我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展戰(zhàn)略研究

賈利民，師瑞峰，吉莉，武平

（1.軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京交通大學(xué)），北京 100044；2.華北電力大學(xué)國(guó)家能源交通融合發(fā)展研究院，北京 102206；3.華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京 102206；4.中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102249）

一、前言

交通運(yùn)輸事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈與國(guó)家安全，我國(guó)地域遼闊，風(fēng)、光可再生能源自然稟賦豐富[1]，陸路交通基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)能源化潛力巨大[2]，開發(fā)利用形態(tài)、模式與系統(tǒng)解決方案可行[3]，為緩解我國(guó)交通系統(tǒng)的能源問題提供了戰(zhàn)略選擇的可能性[4]。

目前，充分利用風(fēng)、光等可再生能源作為交通低碳化、綠色化發(fā)展的必由之路，正在成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略共識(shí)，各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼結(jié)合本國(guó)國(guó)情與自然稟賦狀況探索各具特色的交通能源變革發(fā)展道路。依據(jù)風(fēng)能資源分布情況可將我國(guó)劃分為資源豐富區(qū)、較豐富區(qū)、可利用區(qū)和貧乏區(qū)[5]，風(fēng)能在高速公路上可方便地為監(jiān)控、照明、收費(fèi)系統(tǒng)以及配套設(shè)施提供電能供給，風(fēng)能與道路交通融合前景可觀[6]；依據(jù)太陽能資源分布的豐度可將我國(guó)劃分為最豐富區(qū)、很豐富區(qū)、較豐富區(qū)與一般區(qū)四類[7]，利用道路基礎(chǔ)設(shè)施融合新能源技術(shù)引起了研究者們的廣泛關(guān)注，風(fēng)、光可再生能源與道路交通融合發(fā)展廣受關(guān)注[8~10]。道路交通系統(tǒng)載運(yùn)裝備的用能清潔化技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展[11]，除蓬勃發(fā)展的載運(yùn)裝備動(dòng)力電動(dòng)化外，氫能作為交通載運(yùn)裝備新型動(dòng)力源，也呈現(xiàn)出巨大的潛力，交通基礎(chǔ)設(shè)施承載的風(fēng)、光可再生能源利用與氫能制、儲(chǔ)、用一體化融合發(fā)展開辟了交通能源融合的新篇章[12]。

綜上所述，利用風(fēng)、光自然資源稟賦開展道路交通用能的技術(shù)研發(fā)、示范驗(yàn)證、一體化發(fā)展模式等早已開展探索[13,14]，但系統(tǒng)地構(gòu)建體系化的道路交通與可再生清潔能源自洽供能融合發(fā)展模式、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系尚屬空白。本文通過回顧道路交通與能源融合發(fā)展歷史、分析現(xiàn)狀，結(jié)合交通與能源融合的發(fā)展需求與趨勢(shì)，提出我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展的路徑與相關(guān)政策建議，為政府決策、企業(yè)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)示范應(yīng)用提供對(duì)策建議，為能源與道路交通的融合發(fā)展提供基于國(guó)情的參考路徑。

二、道路交通能源融合發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

道路交通的發(fā)展歷史從動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形態(tài)視角出發(fā)，經(jīng)歷了畜力化驅(qū)動(dòng)、蒸汽化驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃化驅(qū)動(dòng)、電氣化驅(qū)動(dòng)幾個(gè)階段，目前已邁入混合驅(qū)動(dòng)的新階段。

（一）畜力化驅(qū)動(dòng)的道路交通發(fā)展階段（農(nóng)業(yè)文明時(shí)代）

人類早在舊石器時(shí)代就掌握了取火技術(shù)，這被認(rèn)為是最早的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)。但人類早期農(nóng)耕文明時(shí)代，交通出行主要依靠由牛、馬等牲畜提供驅(qū)動(dòng)的牛車、馬車等交通運(yùn)輸工具。在此階段，交通載運(yùn)能力、人類活動(dòng)空間位移范圍主要受制于牲畜自身體能、體力等客觀條件，活動(dòng)范圍、受益人群、普及性均受到很大制約。

