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“双碳”目标下的公路交通绿色综合能源系统建设——以新疆为例

香橙会研究院 | ​全球领先的氢能服务机构 2022/01/21 12:15

导语

PREAMBLE

交通运输绿色低碳发展建设将驶入“快车道”。“双碳”目标的实现,离不开公路交通行业能源结构的变革和转型以及能源利用效率的提高。通过分析国家能源资源陆上大通道、国家重要清洁能源基地——新疆交通行业绿色综合能源系统构建,你将会看到在“双碳”目标及“交通强国”等国家战略下,公路交通对可再生能源波动性等不利因素的积极应对,推动交通行业与能源跨界融合发展的路径探索。

那么,我们为什么要构建公路交通绿色综合能源系统?该如何构建?该系统具备怎样的经济与技术特征?建设该系统面临哪些挑战?应该走怎样的应对路径?本文作者对上述几个问题进行了分析和探究,对正处于发展关键时期的中国公路交通降碳节碳,有序推动绿色低碳发展提供了非常重要的借鉴及参考。

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绿色综合能源系统是公路交通行业响应碳达峰碳中和目标的必然选择

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上提出:“中国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。”党的十九届五中全会把碳达峰、碳中和作为“十四五”规划和2035年远景目标。2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议进一步强调,把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局。公路交通行业构建绿色综合能源系统有利于深化碳减排工作,是对国家碳达峰碳中和目标的积极响应。

中国公路交通行业面临较大的减碳压力

交通行业能耗较大,“双碳”目标下的减碳压力较大。2018年,我国石油表观消费量达6.48亿吨,一半以上用于交通运输燃料。中国二氧化碳排放超100亿吨/年,占全球二氧化碳排放量的1/3,交通领域又约占中国总碳排放量的10%。

也有观点认为,“交通运输行业作为国民经济发展和居民生活必需的基础产业之一,碳排放占全国终端碳排放15%左右”。尽管数据有一定差异,但研究都反映出交通行业已成为工业、建筑之后的第三大二氧化碳排放源,特别是公路运输占全国交通运输碳排放总量的85%以上。交通运输部门的节能减排情况对我国的二氧化碳排放能否实现2030年左右达峰,以及达峰后的走势有重要影响。

新疆地区交通行业能耗和二氧化碳排放量较大。相比铁路和水路,公路运输在运输量中仍占据主体地位,碳排放量偏高。新疆碳排放呈现出明显的“高排放、低配额”特征,面临极为严重碳的排放赤字,随着“碳峰值”“碳中和”等应对气候变化新目标的部署,交通运输行业面临绿色变革提速的压力,能源向绿色低碳转型成为新疆交通行业减碳的重要路径。

绿色综合能源系统是公路交通行业可持续减碳的需要

绿色低碳公路交通的核心是控制资源占用、减少能源消耗、降低碳排放。随着光伏、风电等可再生能源的快速发展,构建绿色综合能源系统,向交通运营管理、服务区、道路、桥梁涵洞等系统提供可再生能源电力,不仅在技术及经济方面具有可行性,更对指导新建绿色公路具有重要参考意义。公路交通行业构建绿色综合能源系统也符合国家政策的支持方向,交通运输部制定的《公路交通运输绿色低碳发展行动计划》明确了绿色低碳发展时间表、路线图。

浙江、江苏、山东、天津、山西、甘肃、内蒙及湖北省等地已率先开展了交通+光伏绿色公路的建设与实践,大部分省份将光伏、风电、储能、充换电、制氢及加氢等工作分成不同主体,进行多头开发。部分省份、企业集团重视综合开发利用绿色低碳能源。

新疆地区可再生能源资源丰富,且可再生能源开发利用的基础较好。“十四五”时期,新疆可再生能源装机规模将达到8240万千瓦,建成全国重要的清洁能源基地。可再生能源及氢能均将是新疆的重点产业,这为公路交通行业构建绿色综合能源系统奠定了有利基础。

