交能融合背景下的高速公路绿色电力发展研究

摘要 文章探讨在交能融合背景下，高速公路绿色电力发展的可行性和策略。首先，分析了我国能源融合发展现状，了解高速公路绿色电力的需求和挑战，提炼出适用于高速公路的绿色电力技术路线；然后，结合政策导向和市场需求，提出了高速公路绿色电力发展的策略建议。交能融合发展已成为我国能源战略的重要组成部分，高速公路绿色电力发展具有巨大的潜力和市场需求。提出的高速公路绿色电力发展方向和路线对于交通系统的绿色发展具有促进意义，而高速公路绿色电力发展是实现交通能源转型的重要途径。在交能融合背景下，政府、企业和相关科研机构应共同努力，鼓励创新技术研发，拓展市场应用，以促进高速公路绿色电力的可持续发展。

关键词 低碳交通；交能融合；智能电网；绿色电力；清洁能源

中图分类号 U417 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）24-0184-04

0 引言

能源是国家经济发展的基础要素之一，随着国家经济、科技发展，新能源产业在市场占比日益提升，绿色电力作为新能源发展体系的重要组成部分，已成为我国能源结构发展革新的关键方向。交通行业作为我国经济发展互融互通的命脉，其发展与能源供给密不可分，是绿色电力发展的关键领域，自“双碳”目标提出以来，低碳、节能逐渐成为行业发展“热词”，同时国家和社会也高度关注重视能源行业发展情况，同频推动清洁能源的研究工作。2022年5月，交通运输部发布《关于扎实推动“十四五”规划交通运输重大工程项目实施的工作方案》，其中明确了未来交通基础设施建设将更加注重绿色、低碳、智能发展，推进交通与能源融合发展，加快新能源、清洁能源在交通领域的应用，这也成为“十四五”交通运输重大工程中的首要任务。高速公路作为我国交通运输体系的重要支柱，其能耗问题日益受到关注。作为主要“碳源”之一，交通运输排放约占我国碳排放总量的10.4%，相比欧美等国家，我国交通运输行业的碳排放具有占比低、增速快、减排潜力大等特点。特别是公路运输，约占全国交通运输碳排放总量的85%以上，是交通运输领域碳排放的绝对主体和减排重点。在交能融合背景下，研究高速公路绿色电力发展，构建绿色、可持续发展交通能源融合系统对于生态文明建设、实现“碳达峰”“碳中和”具有重要的现实意义。

1 基于“源网荷储”构建交能融合发展

“源网荷储”中的“源”是指可再生能源和清洁能源，包括太阳能、风能、水能等；“网”是指智能电网，能够实现能源的高效传输和分配；“荷”是指电力负荷，即能源的需求方，包括高速公路等交通设施；“储”是指储能技术，利用科学技术将多余的能源储存起来，以应对能源供应不足的情况。在交能融合背景下，基于“源网荷储”构建交能融合发展，实现能源的高效利用和低碳发展。“源网荷储”的核心在于“源-荷-储”三方面之间的交互融合，借助大数据、云计算、物联网等先进的信息技术手段，对能源的生产、传输、消费进行全过程的优化管理。通过实时监测与分析高速公路的负载电力负荷波动情况，掌握行业未来的能源需求增长趋势，从而合理安排可再生能源的生产和储能设备的充放电计划，保证能源高效利用的同时做到低碳、绿色发展[1]。

交能融合指交通与能源两大行业板块的深度融合发展，意为通过技术创新和政策引导，推动交通行业向绿色低碳方向转型。在高速公路领域，交能融合意味着将可再生能源、智能电网、储能技术等先进技术与高速公路建设、运营和管理相结合，实现能源的高效利用和低碳转化[2]。

结合概念可知，基于“源网荷储”的交能融合发展本质上是对交通区域内的可再生能源、城际电网和周边符合三者之间的关系。在发展过程中应注意以下三点：第一，交通区域内的可再生能源与城际电网之间是互补关系，交通区域内可再生能源的利用可以缓解电网压力，同时城际电网也可以为交通区域提供稳定的电力供应；第二，交通区域内的可再生能源与周边负荷之间是供需关系，可再生能源的发电可以满足交通区域内负荷的用电需求，实现能源的本地化利用；第三，交通区域内的储能设备可以在可再生能源发电不足时提供电力支持，同时也可以在可再生能源发电过剩时进行储能，实现能源的高效利用[3]。