（二）蒸汽化驅(qū)動(dòng)的道路交通發(fā)展階段（第一次工業(yè)革命時(shí)代）

隨著19 世紀(jì)初第一次工業(yè)革命蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，人類認(rèn)知水平與科技水平出現(xiàn)了長(zhǎng)足進(jìn)步，以蒸汽機(jī)車為驅(qū)動(dòng)的交通載運(yùn)裝備應(yīng)運(yùn)而生，煤炭取代人力、畜力成為交通載運(yùn)裝備的主要?jiǎng)恿δ茉?。在此階段，蒸汽化車輛具備的新型交通載運(yùn)裝備形態(tài)、運(yùn)行方式和運(yùn)行效率極大改變了人類出行模式，出行范圍、通行能力都得到了質(zhì)的飛躍。

（三）內(nèi)燃化驅(qū)動(dòng)的道路交通發(fā)展階段（第二次工業(yè)革命時(shí)代）

19 世紀(jì)中葉內(nèi)燃機(jī)的誕生，為后續(xù)轎車、卡車、大型巴士等內(nèi)燃化交通載運(yùn)裝備發(fā)展開辟了新途徑，石油逐步取代煤炭成為道路交通工具的主要?jiǎng)恿δ茉础Ｔ诖穗A段，由于內(nèi)燃機(jī)與石油配合的工作模式效率遠(yuǎn)高于蒸汽機(jī)工作模式，因此道路交通載運(yùn)裝備動(dòng)力系統(tǒng)較之前蒸汽化機(jī)車又實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，加上燃油補(bǔ)給站點(diǎn)分布的普及性與加注過程的便捷性，使得內(nèi)燃化驅(qū)動(dòng)的交通方式在其誕生后長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)中絕對(duì)主導(dǎo)了道路交通出行方式，極大地促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)革命乃至人類文明的發(fā)展。

（四）電氣化驅(qū)動(dòng)的道路交通發(fā)展階段（19 世紀(jì)末至今）

電動(dòng)汽車最早誕生于19世紀(jì)末期，但由于其經(jīng)濟(jì)性、續(xù)航里程、充電便捷性等因素制約，很快便沉寂于內(nèi)燃機(jī)汽車發(fā)展的洪流之中。直至20 世紀(jì)70年代爆發(fā)了國(guó)際石油危機(jī)后，世界各國(guó)意識(shí)到石油資源作為不可再生化石能源，在未來的某個(gè)階段注定要被其他能源所替代，因此世界主要工業(yè)大國(guó)又先后重啟了電動(dòng)汽車研發(fā)計(jì)劃與產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。時(shí)至今日，在全球氣候變暖、化石能源危機(jī)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等諸多因素共同推動(dòng)下，進(jìn)一步強(qiáng)化了道路交通載運(yùn)裝備電氣化的發(fā)展趨勢(shì)。

（五）混合驅(qū)動(dòng)的未來道路交通發(fā)展階段（未來）

在21 世紀(jì)剛剛過去的20 年間，世界各國(guó)都先后出臺(tái)了自己的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)先后推出了氫能源汽車、純電動(dòng)汽車、混合電動(dòng)汽車、高效內(nèi)燃機(jī)汽車等一系列產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，技術(shù)路線呈現(xiàn)多元化、混合驅(qū)動(dòng)共存的發(fā)展態(tài)勢(shì)。我國(guó)也根據(jù)自身國(guó)情，先后藉由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目持續(xù)支持了純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、內(nèi)燃輕量化汽車等不同技術(shù)路線的科技研發(fā)與裝備研制，為國(guó)家道路交通發(fā)展儲(chǔ)備了相對(duì)完整的、可供未來選擇的技術(shù)體系。在這種新形勢(shì)下，國(guó)家自然資源稟賦、國(guó)家能源安全、環(huán)境問題、可持續(xù)發(fā)展等諸多要素共同作用，決定了未來一段時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)保持這種多技術(shù)路線混合驅(qū)動(dòng)的并存發(fā)展形態(tài)。