新疆公路交通行业构建绿色综合能源系统,有利于应对“孤岛现象和气候场景多样性”。公路交通点多、线长,分布较广、孤岛现象普遍、能源供应方式单一,电网末端电压偏小,传统供电架设成本高、损耗大、成本效益不匹配。绿色能源系统以自洽供给为典型技术特征,能降低传统供电架设成本。新疆公路沿线的可再生能源及氢能开发潜力参见图1及图2。

新知达人, “双碳”目标下的公路交通绿色综合能源系统建设——以新疆为例

新知达人, “双碳”目标下的公路交通绿色综合能源系统建设——以新疆为例

▲ 图1(左图) 新疆公路沿线的风能及氢能开发潜力

图2(右图) 新疆公路沿线光热资源分布情况(点击图片可浏览大图)

(作者:罗小刚、娄伟、张会成、阎威武、琚长江、陈学增、熊灿、张一章、刘海威、庞自飞、刘志成、郭俊峰)

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公路交通绿色综合能源系统的经济与技术特征

公路交通绿色综合能源系统以打造清洁低碳、安全高效、智慧开放的现代能源体系为目标,以可再生能源基地、智能配电系统、源网荷储协同互动等为抓手,通过充分开发利用高速公路路域资源,建立绿色能源与高速公路基础设施用能供能相适应的自洽供给、谷价储能余电上网、数字化智能控制、高能利用的能源体系。

以多域融合及循环经济为特色的产业发展模式

公路交通绿色综合能源系统建设涉及到诸多利益相关者,需要多领域合作。如新疆交通投资集团有限责任公司(以下简称“新疆交投”)以科技创新为驱动,以二级单位为支撑,以智慧公路、循环经济、能源绿色变革技术研发应用及数字化、网络化、智能化、绿色化的虚拟平台建设为重点发展方向,通过产学研用深度融合,推动交通领域的能源装备、建筑材料及物流等要素的高质量协同发展,力求构建出安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系。新疆交投集团公路交通绿色综合能源系统的多域融合及循环经济发展模式参见图3。

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▲ 图3 新疆交投集团公路交通绿色综合能源系统的多域融合及循环经济发展模式 (点击图片可浏览大图)

(作者:罗小刚、娄伟、张会成、闫威武、琚长江、陈国栋、熊灿、张一章、刘海威、刘志成、郭俊峰、冯立群)

以自洽供给为典型技术特征的绿色能源系统

新疆交投现承接运营管理全区33条高速(一级)公路,沿线205个收费站、71处服务区、养护区,运营公路里程6013公里,设施供电、供暖、燃料、制冷、养护运维等涉及大量能源消耗。开发利用管理区域内屋面、空余场地、闲置土地等路域资源,采用“自发自用谷价储能余电上网数字化智能调控”模式,以分布式风电、光伏互补可再生能源发电,及氢能、储能的自洽供给为核心,展开综合能源服务。

绿色能源自洽供给可提供低于现有电价的服务,逐步降低用电成本,解决能源供应方式单一,保证沿线用电安全可靠,为后期拓展交旅融合、5G基站、交通电气化负荷增长、数字新基建、建设综合能源站(加油、加气、加氢、充换电、制氢)等业务用电需求提供绿色安全可靠坚实的保障。后期利用分布式风光互补发电、谷价储能的自洽供给、余电上网、数字化智能调控高效利用综合能源服务基础上,在高速公路前期规划阶段统筹规划、设计沿途专线供配电系统,解决沿途用电所需,可有效减少基础设施投资、降低用能成本,提高商业服务收入。新疆交投公路交通绿色综合能源系统的自洽供给模式参见图4。

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▲ 图4 新疆交投集团公路交通绿色综合能源系统的自洽供给模式 (点击图片可浏览大图)

(作者:罗小刚、娄伟、张会成、闫威武、琚长江、陈国栋、熊灿、张一章、刘海威、刘志成、郭俊峰、冯立群)

