“源网荷储”构建交能融合发展数智赋能推动交通绿色转型.pdf

10企业风采20234能源是国家经济发展的重要物质基础，交通是国家经济发展的互融互通命脉，交通发展离不开能源供给。自我国提出“双碳”目标以来，交通行业低碳发展进程迅速、需求旺盛。立足推动能源行业高质量发展，服务国家经济社会发展全局，全面推进交通行业清洁能源的高效利用，交通与能源深度融合发展成为大势所趋。2022年5月，交通运输部发布扎实推动“十四五”规划交通运输重大工程项目实施工作方案，明确将绿色低碳交通可持续发展工程作为“十四五”交通运输重大工程，其中在高速公路、枢纽场站、水上服务区和港口码头等场景开展一批“分布式新能源+储能+微电网”智慧能源系统示范工程项目，以支持交通能源的清洁低碳化。目前，交通与能源融合、互联还处在起步阶段，国内外尚无深入、系统性的研究，更缺乏工程实践。以风光为代表的可再生能源具有低碳环保等优点，但也具有随机、波动、间歇的特性，无法满足持续、稳定的能源需求，导致应用受限。2022年4月20日，中国能建董事长宋海良在博鳌亚洲论坛2022年年会“能源融合发展，共建绿色世界”分论坛提出：“中国能建聚焦能源网、交通网、数字网、水利网、生态网、产业网、文化网七网深度融合，突出跨界融合、要素融合、产业融合、区域融合四大融合，围绕新能源、大能源 新基建、大基建 新能建，大能建建设融合能源、融合基建、融合能建，让融合无处不在，向着交融 数智 联通三大趋势蓬勃发展。”同年9月15日，宋海良董事长在第19届中国东盟博览会中国能建绿色低碳发展论坛，围绕能源融合的再升级、再创新，提出了“一核、二化、三新、四融、五者”的系统解决方案：“一核”，即以绿色低碳发展为核心，是能源融合的基本方向；“二化”，即数字化、智能化，是能源融合的主要驱动力；“三新”，即新能源、新基建、新产业，是能源融合的创新发展平台；“四融”，即产业链融合、要素融合、跨界融合、区域融合是能源融合的关键路径；“五者”，即争当国家战略的忠实践行者、绿色转型和绿色世界的推动与建设者、数字智慧的积极先行者、融合发展的坚定引领者、一体化解决方案的优质提供者。中电工程深入研究现代综合交通运输体系的供用能系统，坚持推进以可再生能源为中心的能源高效利用核心技术，加快推动低碳化交通工具和交通枢纽的绿色清洁能“源网荷储”构建交能融合发展数智赋能推动交通绿色转型 中国电力工程顾问集团有限公司 张力 张炳成 黄晶晶 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 孙志云 卢小龙20234创新企业增刊11源供给方案研究。通过研究未来交通绿色低碳的发展趋势，预测不同体量、不同区域交通系统用能需求和综合能源供给方式，结合可再生能源资源禀赋、地域特征、能耗波动等，针对交通网与能源网跨界融合、交能融合数智驱动，提出具有多能互补、能耗波动、自洽供应等特点的创新技术与典型应用场景探索，以适应不同特征交通的能源服务模式，并积极探索与地方产业共建共享、融合发展途径。交能融合是交通行业减碳、实现双碳目标的必然途径。在交通、能源产业共建共享、融合发展中，中电工程提出以“源网荷储”一体化构建交通与能源融合发展的思路与路径，通过“数字化、智能化”赋能交通，推动交通的绿色低碳转型。低碳能源替代是碳减排的核心手段，车、船等交通工具和枢纽客流用能低碳化是实现途径，交通与能源的数字化与智能化是交通与能源的纽带与助力。通过“源网荷储”一体化为代表的新能源开发典型模式，为公路、水路、航空等领域交通基础设施开发建设及运营管理的绿色转型提供新方向，助力交通领域自身新能源开发与消纳利用，提高能源自洽水平。