三、我國(guó)道路交通能源融合的發(fā)展需求與趨勢(shì)

截至2020 年年底，我國(guó)已有的公路里程已達(dá)5.2×106km[15]，汽車保有量達(dá)3億輛[16]，道路交通系統(tǒng)整體能耗數(shù)量巨大，尤其是交通載運(yùn)裝備燃油消耗導(dǎo)致的石油進(jìn)口逐年增加已日益影響到了我國(guó)能源安全乃至國(guó)家安全。因此解決好如此規(guī)模龐大的系統(tǒng)用能就成為保障國(guó)家安全、實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵。

（一）國(guó)家能源安全帶來的道路交通系統(tǒng)能源分布式自洽供給趨勢(shì)

眾所周知，我國(guó)一次化石能源結(jié)構(gòu)具有多煤、少氣、貧油的特點(diǎn)，因此我國(guó)交通系統(tǒng)、特別是道路交通載運(yùn)裝備消耗的石油主要依賴于進(jìn)口，截至2020年，我國(guó)每年原油進(jìn)口占比高達(dá)70%，而包括轎車與重型卡車在內(nèi)的道路交通載運(yùn)裝備占整個(gè)交通載運(yùn)裝備能耗的77%，進(jìn)口石油絕大多數(shù)被用于滿足道路交通載運(yùn)裝備的能源需求[17]，如此高比例的能源進(jìn)口依存度，不僅消耗了龐大的國(guó)家財(cái)富，而且使我國(guó)在國(guó)際地緣政治、國(guó)際貿(mào)易、國(guó)家統(tǒng)一等諸多問題上受到了巨大鉗制。因此，如何改善我國(guó)道路交通系統(tǒng)的用能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施蘊(yùn)含的風(fēng)、光可再生清潔能源的充分利用，為道路交通系統(tǒng)提供清潔、自洽的電能和氫能，真正實(shí)現(xiàn)道路交通系統(tǒng)能源需求的分布式自洽供給，已成為一種保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略選擇。

（二）能源結(jié)構(gòu)綠色化需求帶來的交通載運(yùn)裝備動(dòng)力能源的形態(tài)變化趨勢(shì)

環(huán)境問題與氣候問題已成為當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的兩大主題，我國(guó)自20 世紀(jì)80 年代以來就一直積極探索和大力發(fā)展以風(fēng)、光為主的非水可再生電力系統(tǒng)，可再生能源裝機(jī)容量位居世界首位，綠色能源占比逐年攀升[18]。為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，未來能源供給中風(fēng)、光可再生能源占比會(huì)持續(xù)加速提升，因此我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)占比會(huì)隨風(fēng)、光等清潔能源份額逐步擴(kuò)大實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)綠色化的形態(tài)變遷。在這種能源供給綠色化發(fā)展大勢(shì)下，交通載運(yùn)裝備的動(dòng)力能源也會(huì)隨之進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，從而呈現(xiàn)出特色鮮明的電動(dòng)化、氫能化形態(tài)變化趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)交通載運(yùn)裝備動(dòng)力能源系統(tǒng)的低碳化或凈零排放，達(dá)成道路交通系統(tǒng)的碳中和目標(biāo)。

（三）風(fēng)光自然稟賦利用模式的變革帶來交通能源系統(tǒng)形態(tài)的變化趨勢(shì)

