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(guó)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(shù)路線(xiàn)；然后，結(jié)合政策導(dǎo)向和市場(chǎng)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(guó)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(chǎng)需求。提出的高速公路綠色電力發(fā)展方向和路線(xiàn)對(duì)于交通系統(tǒng)的綠色發(fā)展具有促進(jìn)意義，而高速公路綠色電力發(fā)展是實(shí)現(xiàn)交通能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。在交能融合背景下，政府、企業(yè)和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)共同努力，鼓勵(lì)創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，拓展市場(chǎng)應(yīng)用，以促進(jìn)高速公路綠色電力的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)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(lèi)號(hào) U417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0184-04

0 引言

能源是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)要素之一，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展，新能源產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)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(guó)能源結(jié)構(gòu)發(fā)展革新的關(guān)鍵方向。交通行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵領(lǐng)域，自“雙碳”目標(biāo)提出以來(lái)，低碳、節(jié)能逐漸成為行業(yè)發(fā)展“熱詞”，同時(shí)國(guó)家和社會(huì)也高度關(guān)注重視能源行業(yè)發(fā)展情況，同頻推動(dòng)清潔能源的研究工作。2022年5月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于扎實(shí)推動(dòng)“十四五”規(guī)劃交通運(yùn)輸重大工程項(xiàng)目實(shí)施的工作方案》，其中明確了未來(lái)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將更加注重綠色、低碳、智能發(fā)展，推進(jìn)交通與能源融合發(fā)展，加快新能源、清潔能源在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，這也成為“十四五”交通運(yùn)輸重大工程中的首要任務(wù)。高速公路作為我國(guó)交通運(yùn)輸體系的重要支柱，其能耗問(wèn)題日益受到關(guān)注。作為主要“碳源”之一，交通運(yùn)輸排放約占我國(guó)碳排放總量的10.4%，相比歐美等國(guó)家，我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的碳排放具有占比低、增速快、減排潛力大等特點(diǎn)。特別是公路運(yùn)輸，約占全國(guó)交通運(yùn)輸碳排放總量的85%以上，是交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放的絕對(duì)主體和減排重點(diǎn)。在交能融合背景下，研究高速公路綠色電力發(fā)展，構(gòu)建綠色、可持續(xù)發(fā)展交通能源融合系統(tǒng)對(duì)于生態(tài)文明建設(shè)、實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基于“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”構(gòu)建交能融合發(fā)展

“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”中的“源”是指可再生能源和清潔能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等；“網(wǎng)”是指智能電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的高效傳輸和分配；“荷”是指電力負(fù)荷，即能源的需求方，包括高速公路等交通設(shè)施；“儲(chǔ)”是指儲(chǔ)能技術(shù)，利用科學(xué)技術(shù)將多余的能源儲(chǔ)存起來(lái)，以應(yīng)對(duì)能源供應(yīng)不足的情況。在交能融合背景下，基于“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”構(gòu)建交能融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和低碳發(fā)展。“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的核心在于“源-荷-儲(chǔ)”三方面之間的交互融合，借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的信息技術(shù)手段，對(duì)能源的生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)進(jìn)行全過(guò)程的優(yōu)化管理。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析高速公路的負(fù)載電力負(fù)荷波動(dòng)情況，掌握行業(yè)未來(lái)的能源需求增長(zhǎng)趨勢(shì)，從而合理安排可再生能源的生產(chǎn)和儲(chǔ)能設(shè)備的充放電計(jì)劃，保證能源高效利用的同時(shí)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(guò)技術(shù)創(chuàng)新和政策引導(dǎo)，推動(dòng)交通行業(yè)向綠色低碳方向轉(zhuǎn)型。在高速公路領(lǐng)域，交能融合意味著將可再生能源、智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)與高速公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和低碳轉(zhuǎn)化[2]。

