序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的公路交通與能源融合實(shí)踐模式研究樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

目前交通行業(yè)碳排放量約占全社會(huì)碳排放總量10%，其中公路交通碳排放在交通行業(yè)占比約80%[1]，因此，公路交通擔(dān)負(fù)著加快形成綠色低碳運(yùn)輸方式、實(shí)現(xiàn)減污降碳的重大責(zé)任，亟需加快推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展可再生能源。近年《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》、《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》等的發(fā)布旨在建設(shè)高質(zhì)量綜合立體交通網(wǎng)，促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)與運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)、信息網(wǎng)、能源網(wǎng)“四網(wǎng)”融合；為優(yōu)化交通能源結(jié)構(gòu)，交通與能源融合發(fā)展的戰(zhàn)略與政策相繼發(fā)布，旨在促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)與能源網(wǎng)融合發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)能源與交通的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)[2]。根據(jù)華北電力大學(xué)國(guó)家交能融合發(fā)展研究院測(cè)算，預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)高速公路分布式光伏年發(fā)電量為780GW·h，全國(guó)高速公路用電自洽率為4.2%，可再生能源電力滲透率為19.2%，年減少碳排放77.8萬t，到2030年，全國(guó)高速公路分布式光伏年發(fā)電量為8990GW·h，全國(guó)高速公路用電自洽率為19.9%，可再生能源電力滲透率為39.1%，年減少碳排放896.3萬t[3]。由此可見，公路交通與能源融合發(fā)展領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模和前景巨大。

1面臨的問題

交能融合概念的發(fā)展催生了新的行業(yè)契機(jī)，但交能融合項(xiàng)目的推進(jìn)目前也存在一系列亟待解決的問題：一是關(guān)鍵技術(shù)未突破；二是項(xiàng)目盈利模式不清晰；三是交通側(cè)及能源側(cè)需求不明確；四是政策機(jī)制不完善、標(biāo)準(zhǔn)體系不健全等；五是典型應(yīng)用場(chǎng)景不成熟。

1.1關(guān)鍵技術(shù)未突破

國(guó)內(nèi)外在能源與交通融合領(lǐng)域主要在“源”層面開展了初步探索，缺乏“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”一體化深度融合的理論及技術(shù)。交通沿線光伏規(guī)?；瘧?yīng)用技術(shù)、“風(fēng)光儲(chǔ)充換氫”綜合供能技術(shù)、智能微電網(wǎng)技術(shù)、用能安全穩(wěn)定保障及品質(zhì)提升技術(shù)、能源智慧管控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題也制約了該領(lǐng)域的發(fā)展。

1.2盈利模式不清晰

交能融合項(xiàng)目光伏組件的裝機(jī)容量需要根據(jù)高速公路沿線的資源稟賦條件、線位走向、沿線消納情況、并網(wǎng)條件等因素確定，不同的項(xiàng)目實(shí)際情況差異較大。同時(shí)，在項(xiàng)目總投資構(gòu)成中，設(shè)備購置費(fèi)通常占到項(xiàng)目總投資的80%以上，例如光伏、儲(chǔ)能等設(shè)備的價(jià)格對(duì)投資影響較大，影響投資控制。因此，還需要進(jìn)一步探索成熟可行的盈利模式。