由于我國(guó)道路交通系統(tǒng)所擁有的土地面積蘊(yùn)含著潛力巨大的風(fēng)、光自然資源稟賦[2]，并且風(fēng)、光等自然稟賦作為一次能源可以經(jīng)濟(jì)高效地因地制宜轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑驓淠艿榷文茉醇右蚤_發(fā)、儲(chǔ)存、輸送和利用。已有許多示范性項(xiàng)目開展了車站、服務(wù)區(qū)、道路樞紐等交通基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)能源化的實(shí)踐嘗試，取得了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。隨著國(guó)家政策對(duì)“光伏+交通”等產(chǎn)業(yè)的扶持[19]，以及交通行業(yè)自身實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的壓力，倒逼交通能源系統(tǒng)及其用能形態(tài)必須根據(jù)這種供能結(jié)構(gòu)變化做出適應(yīng)性調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)自身全生命周期的“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。因此，道路交通系統(tǒng)、特別是載運(yùn)裝備的未來能源利用模式也會(huì)由燃油供給向電動(dòng)化、氫能化等綠色二次能源利用方式轉(zhuǎn)變。

（四）交通系統(tǒng)智能化發(fā)展對(duì)能源可及性的迫切需求帶來的交通能源形態(tài)、模式變化趨勢(shì)

智能交通的持續(xù)創(chuàng)新和快速發(fā)展，正在為人們構(gòu)筑起一個(gè)更加安全、高效、綠色、便捷的交通運(yùn)輸和出行服務(wù)體系[20]。但隨著交通行業(yè)的智能化發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)、5G 設(shè)備、智能運(yùn)維等軟硬件體系發(fā)展也伴隨著新的能源需求躍升，這種由于交通系統(tǒng)智能化要求與路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施空間布局相關(guān)的設(shè)備大量部署所帶來的新的能源需求，經(jīng)與道路路網(wǎng)耦合后呈現(xiàn)出線狀或網(wǎng)狀的分布式能源需求，這對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)集約供電模式提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是“胡煥庸線”西北一側(cè)無電網(wǎng)或弱電網(wǎng)的廣大區(qū)域更是無電可用。因此，如何利用道路交通系統(tǒng)自身服務(wù)區(qū)、路側(cè)邊坡、場(chǎng)站等基礎(chǔ)設(shè)施開展資產(chǎn)能源化潛力開發(fā)，實(shí)現(xiàn)清潔能源的自洽供給，從而為這種由交通系統(tǒng)智能化帶來的能源需求增長(zhǎng)提供一種新的系統(tǒng)解決方案[3]，通過道路交通資產(chǎn)能源化部分或全部實(shí)現(xiàn)能源自洽供給，將能源、交通兩個(gè)由條塊分割、行業(yè)隔離且各自發(fā)展的系統(tǒng)逐漸演變?yōu)橄嗷ト诤?、集成銜接的協(xié)同發(fā)展形態(tài)，最終形成清潔低碳、融合高效的新型交通自洽能源體系。這不僅是加快能源變革與交通轉(zhuǎn)型、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是增強(qiáng)能源和交通行業(yè)的低碳化、綠色化發(fā)展水平，支撐“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)落地的必由之路[21]。

四、我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展的潛力評(píng)估

為分析道路交通系統(tǒng)自洽能源供給的可行性及其降碳前景，本文在我國(guó)典型高速公路利用自身基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)、光自然資源稟賦滿足自身用能的自洽測(cè)算分析基礎(chǔ)上，提出了我國(guó)道路交通能源融合發(fā)展路徑。

（一）我國(guó)高速公路自洽能源開發(fā)潛力評(píng)估

本文以我國(guó)高速公路基礎(chǔ)設(shè)施蘊(yùn)含的風(fēng)能、太陽能自然資源稟賦為例，展示道路交通系統(tǒng)的自洽能源開發(fā)潛力。圖1、圖2 分別給出了道路交通系統(tǒng)自身資產(chǎn)光、風(fēng)自然稟賦能源化的潛力評(píng)估流程[1,2,22]，相關(guān)結(jié)果均由公開數(shù)據(jù)測(cè)算獲得[23]。