2 交能融合背景下的高速公路绿色电力特征及要求

2.1 高速公路的负荷预测

以时间为尺度，可将高速公路的用电负荷进行短、中、长期分段，实现分段预测。短期预测以日、周为时间尺度，主要关注高速公路日常运营期间的电力负荷情况，包括收费站、服务区、监控中心、隧道等各个用电点的负荷数据，其间考虑节假日来往旅游车辆对用电负荷造成的冲击。短期预测数据可以通过智能电表、传感器等设备进行实时监测和采集，然后利用数据分析技术进行预测和分析。中期预测以月、年为时间尺度，预测值会受到公路客、运流量等因素的影响，同时，还需考虑季节性因素和节假日因素；中期预测可以为高速公路的运营管理提供更为宏观的能源规划和管理依据。长期预测以未来的3～5年，甚至更长的时间为尺度，公路的起点、终点及沿线各区域的用电负荷增长情况，受到当地经济发展、人口增长、城市规划等多种因素的影响；长期预测需要综合考虑多种因素，包括当地经济发展趋势、人口增长情况、城市规划等[4]。

高速公路的用电负荷预测的具体内容主要包括用电需求的种类和大小、敏感因素的相关分析、用能的基本规律及预测模型构建等。高速公路负荷预测的常用方法为趋势分析法和历史数据法等。通常来讲，高速公路的用电负荷较大的时间段为白天，而夜间负荷就相对较小，这与白天车流量密集有关。针对当前高速公路电负荷需求较大且供电压力不断增加的问题，大力发展新能源绿色电力，对于高速公路绿色交通转型发展具有重要意义[5]。

2.2 高速公路的用电特征

高速公路沿线基础设施包括服务区、收费站、监控中心、隧道等，这些设施的用电特性各不相同。服务区通常包含餐饮、住宿、购物等多样化服务，因此其用电需求较为复杂，包括照明、空调、厨房设备等。收费站主要用电设备为收费系统和照明设备，其用电负荷相对稳定。监控中心是高速公路的管理核心，需要保障24h不间断运行，对供电的可靠性和稳定性要求极高。隧道内的照明、通风、排水等设备用电负荷较大，且需保持持续稳定供电。这些设施的用电特性决定了高速公路对电力供应的高要求，不仅要满足多样化的用电需求，还要保证供电的可靠性、稳定性和环保性。据有关调查统计，截至2023年6月底，全国新能源汽车保有量达1 620万辆，占汽车总量的4.94%。我国新能源汽车保有量从2015年的58万辆发展至今年上半年的1 620万辆，由占汽车总量的0.34%提升至4.94%，这意味每100辆汽车中就有近5辆是新能源汽车，在全球新能源汽车保有量中的占比达到50%。因此可以预见，电动汽车的未来发展趋势良好，也必将会对高速公路的用电结构和实际用电方式形成一定的影响。

从用电特征上来看，高速公路的用电负荷主要是依靠电网供电，电负荷的波动性较小。而随着新能源汽车的增加，新能源汽车对高速公路上的充电需求也在日益增长。交通出行存在随机性和无序性，因而高速公路的用电负荷量在某些时段可能会出现较大波动。此外，随着电动汽车数量的增加，充电设施的建设和改造也将成为高速公路用电负荷的重要影响因素。因此，在规划和设计高速公路电力系统时，需要充分考虑这些用电特征，以实现绿色电力的高效利用[6]。

2.3 绿色电力的出力特征

绿色电力的出力具有间歇性和波动性的特征，因此对绿色电力的出力预测需要考虑的因素众多，预测难度也比较高。

以某地西北部地区的风力发电场和光伏电站为例，对其绿色电力的出力预测数据绘制曲线如图1～2所示。

从图1～2中的数据曲线可以看出，风电出力率的随机性较大，容易受季节和天气的影响而出现较大波动，且在阴天时风电基本处于不出电的状态。由此可以得出，对于绿色电力出力的波动性和不稳定性，需要采取有效的应对措施。首先，加强对绿色电力出力的监测和预测，利用大数据分析、人工智能等技术，对绿色电力的出力情况进行精准预测，以提高电力供应的稳定性。其次，构建完善的电力调度系统，根据绿色电力的出力情况，实时调整电力供应，确保高速公路的用电需求得到充分满足。最后，加大对储能设备的投入，利用储能设备在绿色电力充足时进行储能，以便在电力不足时提供支持，实现绿色电力的有效利用。

2.4 高速公路绿色电力发展需求

高速公路绿色电力发展需要依托于交能融合环境，将供电需求转化为能源开发建设需求，从而推动交通领域绿色能源的广泛应用。在交能融合背景下，高速公路的绿色电力发展需要合理提高能源保障能力，在促进清洁能源开发利用的同时实现用能的清洁化转变。特别是针对高速公路起点、终点和沿线的基础设施，应加大清洁型能源项目建设的各方面投入力度，如隧道入口、沿线路基两侧和服务区等设施都具有良好的新能源开发条件，其土地条件能够基本满足新能源项目建设的基本需求。