1.3交通側(cè)、能源側(cè)影響不明確

在交通側(cè)，各省交通運(yùn)輸主管部門缺乏可參考的交能融合安全性論證依據(jù)，反映在三個(gè)方面：一是光伏項(xiàng)目實(shí)施后對(duì)道路行車安全的影響，對(duì)過往行駛車輛及周圍居民的光影響，車輛發(fā)生事故沖出護(hù)欄后對(duì)司乘的二次傷害等；二是光伏項(xiàng)目實(shí)施對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的影響，主要是在高速公路現(xiàn)有邊坡進(jìn)行建設(shè)活動(dòng)，新建設(shè)施對(duì)公路邊坡穩(wěn)定性的影響；三是光伏項(xiàng)目實(shí)施對(duì)生態(tài)環(huán)境影響，主要包括對(duì)道路兩側(cè)原有植被生態(tài)、周邊環(huán)境和沿線群眾生活的影響。在能源側(cè)，一是項(xiàng)目所在地消納能力不足，可能要求更高的儲(chǔ)能占比，導(dǎo)致項(xiàng)目投資增大、收益不及預(yù)期等；二是新能源指標(biāo)獲取難，新項(xiàng)目每年只有一次申報(bào)機(jī)會(huì)，準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，獲取難度大；三是并網(wǎng)穩(wěn)定性影響，交能融合項(xiàng)目目前多選用分布式光伏，采用低壓多點(diǎn)并網(wǎng)方式，微電網(wǎng)并網(wǎng)后對(duì)大電網(wǎng)的穩(wěn)定性可能產(chǎn)生影響。

1.4政策機(jī)制不完善、標(biāo)準(zhǔn)體系不健全

目前我國(guó)的交能融合發(fā)展尚處于起步階段，相關(guān)政策機(jī)制還不十分健全。交通行業(yè)和能源行業(yè)的管理職能部門之間，存在著較大的跨行業(yè)、多部門協(xié)調(diào)的體制壁壘[4]，缺乏交能融合相關(guān)的政策和協(xié)調(diào)機(jī)制。交通與能源兩個(gè)領(lǐng)域的融合界面還不清晰，單獨(dú)涉及兩個(gè)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前已相對(duì)健全，但兩個(gè)行業(yè)的部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范未有效銜接，風(fēng)、光、熱、儲(chǔ)、氫、換、充等清潔能源一體化應(yīng)用在交通領(lǐng)域的融合應(yīng)用技術(shù)體系尚未形成，導(dǎo)致交能融合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維、驗(yàn)收等工作缺乏有效參考與指導(dǎo)。

1.5應(yīng)用場(chǎng)景不成熟

現(xiàn)有工程實(shí)踐多數(shù)處于小規(guī)模探索階段。如針對(duì)高速公路、港口、鐵路等應(yīng)用場(chǎng)景，常見為小規(guī)模分布式光伏發(fā)電補(bǔ)償案例，電氣化公路、能源自洽公路和隧道、交能融合集成裝備等技術(shù)和場(chǎng)景大多處于試點(diǎn)探索階段，尚未形成可實(shí)施的典型應(yīng)用場(chǎng)景解決方案和示范工程。

2公路交通與能源融合項(xiàng)目實(shí)踐

山東棗（莊）菏（澤）高速交能融合示范工程項(xiàng)目遵循“低碳、智慧、高效、安全”的建設(shè)理念，打造了涵蓋路域清潔能源（光伏）、清潔能源儲(chǔ)能技術(shù)、服務(wù)區(qū)充換電站、零碳服務(wù)區(qū)（屋頂光伏、風(fēng)電路燈）、交通供配電系統(tǒng)改造升級(jí)、智慧交通系統(tǒng)、環(huán)保節(jié)能設(shè)施、四網(wǎng)融合展廳等多種元素的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)充”一體化項(xiàng)目。公路全長(zhǎng)177.8公里，跨8個(gè)縣，光伏總裝機(jī)容量為124MW，是國(guó)內(nèi)目前在建距離最長(zhǎng)、裝機(jī)規(guī)模最大的交能融合項(xiàng)目之一，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)交能融合領(lǐng)域多層級(jí)一體化融合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與示范應(yīng)用的空白，為我國(guó)交通與能源領(lǐng)域綠色低碳轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，針對(duì)交能融合項(xiàng)目存在的各類實(shí)際問題，對(duì)其可行的實(shí)踐模式進(jìn)行了探索研究，形成了具有較強(qiáng)指導(dǎo)性與可操作性的解決方案。

2.1關(guān)鍵技術(shù)方面

針對(duì)交能融合關(guān)鍵技術(shù)未突破的現(xiàn)狀，在山東棗菏交能融合示范工程上率先應(yīng)用了一批新技術(shù)。

（1）交通沿線光伏故障診斷技術(shù)。建立光伏組件的可靠性數(shù)據(jù)庫，根據(jù)故障模式和故障表現(xiàn)判定故障原因及故障后果，提出預(yù)防措施，結(jié)合光伏組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高速公路光伏組件的運(yùn)行監(jiān)控及故障診斷。