結(jié)合概念可知，基于“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的交能融合發(fā)展本質(zhì)上是對(duì)交通區(qū)域內(nèi)的可再生能源、城際電網(wǎng)和周邊符合三者之間的關(guān)系。在發(fā)展過(guò)程中應(yīng)注意以下三點(diǎn)：第一，交通區(qū)域內(nèi)的可再生能源與城際電網(wǎng)之間是互補(bǔ)關(guān)系，交通區(qū)域內(nèi)可再生能源的利用可以緩解電網(wǎng)壓力，同時(shí)城際電網(wǎng)也可以為交通區(qū)域提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)；第二，交通區(qū)域內(nèi)的可再生能源與周邊負(fù)荷之間是供需關(guān)系，可再生能源的發(fā)電可以滿(mǎn)足交通區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的用電需求，實(shí)現(xiàn)能源的本地化利用；第三，交通區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)能設(shè)備可以在可再生能源發(fā)電不足時(shí)提供電力支持，同時(shí)也可以在可再生能源發(fā)電過(guò)剩時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)能，實(shí)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(fù)荷預(yù)測(cè)

以時(shí)間為尺度，可將高速公路的用電負(fù)荷進(jìn)行短、中、長(zhǎng)期分段，實(shí)現(xiàn)分段預(yù)測(cè)。短期預(yù)測(cè)以日、周為時(shí)間尺度，主要關(guān)注高速公路日常運(yùn)營(yíng)期間的電力負(fù)荷情況，包括收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、監(jiān)控中心、隧道等各個(gè)用電點(diǎn)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，其間考慮節(jié)假日來(lái)往旅游車(chē)輛對(duì)用電負(fù)荷造成的沖擊。短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)智能電表、傳感器等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集，然后利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。中期預(yù)測(cè)以月、年為時(shí)間尺度，預(yù)測(cè)值會(huì)受到公路客、運(yùn)流量等因素的影響，同時(shí)，還需考慮季節(jié)性因素和節(jié)假日因素；中期預(yù)測(cè)可以為高速公路的運(yùn)營(yíng)管理提供更為宏觀的能源規(guī)劃和管理依據(jù)。長(zhǎng)期預(yù)測(cè)以未來(lái)的3～5年，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間為尺度，公路的起點(diǎn)、終點(diǎn)及沿線(xiàn)各區(qū)域的用電負(fù)荷增長(zhǎng)情況，受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)、城市規(guī)劃等多種因素的影響；長(zhǎng)期預(yù)測(cè)需要綜合考慮多種因素，包括當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、人口增長(zhǎng)情況、城市規(guī)劃等[4]。

高速公路的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)的具體內(nèi)容主要包括用電需求的種類(lèi)和大小、敏感因素的相關(guān)分析、用能的基本規(guī)律及預(yù)測(cè)模型構(gòu)建等。高速公路負(fù)荷預(yù)測(cè)的常用方法為趨勢(shì)分析法和歷史數(shù)據(jù)法等。通常來(lái)講，高速公路的用電負(fù)荷較大的時(shí)間段為白天，而夜間負(fù)荷就相對(duì)較小，這與白天車(chē)流量密集有關(guān)。針對(duì)當(dāng)前高速公路電負(fù)荷需求較大且供電壓力不斷增加的問(wèn)題，大力發(fā)展新能源綠色電力，對(duì)于高速公路綠色交通轉(zhuǎn)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(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施包括服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、監(jiān)控中心、隧道等，這些設(shè)施的用電特性各不相同。服務(wù)區(qū)通常包含餐飲、住宿、購(gòu)物等多樣化服務(wù)，因此其用電需求較為復(fù)雜，包括照明、空調(diào)、廚房設(shè)備等。收費(fèi)站主要用電設(shè)備為收費(fèi)系統(tǒng)和照明設(shè)備，其用電負(fù)荷相對(duì)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(yùn)行，對(duì)供電的可靠性和穩(wěn)定性要求極高。隧道內(nèi)的照明、通風(fēng)、排水等設(shè)備用電負(fù)荷較大，且需保持持續(xù)穩(wěn)定供電。這些設(shè)施的用電特性決定了高速公路對(duì)電力供應(yīng)的高要求，不僅要滿(mǎn)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(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，截至2023年6月底，全國(guó)新能源汽車(chē)保有量達(dá)1 620萬(wàn)輛，占汽車(chē)總量的4.94%。我國(guó)新能源汽車(chē)保有量從2015年的58萬(wàn)輛發(fā)展至今年上半年的1 620萬(wàn)輛，由占汽車(chē)總量的0.34%提升至4.94%，這意味每100輛汽車(chē)中就有近5輛是新能源汽車(chē)，在全球新能源汽車(chē)保有量中的占比達(dá)到50%。因此可以預(yù)見(jiàn)，電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)良好，也必將會(huì)對(duì)高速公路的用電結(jié)構(gòu)和實(shí)際用電方式形成一定的影響。