“源网荷储”构建交能融合发展以“源网荷储”规划构建交通与能源一体化融合，实现交通供用能多源互补、协调、灵活、自洽。“源”强调光伏、风电、地热等分布式可再生能源，形式包括电、热、气等，旨在实现交通综合供能的低碳化；“网”是指供应交通的灵活柔性供能网络，旨在实现交通供能的智能化；“荷”包含了交通工具耗能和交通枢纽站点客流需能，存在明显的动态变化特征；“储”体现多种储能配合交互，是架起可再生能源不稳定供能与动态变化交通负荷的桥梁。交能融合“源网荷储”的核心是“源荷储”时空匹配，实现手段是灵活柔性的新型供能网络。“源荷储”时空匹配的重点在于交通、能源及周边城市生产生活的协同规划，通过统筹规划区域内的风、光、热、电等各类资源与能源，因地制宜，既考虑交通的扩展性，又考虑能源的经济性、可靠性和环保性，对区域内可再生能源电站、用电用能设施、混合储能装备进行选址定容优化。“源荷储”协同规划需要考虑一定的约束条件，使得规划的结果技术可行性与经济可行性满足实际系统的要求。约束条件主要包括系统级运行约束条件、设备级运行约束条件以及工程约束条件。系统级运行约束条件主要考虑可再生能源利用率、交直流互联装置交互功率及利用率、功率平衡、节点电压以及热稳定与动稳定等约束；设备及运行约束条件主要考虑光伏风机等发电设备输出功率、交通负荷功率需求、储能系统充放电功率与荷电状态等约束；工程约束条件主要考虑建设区域的可再生能源与交通负荷分布特性，选择合适的可再生能源发电以及储能装置的类型。同时，需要综合考虑建设区域的周边环境与气候，对系统中设备类型、设备绝缘、备用容量以及运行方式进行选择。在协同规划中，重点要处理好三对关系：一是要处理好交通区域内可再生能源电站局域网与城市（城际）电网之间的关系；二是要处理好交通区域内可再生能源供能量与交通及周边负荷的关系；三是要处理好所在区域可再生能源资源禀赋与禀赋利用方式的关系。利用交通区域丰富的土地资源，从部分实现可再生能源替代，到完全实现能源自给，最终资源外溢，助力城市更新及乡村振兴。数智赋能推动交通绿色转型从综合交通与能源融合的架构体系来看，交能融合是一个集物理、通信、信息以及应用于一体的多元化复杂系统。在这个多元复杂系统中，核心是信息流与能量流。信息流既包括交通工具或客流所产生的也包括能量流所产生的，能量流包括能源供销产生的电能、热能等，其中占比较大的是电能。信息流与能量流之间既存在相依，又存在交互，比如能量流同时产生信息流（包括电压、电流、功率、频率等），而信息流（包括交通状况、客流等）可能是能量流的主导因素。信息流的数字化和能量流控制的智能化是实现“源网荷储”协调运行、提升交通可再生能源渗透率的有效手段。交能融合体系中，“源”侧含有大量的分布式电源，要求网侧具备良好的开放性及稳定性，为分布式电源的接入提供接口，实现分布式电源的即插即用。“荷”侧充分发挥交通负荷的充放电特性，由被动负荷转变为主动负荷，通过需求侧响应技术，参与电力系统的负荷调峰与二次调频。“储”作为“源”“荷”中转站，通过储能装备的充放电控制，平抑可再生能源发电出力与交通负荷的双重间歇性与波动性的供需不平衡。“源”侧重视基础条件分析，通过地区气候、地理与资源禀赋条件数字化，实现多元能源工程化预测，通过智能化自动远程控制，实现“源”侧产能优化；“网”“储”侧通过能源传输规律，利用信息技术对信息流和能量流进行价值挖掘，通过信息流监控实现能量调用、需求响应和储能控制最优化；“荷”侧结合未来交通系统发展开展多场景12企业风采20234数字化预测，提升“荷”侧用能精准化预判。