高速公路場景下的交能融合關鍵技術標準體系的構(gòu)建是一項服務交通與能源融合關鍵技術的基礎性標準化工程。下一步，相關部門可依據(jù)本標準體系，對相關社會生產(chǎn)活動進行監(jiān)督和指導，根據(jù)標準體系的運行情況對標準體系進行定期更新。堅持習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念，加強交能融合標準化工作的總體規(guī)劃及頂層設計，助推交能融合領域的發(fā)展，提高交能融合標準化工作效能。

5結(jié)論

（1）結(jié)合交通與能源領域結(jié)合發(fā)展的政策導向，分析了當前交能融合領域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，明確了構(gòu)建交能融合標準體系的必要性。

（2）從高速公路用能場景角度切入，結(jié)合“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化的用能形式，構(gòu)建了高速公路場景下交能融合關鍵技術標準體系，為高速公路場景下的交能融合技術標準化工作提供參考。

（3）通過分場景梳理高速公路場景下交能融合現(xiàn)有標準，本研究發(fā)現(xiàn)在邊坡、隔離帶、路面等特定交通場景下的能源技術相關標準較少，現(xiàn)有標準多集中于通用場景的用能技術中。

（4）通過分技術梳理高速公路場景下交能融合現(xiàn)有標準，發(fā)現(xiàn)太陽能利用技術、風能利用技術和充換電設施相關技術現(xiàn)有標準較多；氫儲能技術、離網(wǎng)型微電網(wǎng)技術和其他儲能技術相關標準較少，特別是氫儲能技術相關標準還處在空白狀態(tài)。

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