從用電特征上來(lái)看，高速公路的用電負(fù)荷主要是依靠電網(wǎng)供電，電負(fù)荷的波動(dòng)性較小。而隨著新能源汽車(chē)的增加，新能源汽車(chē)對(duì)高速公路上的充電需求也在日益增長(zhǎng)。交通出行存在隨機(jī)性和無(wú)序性，因而高速公路的用電負(fù)荷量在某些時(shí)段可能會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)。此外，隨著電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的增加，充電設(shè)施的建設(shè)和改造也將成為高速公路用電負(fù)荷的重要影響因素。因此，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)高速公路電力系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮這些用電特征，以實(shí)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(dòng)性的特征，因此對(duì)綠色電力的出力預(yù)測(cè)需要考慮的因素眾多，預(yù)測(cè)難度也比較高。

以某地西北部地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和光伏電站為例，對(duì)其綠色電力的出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)繪制曲線(xiàn)如圖1～2所示。

從圖1～2中的數(shù)據(jù)曲線(xiàn)可以看出，風(fēng)電出力率的隨機(jī)性較大，容易受季節(jié)和天氣的影響而出現(xiàn)較大波動(dòng)，且在陰天時(shí)風(fēng)電基本處于不出電的狀態(tài)。由此可以得出，對(duì)于綠色電力出力的波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，需要采取有效的應(yīng)對(duì)措施。首先，加強(qiáng)對(duì)綠色電力出力的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，對(duì)綠色電力的出力情況進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，以提高電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。其次，構(gòu)建完善的電力調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)綠色電力的出力情況，實(shí)時(shí)調(diào)整電力供應(yīng)，確保高速公路的用電需求得到充分滿(mǎn)足。最后，加大對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的投入，利用儲(chǔ)能設(shè)備在綠色電力充足時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)能，以便在電力不足時(shí)提供支持，實(shí)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(zhuǎn)化為能源開(kāi)發(fā)建設(shè)需求，從而推動(dòng)交通領(lǐng)域綠色能源的廣泛應(yīng)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(jìn)清潔能源開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)用能的清潔化轉(zhuǎn)變。特別是針對(duì)高速公路起點(diǎn)、終點(diǎn)和沿線(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)加大清潔型能源項(xiàng)目建設(shè)的各方面投入力度，如隧道入口、沿線(xiàn)路基兩側(cè)和服務(wù)區(qū)等設(shè)施都具有良好的新能源開(kāi)發(fā)條件，其土地條件能夠基本滿(mǎn)足新能源項(xiàng)目建設(shè)的基本需求。

從土地資源層面來(lái)看，如果對(duì)上述提及的土地資源的建設(shè)條件進(jìn)行充分考慮，那么預(yù)計(jì)每100 km就可成功開(kāi)發(fā)出約50 MW規(guī)模的光伏電站。從能源角度來(lái)看，風(fēng)能和太陽(yáng)能等能源存在一定的波動(dòng)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(guān)于高速公路的綠色電力發(fā)展還需要進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)地考察，根據(jù)具體路段的具體情況進(jìn)行詳細(xì)評(píng)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(gòu)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(fù)荷特性，構(gòu)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(yīng)。新能源微電網(wǎng)以風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源為主，通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力的高效調(diào)度和優(yōu)化配置，具體措施包括以下幾個(gè)方面：

在高速公路沿線(xiàn)的合適位置布局光伏電站和風(fēng)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(shè)智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)清潔能源的就地消納和遠(yuǎn)程調(diào)度，提高電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性，減小出力波動(dòng)。