1.風(fēng)能可開發(fā)潛力

在風(fēng)能經(jīng)由機(jī)電設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能總輸出效率為30%的假設(shè)前提下，我國(guó)高速公路系統(tǒng)樂觀場(chǎng)景下的風(fēng)能可裝機(jī)容量約為5.7×1010kW，年均發(fā)電量約為3.6×1012kW·h；一般場(chǎng)景下的風(fēng)能可裝機(jī)容量約為2.25×1010kW，年均發(fā)電量約為1.6×1012kW·h[23]。風(fēng)能開發(fā)潛力十分巨大。

2.太陽能可開發(fā)潛力

在太陽能經(jīng)由光電設(shè)備轉(zhuǎn)換為電能總輸出效率為30%的假設(shè)前提下，我國(guó)高速公路系統(tǒng)樂觀場(chǎng)景下的太陽能可裝機(jī)容量約為1.0×108kW，年均發(fā)電量約為1.937×1011kW·h；一般場(chǎng)景下的太陽能可裝機(jī)容量約為1.3×107kW，年均發(fā)電量約為2.52×1010kW·h[2]。太陽能開發(fā)潛力也十分巨大。

綜上可知，我國(guó)高速公路利用自身基礎(chǔ)設(shè)施開展風(fēng)、光清潔能源的開發(fā)利用潛力巨大、前景廣闊。

圖1 高速公路自身資產(chǎn)可開發(fā)光伏潛力測(cè)算流程

圖2 利用高速公路自身資產(chǎn)可開發(fā)風(fēng)能潛力測(cè)算流程

（二）我國(guó)高速公路系統(tǒng)用能需求分析

本文針對(duì)高速公路基礎(chǔ)設(shè)施能耗與載運(yùn)裝備能耗兩類系統(tǒng)分析其用能需求，圖3、圖4 分別給出了高速公路系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施與載運(yùn)裝備能耗的測(cè)算流程[24~27]，相關(guān)結(jié)果均由公開數(shù)據(jù)測(cè)算獲得[23]。

1.交通基礎(chǔ)設(shè)施能耗

公路交通基礎(chǔ)設(shè)施包括服務(wù)區(qū)、隧道、橋梁、收費(fèi)站、沿線設(shè)備等，根據(jù)公開數(shù)據(jù)測(cè)算，我國(guó)公路系統(tǒng)服務(wù)區(qū)年均能耗約為5.36×109kW·h，隧道年均能耗約為1.067×1010kW·h，橋梁年均能耗約為9.31×109kW·h，收費(fèi)站年均能耗約為4.45×105kW·h，沿線設(shè)備年均能耗約為2.276×106kW·h。因此公路系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施年均總能耗約為2.535×1010kW·h，根據(jù)高速公路占比可測(cè)算出其基礎(chǔ)設(shè)施年均能耗約為1.799×1010kW·h。

2.交通載運(yùn)裝備能耗

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒的各類車型占比、全國(guó)年總客運(yùn)周轉(zhuǎn)量，可以折算不同車型百公里人均油耗量，再通過內(nèi)燃機(jī)在相同運(yùn)輸里程下的消耗油量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤、進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電動(dòng)汽車對(duì)應(yīng)的電量消耗，可以測(cè)算出全國(guó)道路交通載運(yùn)裝備的總耗電量[23]。結(jié)果表明，我國(guó)道路交通車輛年均總耗電量約為2.9×1012kW·h。

（三）高速公路系統(tǒng)能源自洽供給與碳排放分析

圖3 我國(guó)高速公路系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施能耗測(cè)算流程

圖4 我國(guó)高速公路系統(tǒng)載運(yùn)裝備能耗測(cè)算流程

由上述分析不難看出，對(duì)道路交通系統(tǒng)而言，載運(yùn)裝備能耗體量遠(yuǎn)大于交通基礎(chǔ)設(shè)施能耗，因此交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)與能源清潔自洽供給的關(guān)鍵是道路交通系統(tǒng)多大比例的載運(yùn)裝備用能可以實(shí)現(xiàn)自洽供給。由我國(guó)高速公路可再生能源自然資源稟賦與高速公路系統(tǒng)能耗測(cè)算結(jié)果，可以分析出我國(guó)高速公路系統(tǒng)清潔能源自洽供給的自洽率及與之對(duì)應(yīng)的碳減排量[23]。

