交能融合背景下的高速公路光储充一体化发展路线展望
交能融合背景下的高速公路光储充一体化发展路线展望
随着新能源汽车的快速发展，高速公路用电负荷需求日益增长。本文基于我国高速公路用电负荷、光资源禀赋以及适用于高速公路服务区的储能技术分析，研究了光-储-充一体化发展路线的公路交能融合模式的自洽性，并结合工程实例，对公路交能融合模式的可行性进行论证和分析。
摘要
新能源汽车的蓬勃发展给高速公路用电负荷带来了更高要求。文章基于我国高速公路用电负荷、光资源禀赋以及适用于高速公路服务区的储能技术分析，研究了光-储-充一体化发展路线的公路交能融合模式的自洽性，并结合工程实例，对公路交能融合模式的可行性进行论证和分析。
通过分析我国公路里程数、新能源汽车市场渗透率、以及公路交通的光储资源，基于新能源汽车增长可能导致的公路用电负荷增长和公路交通的光资源利用空间，得出高速服务区的光储充综合能源利用模式。结合已有交能融合自洽模式的工程示例，对高速公路光-储-充一体化发展模式提出建议。
数据表明，到2025年，全国新能源汽车保有量将超过2 500万辆，新能源车将达到37.5 TWh的电能消耗，电能需求潜力巨大。同时我国道路沿线及周边地区光资源丰富，所蕴含的光伏发电潜力约为1 022.8 TW，而通过测算可得，高速公路的基础设施年均能耗约为17.99 TW。
交通与能源融合的主要路径应从开发基于道路交通自身基础设施的风、光自然资源禀赋，形成自洽供给的交通能源系统入手，从而构建交通系统能源供给分布式、清洁化、可再生、近零排放的系统解决方案。光-储-充一体化的交能融合开发路线能够将可再生能源就地消纳，在推进公路用能清洁化的同时缓解电网压力，潜力巨大。文章可为我国公路交能融合的发展提供一定的理论支撑与借鉴。
图表说明
图 1 2017—2022年中欧美市场新能源汽车销量图
图 2 高速公路总里程数与新能源汽车市场渗透率逐年变化趋势
表 1 2017—2022年全国公路总里程与高速公路总里程对比
年份 | 全国公路总里程/（104km） | 高速公路总里程/（104km） | 高速公路占比/% |
|---|---|---|---|
2017 | 477.35 | 13.64 | 2.86 |
2018 | 484.65 | 14.26 | 2.94 |
2019 | 501.25 | 14.96 | 2.98 |
2020 | 519.81 | 16.1 | 3.10 |
2021 | 528.07 | 16.91 | 3.20 |
2022 | 535.00 | 17.7 | 3.31 |
表 2 全国高速公路的光伏资源与负荷
光伏利用空间 | 光伏发电潜力/TWh | 公路系统年均能耗/TWh |
|---|---|---|
公路占地、路肩、匝道等自有空间 | 0.214 | 收费站 |
隧道 | 10.67 | 服务区 |
沿线设备 | 2.28×10−3 | 桥梁 |
服务区建筑顶棚 | 23.465 8 | — |
桥隧隔离带 | 999.15 | — |
总计 | 1 022.8 | — |
表 3 交能融合应用场景对应策略
光资源丰富程度 | 电网强弱 | 负荷大小 | 对应策略 |
|---|---|---|---|
光资源丰富 | 强电网 | 大负荷 | 自发自用，电网调节 |
小负荷 | 自发自用，余电上网 | ||
弱电网 | 小负荷 | 提升外送，降低弃光 | |
无电网 | 小负荷 | 发储协同，发用平衡 | |
光资源一般 | 强电网 | 大负荷 | 电网为主，自发为辅 |
小负荷 | 自发自用，电网调节 | ||
弱电网 | 小负荷 | 自发自用，电网补充 | |
无电网 | 小负荷 | 发储协同，发用平衡 |
表 4 光伏在公路领域可适应场景描述
可适应场景 | 已应用示例 |
|---|---|
高速公路服务区、停车场、收费站、管理站 | S14 杭长高速公路煤山服务区、山东济南天桥高速服务区等 |
光伏公路 | 济南 |
隧道上部、隧道出入口中央隔离带 | 湖北省鄂西北片区 |
路基边坡、互通圈 | 齐鲁交通发展集团所辖公路沿线边坡 |
信号灯、警示灯、标志灯、摄像头 | 申嘉湖高速公路浦东段的公路行车安全智能保障系统 |
表 5 几种电化学储能电池参数特性
参数指标 | 铅酸电池 | 磷酸铁锂电池 | 全钒液流电池 |
|---|---|---|---|
容量规模 | 百MWh | 百MWh | 百MWh |
功率规模 | 几十MW | 百MW | 几十MW |
能量密度/(Wh·kg−1) | 40～80 | 80～170 | 12～40 |
功率密度/（W·kg−1） | 150～500 | 1500～2500 | 50～100 |
响应时间 | ms | ms | ms |
循环次数/次 | 500～3000 | 2000～10000 | >15 000 |
寿命/a | 5～8 | 10 | >20 |
充放电效率/% | 70～90 | >90 | 75～85 |
投资成本/（元·kWh−1） | 800～1 300 | 800～1 200 | 2 500～3900 |
优势 | 成本低，可回收含量高 | 效率高、能量密度高、响应快 | 循环寿命高、安全性能好 |
劣势 | 能量密度低、寿命短 | 安全性较差、成本与铅酸电池相比较高 | 能量密度低、效率低 |
表 6 梅汕高速公路沿线设施能耗方式
设施分类 | 耗能方式 | 能耗类型 |
|---|---|---|
服务区停车区 | 通风照明、雨污水处理、服务区办公设备、餐饮设备、制冷供暖系统 | 电力、天然气、汽油、柴油、液化气等 |
收费站 | 收费系统、监控系统、照明系统 | 电力、燃油、液化气 |
养护工区 | 运营管理办公设备、日常用车（养 护车辆、公务车）、供电供暖系统 | 电力、天然气、汽油、柴油、液化气等 |
通信监控中心 | 通信设施、照明设施、机电设施 | 电力、天然气、汽油、柴油、液化气等 |
互通立交 | 局部照明 | 电力 |
特大桥 | 局部照明 | 电力 |
隧道 | 照明、通风、监控 | 电力、天然气、汽油、柴油、液化气等 |
结论
交通与能源融合的主要路径应从开发基于道路交通自身基础设施的风、光自然资源禀赋，形成自洽供给的交通能源系统入手，从而构建交通系统能源供给分布式、清洁化、可再生、近零排放的系统解决方案。光-储-充一体化的交能融合开发路线能够将可再生能源就地消纳，在推进公路用能清洁化的同时缓解电网压力，潜力巨大。文章可为我国公路交能融合的发展提供一定的理论支撑与借鉴。
本文原文来自EnergyChina Press