从土地资源层面来看，如果对上述提及的土地资源的建设条件进行充分考虑，那么预计每100 km就可成功开发出约50 MW规模的光伏电站。从能源角度来看，风能和太阳能等能源存在一定的波动性特征，容易受季节和天气变化的影响，不同地区的新能源特征也多有不同。因此，关于高速公路的绿色电力发展还需要进一步进行实地考察，根据具体路段的具体情况进行详细评估后确定改造方案[7]。

3 交能融合背景下高速公路绿色电力发展措施

3.1 构建新能源微电网

高速公路具有明显的地理特征和用电负荷特性，构建新能源微电网可以为高速公路提供稳定、清洁的电力供应。新能源微电网以风能、太阳能等清洁能源为主，通过智能电网技术实现电力的高效调度和优化配置，具体措施包括以下几个方面：

在高速公路沿线的合适位置布局光伏电站和风力发电站，根据地形、气候等因素优化电站布局，提高发电效率。

建设智能电网，实现清洁能源的就地消纳和远程调度，提高电力供应的稳定性和可靠性，减小出力波动。

推进新能源汽车充电设施建设，完善充电桩布局，满足电动汽车充电需求。

开展能源需求侧管理，优化高速公路用电结构，提高能源利用效率。

3.2 构建“源网荷储”一体化系统

“源网荷储”一体化系统的构建包括以下几点：

（1）优化能源结构。在高速公路沿线的合适位置布局光伏电站、风力发电站等清洁能源设施，充分利用绿色能源资源，提高清洁能源在高速公路用电结构中的占比。

（2）提升能源利用效率。通过智能电网技术，实现清洁能源的高效调度和优化配置，降低能源损耗，提高能源利用效率。

（3）加强储能设备建设。在绿色电力充足时，利用储能设备进行储能，以便在电力不足时提供支持，实现绿色电力的平滑输出。

（4）推进充电设施建设。在高速公路沿线完善充电桩布局，满足新能源汽车充电需求，促进新能源汽车的发展。

由于新能源出力存在一定的不稳定性和波动性，且容易受天气和季节性变化的影响。“源网荷储”一体化系统的打造需要与电网紧密相连，以及大电网对其进行实时的电力供应，以稳定系统的供电需求。“源网荷储”一体化系统的目标函数可表示为：

（1）

该函数的约束条件如下：

（2）

（3）

式中，Pin——“源网荷储”一体化系统的内部电力平衡结果（kW）；PL——电负荷（kW）；PW——风电功率（kW）；PS——光伏功率（kW）；PC——储能功率（kW）；Pout和Px——大电网系统所需要进行调节的电力平衡（kW）。

根据上述函数，可对“源网荷储”一体化系统进行优化求解，得到最优的电力调度策略，实现高速公路绿色电力的稳定供应。在此基础上，加强政策支持和技术创新也是实现高速公路绿色电力转型发展的关键。为了推动高速公路绿色电力的快速发展，政策支持和技术创新至关重要。政府应加大对绿色电力项目的投资和支持力度，出台相关政策鼓励企业和个人参与绿色能源的开发和利用。此外，加强对绿色电力技术的研发和创新，提高清洁能源的发电效率和稳定性，降低成本，使其在市场竞争中具有更强优势。

4 结束语

综上所述，在交能融合背景下，高速公路绿色电力发展需要合理提高能源保障能力，构建新能源微电网和“源网荷储”一体化系统，以实现清洁能源的高效利用和稳定供应。同时，加大政策支持和技术创新力度，推动绿色电力在高速公路领域的广泛应用。通过优化能源结构、提高能源利用效率、加强储能设备建设和推进充电设施建设等措施，助力我国高速公路绿色电力发展。

参考文献

[1]魏坤，刘洋，周立钦，等.交能融合在高速公路服务区建设中的应用研究[J].交通节能与环保， 2023（1）：86-90.

[2]张友民，马冬冬.交能融合背景下的高速公路绿色电力发展研究[J].光源与照明， 2022（12）：177-179.

[3]张力，张炳成，黄晶晶，等.“源网荷储”构建交能融合发展数智赋能推动交通绿色转型[J].中国勘察设计， 2023（S1）：10-13.

[4]张莹莹.交旅融合理念下辽宁省高速公路服务区转型设计研究[J].住宅与房地产， 2020（33）：85-86.

[5]蔡玮.“光伏+高速公路”新能源开发方案探讨[J].电工技术， 2022（18）：39-40+43.

[6]史天泽，姜磊.智能汽车，智能交通，智慧城市和智慧能源融合发展探索与实践[R].中国智能网联汽车产业发展报告（2021）， 2022.

[7]潘志灏.低碳园区中源网荷储一体化智慧综合能源系统的设计与应用研究——以长三角可持续发展研究院二期项目为例[J].工程建设标准化， 2024（5）：95-101.