1.我國(guó)高速公路能源自洽分析

按照交通系統(tǒng)自洽率測(cè)算模型，結(jié)合上述高速公路太陽能開發(fā)潛力與交通基礎(chǔ)設(shè)施能耗數(shù)據(jù)可知，我國(guó)高速公路系統(tǒng)在不考慮載運(yùn)裝備能耗前提下，樂觀場(chǎng)景下僅利用太陽能就可以實(shí)現(xiàn)的自洽供能比例達(dá)到132%，一般場(chǎng)景下僅利用太陽能實(shí)現(xiàn)自洽供能的比例也可達(dá)到56%[2]。

若考慮道路交通基礎(chǔ)設(shè)施、載運(yùn)裝備的總能耗情景下，綜合利用風(fēng)能、太陽能兩類自然資源稟賦時(shí)，我國(guó)高速公路系統(tǒng)一般場(chǎng)景下的清潔能源供給的總自洽率可達(dá)72.8%，新能源滲透率可達(dá)75.2%[23]。

2.我國(guó)高速公路交通碳減排量

按照道路交通系統(tǒng)碳減排量計(jì)算模型可知，我國(guó)高速公路系統(tǒng)一般場(chǎng)景下年均電力減碳量可達(dá)1.31×108t，高速公路系統(tǒng)年均生物碳匯可達(dá)2.5×107t[23]。

因此，我國(guó)道路系統(tǒng)能源自洽供給率、系統(tǒng)碳減排量均具備十分廣闊的開發(fā)前景。

五、我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展路徑

（一）道路交通與能源融合發(fā)展模式

1.基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)能源化是我國(guó)道路交通與能源融合的主要路徑

如前文所述，我國(guó)道路交通系統(tǒng)自身基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)能源化潛力極其巨大，在此模式下的交通系統(tǒng)能源自洽率、系統(tǒng)碳減排前景十分廣闊。因此，道路交通與能源融合的主要路徑為：開發(fā)基于道路交通自身基礎(chǔ)設(shè)施的風(fēng)、光自然資源稟賦，形成自洽供給的交通能源系統(tǒng)，從而構(gòu)建交通系統(tǒng)能源供給分布式、清潔化、可再生、近零排放的系統(tǒng)解決方案。

2.道路交通自洽能源系統(tǒng)是開展道路交通與能源融合的主要目標(biāo)

以“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)為牽引，綜合考慮國(guó)家能源安全，以及道路交通智能化、綠色化用能需求等因素，規(guī)劃設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)道路交通系統(tǒng)可再生清潔能源產(chǎn)銷一體化自洽能源系統(tǒng)，構(gòu)建分布式源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充道路交通自洽能源系統(tǒng)，是道路交通與能源融合的主要目標(biāo)。

3.場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的交通與能源融合發(fā)展模式

綜合考慮我國(guó)氣象特征、經(jīng)濟(jì)與人口特征，結(jié)合我國(guó)地勢(shì)三大階梯特征，可將我國(guó)地理空間因骨干電網(wǎng)分布、交通負(fù)荷需求分布等實(shí)際情況劃分為12 種能源交通融合場(chǎng)景[23]，劃分原則如圖5 所示，詳細(xì)區(qū)域劃分如表1所示。

與我國(guó)地勢(shì)三大階梯一一對(duì)應(yīng)的劃分方式符合“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)要求，可以按照每個(gè)地區(qū)的減碳量與比例進(jìn)行能源交通融合發(fā)展的路徑規(guī)劃。減碳主要從電能替代減排、生物匯碳及經(jīng)濟(jì)融碳三個(gè)方面統(tǒng)籌考慮，同時(shí)結(jié)合各區(qū)域自洽率與滲透率指標(biāo)提出開發(fā)的優(yōu)先等級(jí)。

