交通枢纽节点的交能融合系统建设路径研究

2022-02-14徐峰达王于勤张柯炜

低碳世界 2022年10期

关键词：服务区储能设施

陈丽，徐展，徐峰达，王于勤，张柯炜

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，浙江杭州 310012）

0 引言

习近平主席在第75 届联合国大会做出重要承诺，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和，明确了我国能源转型方向。

从能源活动领域角度来看，交通运输业碳排放约占据碳排放总量的9%[1]。因此，推进交通基础设施网与能源网融合发展，强化交通与能源基础设施共建共享，加强可再生能源、清洁能源装备设施更新利用，已成为交通领域绿色低碳发展的关键手段。

交通与能源融合互联的相关研究尚处于起步阶段，主要是新能源接入交通能源系统的初步应用，例如，新加坡裕廊海港建成基于港口的9.5 MWp 太阳能光伏发电系统。国内在该领域比较有代表性的研究机构主要有华北电力大学国家能源交通融合发展研究院，从最大限度实现用能自洽的潜力与可行性出发，评估了我国交通系统能源化的自然禀赋布局开发潜力，并结合我国新能源出力的地域分布特性、骨干电网的布局特性及交通网络的建设特性，针对轨道交通和道路交通两种典型的陆路交通方式，提出了交通能源融合网建设创新模式，为规划未来15年交通与可再生能源的融合创新发展进程指出明确方向和演进路径[2]。此外，也有研究指出了交通和能源融合主要存在融合界面不清晰、路径不明确、技术不成形、机制不顺畅等问题，从目标、视角、关系和场景等方面提出了交能融合的思路及建议[3]，但研究尚未覆盖典型交通方式的交能融合系统的建设路径。

本文主要介绍了交能融合的内涵，针对交通枢纽节点提出交能融合系统的建设路径，最后分别选取某公路服务区、机场和港口介绍了交通枢纽节点的交能融合系统建设方案，为交通用能低碳化提供思路和方法。

1 交能融合的内涵分析

交能融合即交通网、能源网由条块分割的各自发展转变为集成共享的协同融合发展，在形态和功能上深度耦合，形成广泛互联、智能高效、清洁低碳和开放共享的新型综合基础设施体系，能够突破现有决策针对单一的交通系统或能源系统管理，推动交通运输的低碳节能发展和资源集约利用。

交通枢纽节点包括机场、客运枢纽、港口、高速服务区等，尽管其建设的体量和构成元素各异，但其用能需求均为冷、热、电，同时交通枢纽节点拥有显著的屋顶、土地等空间资源，可再生能源建设潜力巨大。推进交通枢纽节点空间综合利用，发挥风、光、冷、热、电不同能源种类的协同优势，构建源网荷储一体化优化的交通运输节点能源体系，可以最大限度地促进清洁新能源消纳，提升终端交通工具电气化率、推进新能源运输工具规模化应用、提升交通用绿电比例，推动打造低碳高效的绿色交通体系。

2 建设路径

2.1 建设多元清洁的能源供应设施

结合自然条件开发各类清洁能源，提升可再生能源占比，可以为交通提供清洁低碳的能源供应保障。①充分挖掘风、光等资源潜力。应用光伏发电、风力发电等新能源技术，推动太阳能与建筑深度融合发展，建设屋顶分布式光伏，满足建筑功能的前提下优先采用光伏建筑一体化建设方式；公路服务区、港口堆场等场地建设分散式风电；配套建设电源侧储能，促进新能源消纳，提升太阳能、风能等可再生能源的应用比例。②统筹推进清洁能源终端供应设施和能力建设。推动交通枢纽节点充/换电设施建设和清洁能源加注点布局，配置电动汽车充/换电设施，具备条件的交通枢纽节点可建设加氢模块、加气模块，为绿色运输和绿色出行提供便利。

2.2 推进低碳高效的能源消费方式

加快推进机场、高铁站、港口、物流园等交通枢纽用能电气化、低碳化和高效化，实施港口岸电、空港陆电改造，推进岸电储能应用，提高交通枢纽和陆港、空港物流园新建建筑节能标准。加快作业设施绿色发展，更新交通枢纽的交通工具和配套设施的高耗能设备，推进新增和更换作业机械、拖轮、货运场站作业车辆等优先使用新能源和清洁燃料。通过节能产品使用和智能化控制，实现设备低耗能。

2.3 建设智慧互动的能源管控体系

构建智慧互动的能碳管理体系，建设综合能源管理平台，接入交通枢纽内源（光伏、风电等）、网（配电网等）、荷（楼宇用户、冷热负荷、工作机械、充/换电设施等）、储（储能等）等资源，实现能源运行信息全景可观、全局可控、多维协调和智能调度，支持源网荷储的友好互动、能效管理，提升可再生能源利用率和能源综合效率，实现能源最优化管理。交通枢纽节点的交能融合系统如图1 所示。

图1 交通枢纽节点的交能融合系统

3 交通枢纽的典型建设方案

3.1 公路服务区

公路服务区作为公共服务设施，全年昼夜无休运转。服务区建筑密度低，区内有大量的停车场，具有明显的土地资源优势。高速公路服务区主要用电负荷为办公照明、空调、厨房和停车场照明（高杆灯照明）等，其中空调用电容量较大，且以夏季和冬季为主。