推進(jìn)新能源汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)，完善充電樁布局，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電需求。

開(kāi)展能源需求側(cè)管理，優(yōu)化高速公路用電結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率。

3.2 構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化系統(tǒng)

“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化系統(tǒng)的構(gòu)建包括以下幾點(diǎn)：

（1）優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。在高速公路沿線(xiàn)的合適位置布局光伏電站、風(fēng)力發(fā)電站等清潔能源設(shè)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(jié)構(gòu)中的占比。

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

（3）加強(qiáng)儲(chǔ)能設(shè)備建設(shè)。在綠色電力充足時(shí)，利用儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行儲(chǔ)能，以便在電力不足時(shí)提供支持，實(shí)現(xiàn)綠色電力的平滑輸出。

（4）推進(jìn)充電設(shè)施建設(shè)。在高速公路沿線(xiàn)完善充電樁布局，滿(mǎn)足新能源汽車(chē)充電需求，促進(jìn)新能源汽車(chē)的發(fā)展。

由于新能源出力存在一定的不穩(wěn)定性和波動(dòng)性，且容易受天氣和季節(jié)性變化的影響?！霸淳W(wǎng)荷儲(chǔ)”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(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的電力供應(yīng)，以穩(wěn)定系統(tǒng)的供電需求?！霸淳W(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化系統(tǒng)的目標(biāo)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(chǔ)”一體化系統(tǒng)的內(nèi)部電力平衡結(jié)果（kW）；PL——電負(fù)荷（kW）；PW——風(fēng)電功率（kW）；PS——光伏功率（kW）；PC——儲(chǔ)能功率（kW）；Pout和Px——大電網(wǎng)系統(tǒng)所需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的電力平衡（kW）。

根據(jù)上述函數(shù)，可對(duì)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)的電力調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)高速公路綠色電力的穩(wěn)定供應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)政策支持和技術(shù)創(chuàng)新也是實(shí)現(xiàn)高速公路綠色電力轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵。為了推動(dòng)高速公路綠色電力的快速發(fā)展，政策支持和技術(shù)創(chuàng)新至關(guān)重要。政府應(yīng)加大對(duì)綠色電力項(xiàng)目的投資和支持力度，出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)企業(yè)和個(gè)人參與綠色能源的開(kāi)發(fā)和利用。此外，加強(qiáng)對(duì)綠色電力技術(shù)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有更強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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(gòu)建新能源微電網(wǎng)和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)清潔能源的高效利用和穩(wěn)定供應(yīng)。同時(shí)，加大政策支持和技術(shù)創(chuàng)新力度，推動(dòng)綠色電力在高速公路領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。通過(guò)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率、加強(qiáng)儲(chǔ)能設(shè)備建設(shè)和推進(jìn)充電設(shè)施建設(shè)等措施，助力我國(guó)高速公路綠色電力發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]魏坤，劉洋，周立欽，等.交能融合在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保， 2023（1）：86-90.

[2]張友民，馬冬冬.交能融合背景下的高速公路綠色電力發(fā)展研究[J].光源與照明， 2022（12）：177-179.

[3]張力，張炳成，黃晶晶，等.“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”構(gòu)建交能融合發(fā)展數(shù)智賦能推動(dòng)交通綠色轉(zhuǎn)型[J].中國(guó)勘察設(shè)計(jì)， 2023（S1）：10-13.

[4]張瑩瑩.交旅融合理念下遼寧省高速公路服務(wù)區(qū)轉(zhuǎn)型設(shè)計(jì)研究[J].住宅與房地產(chǎn)， 2020（33）：85-86.

[5]蔡瑋.“光伏+高速公路”新能源開(kāi)發(fā)方案探討[J].電工技術(shù)， 2022（18）：39-40+43.

[6]史天澤，姜磊.智能汽車(chē)，智能交通，智慧城市和智慧能源融合發(fā)展探索與實(shí)踐[R].中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2021）， 2022.

[7]潘志灝.低碳園區(qū)中源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化智慧綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究——以長(zhǎng)三角可持續(xù)發(fā)展研究院二期項(xiàng)目為例[J].工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化， 2024（5）：95-101.