三大階梯跟“風(fēng)光資源網(wǎng)、電網(wǎng)充電樁網(wǎng)以及負(fù)荷網(wǎng)疊加的12種場(chǎng)景”分別對(duì)應(yīng)。其中，第一階梯對(duì)應(yīng)的融合場(chǎng)景包括：場(chǎng)景1、3、4、5、12，其中3、4場(chǎng)景為典型場(chǎng)景；第二階梯對(duì)應(yīng)的融合場(chǎng)景包括：場(chǎng)景1、2、3、5、6、8、9、10、11、12，其中1、2、5、8、9、10、11、12場(chǎng)景為典型場(chǎng)景；第三階梯對(duì)應(yīng)的融合場(chǎng)景包括場(chǎng)景2、3、4、6、7、8、10，其中2、3、4、6、7場(chǎng)景為典型場(chǎng)景。將上述12種場(chǎng)景按照資源屬性、電網(wǎng)屬性以及道路負(fù)荷屬性進(jìn)行耦合，可以構(gòu)建出四種特定模式下的道路交通能源系統(tǒng)建設(shè)方案，分別是交通專用的能源系統(tǒng)、交通特用的能源系統(tǒng)、交通適用的能源系統(tǒng)以及能源支持的交通系統(tǒng)[3]，這四種特定模式、交通與能源間互動(dòng)聯(lián)系、交通能源融合12種應(yīng)用場(chǎng)景之間的映射關(guān)系如圖6所示。

（二）不同場(chǎng)景下道路交通與能源融合成效綜合評(píng)價(jià)

圖5 我國(guó)道路交通能源融合12種場(chǎng)景的劃分原則

針對(duì)我國(guó)道路交通與清潔能源融合發(fā)展的場(chǎng)景與模式，按照道路交通與自然資源稟賦不同主導(dǎo)地位配置方案，以交通網(wǎng)、能源網(wǎng)與信息網(wǎng)三網(wǎng)互動(dòng)為基礎(chǔ)支撐條件，對(duì)覆蓋我國(guó)全域12種典型交通能源融合場(chǎng)景開展上述交通清潔能源開發(fā)利用的自洽率、滲透率、新能源發(fā)電的綠電替代減排量、環(huán)境恢復(fù)后的生物匯碳，以及當(dāng)?shù)氐奶寂欧趴臻g、經(jīng)濟(jì)效益等綜合成效開展評(píng)估測(cè)算，所得結(jié)果如圖7 所示。可以看出，各場(chǎng)景區(qū)域由于自然資源稟賦與既有能源網(wǎng)（主要是電網(wǎng)）支撐條件的差異呈現(xiàn)出特色鮮明、差異巨大的開發(fā)利用前景。

（三）我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展路線圖

圖7 表明，在綜合考慮道路交通風(fēng)光可再生能源自洽率、滲透率、經(jīng)濟(jì)性、碳減排等綜合因素的前提下，應(yīng)當(dāng)按照優(yōu)先開發(fā)場(chǎng)景1、5區(qū)域，其次開發(fā)場(chǎng)景2、3、4、6、7、8、9、10 區(qū)域，最后可據(jù)未來需求開發(fā)場(chǎng)景11、12區(qū)域的順序，梯次開發(fā)利用交通基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)能源化潛力。最終形成我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展的總路線圖，如圖8所示。

圖6 我國(guó)道路交通與能源融合的特定模式、應(yīng)用場(chǎng)景適配映射關(guān)系圖

表1 我國(guó)道路交通能源融合12種場(chǎng)景的劃分區(qū)域

六、對(duì)策建議

（一）技術(shù)創(chuàng)新方面

1.強(qiáng)化能源交通融合技術(shù)研發(fā)，推進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