结合某公路服务区分析交通能源融合的典型技术方案，某服务区（东）占地面积38 764 m2，建筑密度仅为6.75%；其中道路广场占地面积13 500 m2；小车停车位89 个，占地面积约8000 m2，最大设计负荷为1076 kW，主要负荷为厨房、空调、照明负荷，年用电量约550 MW·h。结合该服务区布置情况，建设风光储充荷一体化系统，实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，可根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行，具体方案如下。

3.1.1 能源供应

（1）光伏：利用小车停车位，采用柔性光伏支架高位布置光伏约600 kWp，通过5 台110 kW 逆变器转换为交流后经汇流箱接入380 V 交流母线，平均年发电量666 MW·h。

（2）风机：考虑到服务区的地理位置均处于开阔地带，风况较好，需配置一台4 MW 风机，轮毂高度为140 m，接入服务区10 kV 微网，年均发电量约8000 MW·h。

（3）充电桩：为各种车辆实现慢速、快速充电，考虑在停车位配置10 台7 kW 交流充电站、10 台45 kW 直流充电桩及10 台120 kW 直流充电桩。充电桩优先使用风光所发的绿色电能及储能电站的谷充电能，实现效益最大化。

（4）储能：服务区配置储能系统按2 MW/4 MW·h容量配置，以预制舱型式进行配置，采用磷酸铁锂电池型式，其利用夜间低谷电价进行储能，在充电高峰期通过储能和光伏一起为充电站供电，满足高峰期用电需求，既实现了削峰填谷，又节省了配电增容费用，增加新能源的消纳，弥补了太阳能和风电发电连续性的问题。

3.1.2 能源管控

智慧能源管控平台：实现可再生能源、储能、充电桩、服务区负荷一体化调度和自动化运行控制。

3.2 机场

机场航站楼通常设计为高大空间建筑，这类建筑能耗较高，是建筑能耗高密度领域[4]，同时，大空间公共建筑空调能耗占其建筑总能耗的一半以上[5]。为此，推动风光、浅层地热能、冷热电分布式能源等多种能源形式互通互济是提升机场综合能源利用效率的重要途径和手段。机场作业车辆较多，接送机车辆来往频繁，需加快作业设施绿色发展。

以某空港新扩建航站楼为例，新建航站楼、综合交通枢纽、旅客过夜用房和配套办公用房等单体建筑，建筑面积约1 370 000 m2，设计容量为5000 万人次/年，总用电负荷约115.7 MW，冷负荷约120.6 MW，热负荷约75.3 MW，具体方案如下。

（1）分布式光伏：利用屋顶资源建设分布式光伏，先期建设10 kWp 分布式光伏进行试点，后续可结合光伏组件反光对飞机安全运行的评估结果，开展规模化光伏建设。

（2）充电桩：考虑在网约车蓄车场建设150 根充电桩，满足网约车停车充电的需求。

3.2.2 能源消费

（1）用能设施电气化：机场新购作业车辆按照清洁能源车标准采购，在航站楼停机坪先行建设12 根特种直流充电桩，推进内部作业机械加快应用清洁能源。

（2）分布式能源系统供能项目：分布式能源系统供能项目总占地面积为10 390 m2，三联供系统包括一台发电量为8 MW 级的燃气轮机发电机组，对应两台溴化锂机组，其中一台为烟气双工况热泵型溴化锂机组，另一台为烟气热水型溴化锂机组，两台溴化锂机组构成一个整体，溴化锂机组夏季总制冷量≥16 000 kW、冬季总制热量≥15 000 kW。三联供系统与能源中心电制冷主机及燃气锅炉共同构成新建航站楼的能源保障，实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上。

3.2.3 能源管控

建设机场能源信息化管理系统，把分布式能源系统供能系统、供电、照明、空调、电梯、充电桩等机电设备的管理全部数字化，实现综合用能的智慧管理。

“我叫罗瑞，我们家的情况想必杨先生已经很清楚了吧?”罗瑞扬起下巴，使自己能保持居高临下的姿态俯视着老福。

3.3 港口

港口主要用能设备为装卸机械设备、运输机械设备、仓库和堆场设备等，港区物流园区主要建筑为仓库，具有较为丰富的屋顶资源。建设绿色低碳港口，重在扩大电能、太阳能、氢能等清洁能源的应用，推进内部作业机械、供暖制冷设施设备等加快应用清洁能源，推动形成绿色低碳运输方式。以某重要的集装箱远洋干线港为例，交能融合方案如下。

3.3.1 能源供应

光伏：利用某集装箱码头泊位区的仓库屋顶建设分布式光伏，建设容量约1500 kWp，建成后年发电量 1490 MW·h。

3.3.2 能源消费

（1）清洁能源作业设施应用：将东风系列内燃机车计划改造为全电机车，续航里程90 km，每年每车可替代燃油消耗250 t，减排二氧化碳约800 t。结合港口和临港工业区新投放的电力集卡、办公车辆的充换电需求，建设电动重卡充换电站，首期为26 台车服务，替代燃油119 t，减排二氧化碳约266.6 t。

（2）港口岸电设施：推进港口岸电设施建设，确保港区高压岸电全覆盖。应用全国首艘海港5000 kW·h 纯电动作业拖船，配套建设6 kV 高压岸电快充系统，替代燃油约300 t，减排二氧化碳约672 t。

3.3.3 能源管控

构建港口岸电交能融合能量管理与控制系统，实现可再生能源发电、储能装置、岸电设施、电动汽车充/换电设施一体优化管理与调度和自动化运行控制。