（2）交通沿線光伏鏡面自潔技術(shù)。構(gòu)建灰塵與鏡面黏附機(jī)理模型，研制光伏表面超疏膜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)超疏膜除灰性能優(yōu)化超疏膜設(shè)計(jì)。

（3）交能融合“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”一體化技術(shù)。根據(jù)交能融合系統(tǒng)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷和儲(chǔ)能等可行性布局，搭建“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”多層級(jí)一體化的技術(shù)架構(gòu)，指導(dǎo)技術(shù)集成應(yīng)用和示范項(xiàng)目建設(shè)，如圖1所示。

（4）交通用能自洽系統(tǒng)。綜合考慮風(fēng)、光等可再生資源分布特點(diǎn)，微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、負(fù)荷需求特性和儲(chǔ)能運(yùn)行特點(diǎn)，構(gòu)建用能自洽水平較高的系統(tǒng)模式，如圖2所示。目前棗菏高速年用電總量為400MW·h，當(dāng)前新能源系統(tǒng)發(fā)電總量為超過500MW·h，經(jīng)測(cè)算整個(gè)系統(tǒng)新能源自洽率達(dá)到100%。交通用能自洽系統(tǒng)如圖2所示。

（5）交通基礎(chǔ)設(shè)施新能源供給潛力評(píng)估方法。結(jié)合交通行業(yè)相關(guān)規(guī)劃以及太陽能、風(fēng)能資源評(píng)估方法等技術(shù)規(guī)范，分情景、分交通基礎(chǔ)設(shè)施類型評(píng)估其潛在的新能源發(fā)電可裝機(jī)容量和發(fā)電量，提出交通基礎(chǔ)設(shè)施新能源開發(fā)潛力的評(píng)估方法。

（6）基于分布式可再生能源的交能融合微電網(wǎng)規(guī)劃方法。構(gòu)建適宜的新能源發(fā)電出力模型和儲(chǔ)能設(shè)備出力，考慮多種成本建立以交通沿線分布式可再生能源為主體的微電網(wǎng)規(guī)劃模型，如圖3所示，提出高速公路風(fēng)光儲(chǔ)充換氫電站的選址和定容方法。

（7）高速公路基礎(chǔ)設(shè)施低碳運(yùn)營(yíng)策略。從微電網(wǎng)智能運(yùn)行控制、光儲(chǔ)充電站充放電優(yōu)化和隧道節(jié)能管理等方面著手，實(shí)施高速公路低碳運(yùn)營(yíng)策略，如圖4所示。

（8）高速公路交能融合碳排放核算評(píng)估方法。構(gòu)建碳足跡核算模型，建設(shè)交通設(shè)施全生命周期能耗排放計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)基建工程各階段碳排放的一鍵歸集和指標(biāo)分析。

2.2盈利模式方面

交能融合項(xiàng)目主營(yíng)業(yè)務(wù)收入一般為售電收入。自洽率和上網(wǎng)電價(jià)是關(guān)系到交能融合項(xiàng)目能否盈利的最核心邊界條件。具體到項(xiàng)目中，可采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)或全額上網(wǎng)的模式，通過售電產(chǎn)生盈利。上網(wǎng)電價(jià)主要受國(guó)家和地方政策影響，可適當(dāng)向地方爭(zhēng)取配套政策。自洽率主要受高速公路上基礎(chǔ)設(shè)置設(shè)備數(shù)量、交能融合應(yīng)用場(chǎng)景等因素影響，因此可通過豐富交能融合應(yīng)用場(chǎng)景提高能源自洽比例。具體運(yùn)作模式如圖5所示。

