交通樞紐節點的交能融合系統建設路徑研究

陳 麗，徐 展，徐峰達，王于勤，張柯煒

（中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

習近平主席在第75 屆聯合國大會做出重要承諾，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和，明確了我國能源轉型方向。

從能源活動領域角度來看，交通運輸業碳排放約占據碳排放總量的9%[1]。因此，推進交通基礎設施網與能源網融合發展，強化交通與能源基礎設施共建共享，加強可再生能源、清潔能源裝備設施更新利用，已成為交通領域綠色低碳發展的關鍵手段。

交通與能源融合互聯的相關研究尚處于起步階段，主要是新能源接入交通能源系統的初步應用，例如，新加坡裕廊海港建成基于港口的9.5 MWp 太陽能光伏發電系統。國內在該領域比較有代表性的研究機構主要有華北電力大學國家能源交通融合發展研究院，從最大限度實現用能自洽的潛力與可行性出發，評估了我國交通系統能源化的自然稟賦布局開發潛力，并結合我國新能源出力的地域分布特性、骨干電網的布局特性及交通網絡的建設特性，針對軌道交通和道路交通兩種典型的陸路交通方式，提出了交通能源融合網建設創新模式，為規劃未來15年交通與可再生能源的融合創新發展進程指出明確方向和演進路徑[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、路徑不明確、技術不成形、機制不順暢等問題，從目標、視角、關系和場景等方面提出了交能融合的思路及建議[3]，但研究尚未覆蓋典型交通方式的交能融合系統的建設路徑。

本文主要介紹了交能融合的內涵，針對交通樞紐節點提出交能融合系統的建設路徑，最后分別選取某公路服務區、機場和港口介紹了交通樞紐節點的交能融合系統建設方案，為交通用能低碳化提供思路和方法。

1 交能融合的內涵分析

交能融合即交通網、能源網由條塊分割的各自發展轉變為集成共享的協同融合發展，在形態和功能上深度耦合，形成廣泛互聯、智能高效、清潔低碳和開放共享的新型綜合基礎設施體系，能夠突破現有決策針對單一的交通系統或能源系統管理，推動交通運輸的低碳節能發展和資源集約利用。

交通樞紐節點包括機場、客運樞紐、港口、高速服務區等，盡管其建設的體量和構成元素各異，但其用能需求均為冷、熱、電，同時交通樞紐節點擁有顯著的屋頂、土地等空間資源，可再生能源建設潛力巨大。推進交通樞紐節點空間綜合利用，發揮風、光、冷、熱、電不同能源種類的協同優勢，構建源網荷儲一體化優化的交通運輸節點能源體系，可以最大限度地促進清潔新能源消納，提升終端交通工具電氣化率、推進新能源運輸工具規?；瘧?、提升交通用綠電比例，推動打造低碳高效的綠色交通體系。

2 建設路徑

2.1 建設多元清潔的能源供應設施

結合自然條件開發各類清潔能源，提升可再生能源占比，可以為交通提供清潔低碳的能源供應保障。①充分挖掘風、光等資源潛力。應用光伏發電、風力發電等新能源技術，推動太陽能與建筑深度融合發展，建設屋頂分布式光伏，滿足建筑功能的前提下優先采用光伏建筑一體化建設方式；公路服務區、港口堆場等場地建設分散式風電；配套建設電源側儲能，促進新能源消納，提升太陽能、風能等可再生能源的應用比例。②統籌推進清潔能源終端供應設施和能力建設。推動交通樞紐節點充/換電設施建設和清潔能源加注點布局，配置電動汽車充/換電設施，具備條件的交通樞紐節點可建設加氫模塊、加氣模塊，為綠色運輸和綠色出行提供便利。

2.2 推進低碳高效的能源消費方式

加快推進機場、高鐵站、港口、物流園等交通樞紐用能電氣化、低碳化和高效化，實施港口岸電、空港陸電改造，推進岸電儲能應用，提高交通樞紐和陸港、空港物流園新建建筑節能標準。加快作業設施綠色發展，更新交通樞紐的交通工具和配套設施的高耗能設備，推進新增和更換作業機械、拖輪、貨運場站作業車輛等優先使用新能源和清潔燃料。通過節能產品使用和智能化控制，實現設備低耗能。

2.3 建設智慧互動的能源管控體系

構建智慧互動的能碳管理體系，建設綜合能源管理平臺，接入交通樞紐內源（光伏、風電等）、網（配電網等）、荷（樓宇用戶、冷熱負荷、工作機械、充/換電設施等）、儲（儲能等）等資源，實現能源運行信息全景可觀、全局可控、多維協調和智能調度，支持源網荷儲的友好互動、能效管理，提升可再生能源利用率和能源綜合效率，實現能源最優化管理。交通樞紐節點的交能融合系統如圖1 所示。

圖1 交通樞紐節點的交能融合系統

3 交通樞紐的典型建設方案

3.1 公路服務區

公路服務區作為公共服務設施，全年晝夜無休運轉。服務區建筑密度低，區內有大量的停車場，具有明顯的土地資源優勢。高速公路服務區主要用電負荷為辦公照明、空調、廚房和停車場照明（高桿燈照明）等，其中空調用電容量較大，且以夏季和冬季為主。

結合某公路服務區分析交通能源融合的典型技術方案，某服務區（東）占地面積38 764 m2，建筑密度僅為6.75%；其中道路廣場占地面積13 500 m2；小車停車位89 個，占地面積約8000 m2，最大設計負荷為1076 kW，主要負荷為廚房、空調、照明負荷，年用電量約550 MW·h。結合該服務區布置情況，建設風光儲充荷一體化系統，實現本地能源生產與用能負荷基本平衡，可根據需要與公共電網靈活互動且相對獨立運行，具體方案如下。

