构建新型公路交通能源的互联网创新技术框架

2021-08-06交通运输部公路科学研究院

中国公路 2021年11期

文/图交通运输部公路科学研究院

该项目围绕公路交通能源融合发展战略与关键技术开展了系统研究，取得了涵盖行业发展政策，公路与太阳能资源创新应用模式，常规能源供给、传输、多元负载按需用能控制，能源微网智慧管控、低成本能源在线监测，直流电源智能调节，电能质量优化，ETC门架能源供给，充换电站电池组与车辆匹配优化，以及行业标准等成套技术成果；基于“源-荷-储-存”协同运行与控制，首次构建了新型公路交通能源互联网创新应用技术框架。

成果：在政策发布、节约能源等方面效果显著

首先，项目研究成果支撑《交通运输部关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》（交规划发〔2020〕75号）中关于“新能源新材料行业的应用发展”内容，支撑《绿色交通“十四五”发展规划》关于“优化能源结构，促进行业升级转型”“提升新能源清洁能源应用水平”“协同推进5G+能源应用示范项目”的有关内容，为行业政策的发布和制定奠定基础。

其次，项目研发的产品——大功率分布式供电系统及ETC门架系统一体化智能机柜已经转化为工程级产品。目前已在广东虎门二桥、吉林鹤大高速公路、辽宁沈山高速公路、新疆小乌高速公路、青海扎倒高速公路、云南麻昭高速公路、京港澳高速公路河北段等全国25个省市、4000多公里高速公路、上百座隧道的实际工程中推广应用，并支撑了全国取消省界收费站工程中吉林、山东、湖北、甘肃、重庆等多个省市近千个ETC门架系统的稳定和高质量运行，有效解决了公路沿线引电难、配电难、供电质量差、长距离、隧道群及特长隧道等大功率需求长期困扰行业的技术问题，累计节约工程造价近亿元，每年节能量达万余吨标煤。

同时，项目研究成果在四川省成都市郫都区电动汽车充电桩规划项目和四川自泸高速公路电气化改造项目中，进行了基于下一目的地导向的高速公路电动汽车充电引导技术成果应用。得到高速公路网车流量的统计分布数据后，结合电动汽车利用充电引导系统后的充电决策，综合考虑路网结构、出租车需求分布，以及设备利用均衡率，再结合Floyd最短路径算法和排队论M/G/k模型，以用户到最终目的地的距离、时间成本最小，充电站设备利用率分布均衡为目标，建立电动汽车充电引导策略。

预期：符合公路建设和转型发展对能源融合的需求

随着“互联网+交通运输”的大力发展，信息化、智能化建设将覆盖全部综合交通系统，除搭建了能源供给网络外，后期势必在能源管理、能源监测、能源净化、能源质量等方面进一步呈现带动作用明显的技术优势。

项目研究成果着眼未来前瞻性技术需求，形成了公路交通能源融合发展政策、技术、产品和标准等成套成果，符合我国当前公路建设特征和转型发展对能源融合的需求。成果应用推广价值高，应用前景广阔。

效益：多方面展现社会及经济效益

在社会效益方面，项目形成的公路交通设施网与太阳能光伏资源融合技术成果和行业政策建议，有效推动公路交通与太阳能清洁能源融合开发深度和广度；集中式LED灯直流电源智能调节控制技术，提高了设备使用寿命，同时降低了因隧道LED灯驱动电源损坏，需阻断局部车道交通，且使用高车维修对交通安全的影响；开发的ETC自由流门架专用智能供配电机柜，确保了2019年交通运输部全国高速公路省界主线收费站撤站工作圆满完成。

在间接经济效益方面，项目研究开发的多电力模块无主均流并联及能源微网管控技术，攻克了国际上单相供电单机容量难以超过100千伏安的世界技术难题，实现了1兆伏安级的突破，建设成本较传统供电方案可节省约15%；基于多元负载用能按需分配理论模型开发的多源负载接入按需供电智能控制系统，显著降低供配电系统空载率和运行能耗，节能量可达到10%以上；大功率超快速动态自愈电能质量优化技术可大幅抑制电力谐波、电网冲击与闪变，优化能源供给质量，避免供配电系统、用电负载与电网间的相互干扰，负载故障率降低50%以上，显著节约后期设备维护维修次数；通过实时电价引导电动汽车有序充电，实现了运营商收益的最大化，并通过实时调度降低了用户电费，可降低综合用电费用约每年每千瓦时0.8元，按照我国电动汽车保有量500万辆，每辆电池平均电量70千瓦时，则每年可节约2.8亿元。

项目曾获科技奖励情况