2.3能源側(cè)、交通側(cè)需求方面

（1）交通側(cè)：聚焦高速公路交能融合典型場(chǎng)景，研究了交能融合工程可能對(duì)司乘人員眩光、基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等帶來的安全影響，以及可能對(duì)周邊敏感目標(biāo)造成的光污染、對(duì)邊坡植被造成的環(huán)境影響問題，形成交能融合安全影響評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)指南；對(duì)于高速公路交能融合典型場(chǎng)景，構(gòu)建事故成因數(shù)據(jù)庫，研究建立了適合不同區(qū)域、不同可再生能源利用方式的交能融合安全管理體系。

（2）能源側(cè)：分布式光伏單點(diǎn)并網(wǎng)容量設(shè)置不高于6MW，不需報(bào)主管部門規(guī)劃申請(qǐng)指標(biāo)；以每個(gè)分布式為一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目，向所在縣的審批局辦理項(xiàng)目備案，向電網(wǎng)公司辦理接入和消納；開展交直流一體化多能變換技術(shù)在交能融合微電網(wǎng)高速公路應(yīng)用的研究，分析風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電互補(bǔ)增效特性，結(jié)合電源負(fù)荷特征研究微電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)并網(wǎng)電能質(zhì)量的影響及電能質(zhì)量改進(jìn)措施，提出高速公路交能融合微電網(wǎng)典型場(chǎng)景下穩(wěn)定入網(wǎng)的方法。

2.4政策標(biāo)準(zhǔn)體系方面

（1）政策機(jī)制：結(jié)合我國(guó)交能融合政策分析和趨勢(shì)研判相關(guān)結(jié)論，從規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新研發(fā)、工程示范、管理體制等方面開展系統(tǒng)研究，提出我國(guó)交能融合政策相關(guān)發(fā)展建議，為相關(guān)行業(yè)主管部門交能融合政策的制定提供支撐。相關(guān)建議內(nèi)容如圖6所示。

（2）標(biāo)準(zhǔn)體系：對(duì)國(guó)內(nèi)外交通、能源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的情況進(jìn)行深入調(diào)研，系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外交能融合涉及領(lǐng)域已有或已立項(xiàng)的國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)、地方、團(tuán)體和企業(yè)等各類型關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)制約交能融合領(lǐng)域發(fā)展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)壁壘和實(shí)際工程中出現(xiàn)的需求，制定新編和需要修訂的標(biāo)準(zhǔn)清單，構(gòu)建覆蓋高速公路交能融合設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維、驗(yàn)收等全流程的科學(xué)、完善的交能融合關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。標(biāo)準(zhǔn)體系如表1所示，標(biāo)準(zhǔn)體系之間的關(guān)系如圖7所示。

2.5典型應(yīng)用場(chǎng)景方面

在山東棗菏交能融合示范工程上，對(duì)交能融合典型應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了探索與實(shí)踐。

（1）分布式光伏在高速公路領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用基于高速公路路域分布式光伏發(fā)電潛力和經(jīng)濟(jì)性分析，結(jié)合交通用能特性，開展分布式光伏在高速公路領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用技術(shù)研究，形成分布式光伏發(fā)電在高速公路領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用場(chǎng)景。相比小規(guī)模試驗(yàn)段，光伏規(guī)?；瘧?yīng)用可以大大減少沿路建設(shè)電力設(shè)施的電網(wǎng)建設(shè)成本，形成分布式光伏發(fā)電在高速公路領(lǐng)域規(guī)?；ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)，利用分布式能源特性，對(duì)于沿路的用電負(fù)荷進(jìn)行供電，例如路燈、基站、攝像頭、沿路用能設(shè)備（通信網(wǎng)絡(luò)）、電動(dòng)汽車充電、路面融冰等新型用能設(shè)備。此外，規(guī)?；ㄔO(shè)能帶動(dòng)建材、交通運(yùn)輸、零售、設(shè)備器材等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）（近）零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)遵循“清潔低碳、安全高效”的能源發(fā)展戰(zhàn)略思想，發(fā)揮服務(wù)區(qū)所在區(qū)域多種能源組合優(yōu)勢(shì)，大力開發(fā)服務(wù)區(qū)的各種能源資源，加強(qiáng)資源高效加工轉(zhuǎn)化和綜合協(xié)調(diào)利用，依托服務(wù)區(qū)合理建設(shè)包含風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能、充換電基礎(chǔ)設(shè)施、加氫站等不同形式的能源站，為服務(wù)區(qū)提供綠色低碳的能源供應(yīng)，推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，形成綠色能源利用生態(tài)體系，創(chuàng)建特色（近）零碳服務(wù)區(qū)，形成（近）零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)應(yīng)用場(chǎng)景。