3.1.1 能源供應

（1）光伏：利用小車停車位，采用柔性光伏支架高位布置光伏約600 kWp，通過5 臺110 kW 逆變器轉換為交流后經匯流箱接入380 V 交流母線，平均年發電量666 MW·h。

（2）風機：考慮到服務區的地理位置均處于開闊地帶，風況較好，需配置一臺4 MW 風機，輪轂高度為140 m，接入服務區10 kV 微網，年均發電量約8000 MW·h。

（3）充電樁：為各種車輛實現慢速、快速充電，考慮在停車位配置10 臺7 kW 交流充電站、10 臺45 kW 直流充電樁及10 臺120 kW 直流充電樁。充電樁優先使用風光所發的綠色電能及儲能電站的谷充電能，實現效益最大化。

（4）儲能：服務區配置儲能系統按2 MW/4 MW·h容量配置，以預制艙型式進行配置，采用磷酸鐵鋰電池型式，其利用夜間低谷電價進行儲能，在充電高峰期通過儲能和光伏一起為充電站供電，滿足高峰期用電需求，既實現了削峰填谷，又節省了配電增容費用，增加新能源的消納，彌補了太陽能和風電發電連續性的問題。

3.1.2 能源管控

智慧能源管控平臺：實現可再生能源、儲能、充電樁、服務區負荷一體化調度和自動化運行控制。

3.2 機場

機場航站樓通常設計為高大空間建筑，這類建筑能耗較高，是建筑能耗高密度領域[4]，同時，大空間公共建筑空調能耗占其建筑總能耗的一半以上[5]。為此，推動風光、淺層地熱能、冷熱電分布式能源等多種能源形式互通互濟是提升機場綜合能源利用效率的重要途徑和手段。機場作業車輛較多，接送機車輛來往頻繁，需加快作業設施綠色發展。

以某空港新擴建航站樓為例，新建航站樓、綜合交通樞紐、旅客過夜用房和配套辦公用房等單體建筑，建筑面積約1 370 000 m2，設計容量為5000 萬人次/年，總用電負荷約115.7 MW，冷負荷約120.6 MW，熱負荷約75.3 MW，具體方案如下。

（1）分布式光伏：利用屋頂資源建設分布式光伏，先期建設10 kWp 分布式光伏進行試點，后續可結合光伏組件反光對飛機安全運行的評估結果，開展規?；夥ㄔO。

（2）充電樁：考慮在網約車蓄車場建設150 根充電樁，滿足網約車停車充電的需求。

3.2.2 能源消費

（1）用能設施電氣化：機場新購作業車輛按照清潔能源車標準采購，在航站樓停機坪先行建設12 根特種直流充電樁，推進內部作業機械加快應用清潔能源。

（2）分布式能源系統供能項目：分布式能源系統供能項目總占地面積為10 390 m2，三聯供系統包括一臺發電量為8 MW 級的燃氣輪機發電機組，對應兩臺溴化鋰機組，其中一臺為煙氣雙工況熱泵型溴化鋰機組，另一臺為煙氣熱水型溴化鋰機組，兩臺溴化鋰機組構成一個整體，溴化鋰機組夏季總制冷量≥16 000 kW、冬季總制熱量≥15 000 kW。三聯供系統與能源中心電制冷主機及燃氣鍋爐共同構成新建航站樓的能源保障，實現能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上。

3.2.3 能源管控

建設機場能源信息化管理系統，把分布式能源系統供能系統、供電、照明、空調、電梯、充電樁等機電設備的管理全部數字化，實現綜合用能的智慧管理。

“我叫羅瑞，我們家的情況想必楊先生已經很清楚了吧?”羅瑞揚起下巴，使自己能保持居高臨下的姿態俯視著老福。

3.3 港口

港口主要用能設備為裝卸機械設備、運輸機械設備、倉庫和堆場設備等，港區物流園區主要建筑為倉庫，具有較為豐富的屋頂資源。建設綠色低碳港口，重在擴大電能、太陽能、氫能等清潔能源的應用，推進內部作業機械、供暖制冷設施設備等加快應用清潔能源，推動形成綠色低碳運輸方式。以某重要的集裝箱遠洋干線港為例，交能融合方案如下。

3.3.1 能源供應

光伏：利用某集裝箱碼頭泊位區的倉庫屋頂建設分布式光伏，建設容量約1500 kWp，建成后年發電量 1490 MW·h。

3.3.2 能源消費

（1）清潔能源作業設施應用：將東風系列內燃機車計劃改造為全電機車，續航里程90 km，每年每車可替代燃油消耗250 t，減排二氧化碳約800 t。結合港口和臨港工業區新投放的電力集卡、辦公車輛的充換電需求，建設電動重卡充換電站，首期為26 臺車服務，替代燃油119 t，減排二氧化碳約266.6 t。

（2）港口岸電設施：推進港口岸電設施建設，確保港區高壓岸電全覆蓋。應用全國首艘海港5000 kW·h 純電動作業拖船，配套建設6 kV 高壓岸電快充系統，替代燃油約300 t，減排二氧化碳約672 t。

3.3.3 能源管控

構建港口岸電交能融合能量管理與控制系統，實現可再生能源發電、儲能裝置、岸電設施、電動汽車充/換電設施一體優化管理與調度和自動化運行控制。

4 結語

交通領域是推動實現“雙碳”目標的重點領域，本文主要以交通樞紐節點為研究對象，提出了交通樞紐節點的交能融合的建設路徑，構建了清潔低碳的用能體系，為交通用能低碳化提供思路。最后分別選取某公路服務區、機場和港口研究了交通樞紐節點的交能融合系統建設方案，支撐交通樞紐節點低碳發展。