發(fā)揮中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院相關(guān)院所，國(guó)家部委、央企所屬的各交通和能源規(guī)劃設(shè)計(jì)院，教育部與行業(yè)重點(diǎn)院校的智庫優(yōu)勢(shì)，借助國(guó)家科技研發(fā)體系給予交通自洽能源系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)技術(shù)體系，以及高效能、高彈性、自洽供給的道路交通與能源融合發(fā)展示范驗(yàn)證體系化裝備系統(tǒng)研制與工程應(yīng)用驗(yàn)證，優(yōu)化清潔交通自洽能源系統(tǒng)有機(jī)融入道路交通系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維養(yǎng)與管理各個(gè)環(huán)節(jié)，突破道路載運(yùn)裝備清潔能源動(dòng)力應(yīng)用的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性關(guān)鍵技術(shù)。創(chuàng)新構(gòu)建共同推進(jìn)道路交通與能源融合規(guī)模化應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈和保障鏈。

2.推進(jìn)道路交通與新能源基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新，助力跨學(xué)科創(chuàng)新融合

發(fā)揮科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵作用，加強(qiáng)道路交通與能源融合的新技術(shù)、新裝備和新材料研發(fā)，在道路交通和能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，要特別注重能源與交通兩大領(lǐng)域的交叉學(xué)科、跨界融合技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，在自洽微電網(wǎng)、柔性直流輸電、大容量復(fù)合儲(chǔ)能、新能源與氫能高效利用、交通能源及信息物理融合、人工智能與大數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面盡快取得創(chuàng)新性成果，助力道路交通與能源融合發(fā)展。

（二）政策方面

1.完善頂層設(shè)計(jì)，加強(qiáng)道路交通與能源融合總體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃

圖7 我國(guó)12種交通能源融合場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的減碳、經(jīng)濟(jì)效益與交通屬性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

圖8 我國(guó)道路交通與能源融合發(fā)展路線圖

發(fā)揮國(guó)家科技計(jì)劃和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃的統(tǒng)領(lǐng)作用，深化能源與交通領(lǐng)域重大戰(zhàn)略問題研究。將交通與能源融合發(fā)展納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，普及交通與能源融合的概念及其內(nèi)涵。開展交通與能源融合發(fā)展規(guī)劃研究和頂層設(shè)計(jì)，發(fā)揮我國(guó)特有的制度綜合優(yōu)勢(shì)，持續(xù)引領(lǐng)交通能源融合發(fā)展。

2.制定扶持政策，嘗試市場(chǎng)化道路交通與能源融合的運(yùn)營(yíng)新模式

充分發(fā)揮政策引導(dǎo)作用，借助“交通強(qiáng)國(guó)”與“國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)”等規(guī)劃綱要建設(shè)契機(jī)，出臺(tái)精準(zhǔn)財(cái)政補(bǔ)貼政策，扶持與激勵(lì)相關(guān)企業(yè)或團(tuán)體開展試點(diǎn)示范，先行先試；發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制在交通、能源及二者融合領(lǐng)域的資源配置決定性作用，引導(dǎo)社會(huì)各方投入交通與能源融合發(fā)展，共同構(gòu)建基于市場(chǎng)機(jī)制運(yùn)營(yíng)的交通能源融合新模式。

3.吸納國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建泛國(guó)際化交通能源融合的合作平臺(tái)

推動(dòng)我國(guó)與有關(guān)國(guó)際組織，以及國(guó)內(nèi)社會(huì)團(tuán)體、能源企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)與高等院校間共同開展交通與能源融合的合作研究和技術(shù)交流，加快對(duì)國(guó)際交通能源融合領(lǐng)域先進(jìn)典范與成功案例的引進(jìn)吸收，為實(shí)現(xiàn)國(guó)際層面的交通能源融合發(fā)展打造跨國(guó)界、跨領(lǐng)域、跨專業(yè)的國(guó)際合作平臺(tái)。