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公路交通绿色综合能源系统建设面临的挑战与应对路径

在公路交通行业绿色能源系统建设过程中,需要解构传统的公路交通能源体系,面临着技术、资金、市场及消费习惯等诸多方面的挑战,这里以新疆公路交通为例,分析构建公路交通绿色综合能源系统面临的挑战及应对路径。

公路交通行业绿色综合能源系统建设面临的挑战

近年来,新疆绿色交通工作取得了明显进展,但由于多种主客观原因的影响,新疆公路领域在构建绿色综合能源系统过程中也面临一些挑战:一是清洁能源使用占比较低;二是能源“荷-源”匹配难;三是基础设施建设滞后;四是缺少成熟的经验。

公路交通绿色综合能源系统建设的重点

新疆公路交通行业在构建绿色综合能源系统过程中,所面临的挑战既有区域的特殊性,也有更多的普遍性。为此,新疆及全国其他区域的公路交通行业应重视以下几个方面的建设。

一是完善顶层设计,建设低碳综合交通运输体系。 把调整交通运输结构,实现交通网+能源网+信息网+服务网的四网融合作为交通运输碳达峰的主攻方向,充分考虑当地交通运输特点,大力发展新基建、新能源的跨域发展、融合,实现结构减排效应的最大化。需要以交通企业为主体统筹规划实施,从资源节约、绿色低碳转型、可持续交通方面发展制定规划和实施路径。

二是推动交通运输能源变革,实现低碳交通治理体系和治理能力现代化。 把强化低碳交通治理、提升交通运输效率作为实现交通运输碳达峰的重要途径。交通企业需要把低碳交通技术创新与能源转型作为重要着力点,推广应用可再生能源,充分挖掘交通运输发展各领域、各环节的技术减排潜力,重视新建自控加油、加气、加氢、充换电、制氢燃料电池热电联供发电站,以及氢燃料电池系统产品等公路交通综合能源产业链。

三是推动低碳技术应用发展,提升交通运输综合能效和减排效率。 交通碳减排需要结合各地实际情况制订碳排放量化导则,明确计算方法及范围边界。

四是积极开拓路衍经济发展,大力开发公路全域资源。 交通行业主管部门应以“双碳”目标绿色低碳转型为契机,主导统筹公路全域资源开发利用问题,创新沿线全域闲置资源的开发模式。

五是开展多元化“双碳”技术研究。 要落实交通运输行业低碳发展的可视可测等基础工作,重点关注交通排放量的定量研究,便于交通运输管理部门引导开展针对性减排措施。

结语

CONCLUSION

推进包括公路交通在内的交通行业的低碳化,是中国实现碳达峰碳中和目标的重要一环,构建公路交通绿色综合能源系统有利于优化能源结构及提升能源利益效率。结合新疆公路交通行业的实践探究,在公路交通绿色综合能源系统建设过程中,需要重视以下几个方面:一是科学研究与统筹规划。应针对“双碳”目标、挑战及机遇,研究论证有前瞻性和可操作性的绿色低碳转型可持续发展规划和实施路径,并重视公路交通领域减碳的相关研究和工程化设计;二是跨界融合与产业链延伸。重视新建由自控加油、加气、加氢、充换电、制氢、燃料电池热电联供发电站、纯电动和氢燃料电池系统产品等公路交通产业链构成的综合能源系统,实现创新引领长期稳定收益;三是能源系统的综合化及自洽供给。利用路权路域资源全路域开发风、光等可再生能源,实现自发自用、谷价储能余电上网、数字化智能调控,逐步降低用电成本;四是重视碳交易及碳金融工作。积极参与碳市场建设,通过组建碳资产管理平台进行监测、核算、预测,实现碳交易收益“跟跑并跑领跑”并行。 (本文为作者授权本刊在微信公众号和交通运输科技网上发布的缩略版,全文将刊发在《交通建设与管理》杂志2022年第1期。著作权归作者和《交通建设与管理》,未经允许不得转载,如果转载请注明出处。)

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