（3）隧道能源自洽系統(tǒng)應(yīng)用充分利用隧道的地理優(yōu)勢(shì)和可再生資源優(yōu)勢(shì)，以高速網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、環(huán)境傳感器、智能空開、燈控開關(guān)等作為感知設(shè)備，以寬帶載波電力線作為通訊橋梁，配以智能終端作為控制核心，形成集“清潔能源+智能微網(wǎng)+隧道清潔能源供應(yīng)”于一體的隧道能源自洽系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景。

（4）典型智慧（綜合）能源公路集成應(yīng)用分析電氣化公路能源需求與多元清潔能源供給基礎(chǔ)，通過研究分布式路域沿線新能源開發(fā)、服務(wù)區(qū)、隧道智能微網(wǎng)、交通供配電系統(tǒng)改造升級(jí)技術(shù)等技術(shù)，建設(shè)智慧（綜合）能源公路集成應(yīng)用示范控制平臺(tái)系統(tǒng)，對(duì)于示范區(qū)域的光伏、儲(chǔ)能及負(fù)荷進(jìn)行可觀可控，與電網(wǎng)系統(tǒng)形成多能互補(bǔ)交能融合綜合能源平臺(tái)。

（5）光伏廊道利用高速公路凈空上方空間，提高公路的光伏開發(fā)潛力，在大幅提高交通系統(tǒng)能源自給率的同時(shí)，滿足未來智能交通路端設(shè)備隨時(shí)隨地的用電需求的發(fā)展需要。

3結(jié)語

基于山東棗荷交能融合示范工程項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合對(duì)交能融合行業(yè)的發(fā)展分析，公路交通與能源融合項(xiàng)目將向以下幾個(gè)方面拓展：

（1）交通能源一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)高速公路規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，融入沿線新能源資源開發(fā)條件，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的交能融合。在交通能源一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可將高速公路項(xiàng)目與配套新能源項(xiàng)目打捆開發(fā)，實(shí)現(xiàn)高速公路及配套新能源工程同步施工投產(chǎn)。

（2）高速公路施工期綠色供能。高速公路施工過程中，供電困難，供電成本高，且施工期與運(yùn)營(yíng)期用電規(guī)模和特性相差較大，高速公路綠色施工轉(zhuǎn)型需求迫切。進(jìn)行分布式新能源開發(fā)，可進(jìn)一步滿足施工期及運(yùn)營(yíng)期的用電需求，降低綜合用電成本。

（3）路域外新能源規(guī)?；瘏f(xié)同開發(fā)。高速公路周邊近區(qū)的大片可利用土地資源的能源化利用，以新能源規(guī)?；~并網(wǎng)消納為主，獲取相對(duì)可觀的增量收益，同時(shí)可兼顧路域內(nèi)新能源接入及公路設(shè)施供電。

（4）“電-熱-儲(chǔ)-氫”綜合能源服務(wù)。高速公路綜合用能綠色低碳轉(zhuǎn)型需求迫切，高速公路服務(wù)區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)自身存在冷、熱、電、氣等多品類用能需求，且該類對(duì)象的用能需求相對(duì)較大，因此可以開發(fā)綜合能源服務(wù)場(chǎng)景。

（5）智慧公路融合運(yùn)營(yíng)。基于交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、能源電力網(wǎng)、信息網(wǎng)、物流運(yùn)輸網(wǎng)等多網(wǎng)融合，通過一體化智慧融合調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多類網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同智慧運(yùn)營(yíng)。

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作者:姚沅 付豪 梁葉云 田孝武 單位:葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司 葛洲壩（武漢）新能源發(fā)展有限公司