只有通过“源网荷储”数字化与智能化技术，通过传感网对物理系统进行实时信息采集，经通信网络发送至计算平台，计算平台应用大数据与云计算技术，对实时信息进行分析处理，应用与服务平台调用计算结果，做出控制决策，并经通信网络发送至控制设备，通过物理系统的调控设备，对能量的流动进行控制和优化，重点解决可再生能源随空间的分布不均匀性以及随时间的波动性与交通用能的动态变化匹配性，才能实现系统的横向多源互补、交通能源互联互动与纵向“源网荷储”协调配合，保障交通用能的稳定性和安全性。数智赋能的难点在于构建与新型电力系统相适应的高弹性、高柔性、高可靠性的供电基础设施，支持以自动驾驶为主要需求的“云边端网智”车路协同泛在系统。科技创新直击交能融合痛点中电工程重点研究与交通节点网络相融合的新能源供给技术方案，立足综合交通的能源与服务需求，通过可再生能源供能潜力预测数字化、用能负荷预测数字化、多能协调控制智能化、源储荷匹配智能化和车路协同云端化，创新多元能源供给技术和交通负荷协调控制技术，构建因地制宜、源荷互动、灵活自洽的能源服务体系，实现交通与能源深度融合，推动交通用能向绿色、低碳、安全、智慧转型发展。可再生能源供能潜力预测数字化综合交通及其枢纽站点能源供给形式包括但不限于地热能、风能、太阳能等多种可再生能源。剖析高速公路、典型空港地形勘查特点，采用分区域、分类型、分资源的可再生能源供给潜力评估，结合地区能源价格政策，建立综合交通可再生能源供给潜力评估数字化地图，实现跨地域交通能源的协同优化规划，提高交通可再生能源渗透率，优化源荷匹配。为提高可再生能源供给潜力评估准确率和有效性，提升可再生能源在交通行业应用的安全性和高效性，重点关注光伏与地热两类具备广泛应用场景的可再生能源。围绕光伏供电，关注光伏闪光眩光、电磁干扰等对交通工具及指挥调度的安全影响，确定不同建筑屋顶、不同场景的布置形式与角度选择，在占地最省的情况下获取保障交通安全运行的最大发电效率；围绕地热供能，重点关注不同气候区域、不同需求场景的配比问题，深入分析多种交通方式叠加对地热系统安全的影响，建立地热与常规冷/热机组的经济、效率平衡。多能协调控制智能化交通与能源融合的核心技术在于多能互补及协调控制，融合的目标在于实现交通减碳降碳与高效绿色运行。基于“碳排放能源交通”协同影响机理研究，挖掘“碳排放能源交通”协同影响动态特征，从多个维度分析横向20234创新企业增刊13冷热电气、纵向源网荷储各类元素对碳排放的影响；在基础条件分析、系统规划、系统运行层面优化规划与优化运行的前提下，通过信息流调控能量流，建立交通用能自洽系统架构和模式，提出关键策略；综合考虑功率平衡、耦合转换以及各类设备物理运行等约束条件，以碳排放降低、能效提升、新能源消纳等作为优化目标，开发协同控制调度优化的决策；通过仿真及验证后形成自主研发的交能融合协调控制成套技术。用能负荷预测数字化从交通与能源融合领域长期发展来看，交通流量、用能趋势、负荷变化等方面中长期预测是支撑该领域健康发展的关键。预测的精准性，直接决定了交通领域未来体量与布局、能源的精准开发与利用。中电工程围绕交通枢纽用能预测，开展了三阶段用能负荷预测数字化工作：第一阶段基于历史交通运输系统不同交通方式枢纽的用能结构数据，采用多种趋势预测方法构建未来五年交通枢纽用能负荷模型并对比精确度；第二阶段结合碳达峰目标对于交通枢纽规模和部分设施新能源替代的要求，预测交通枢纽减碳期（2030年前）交通用能设施的种类、数量、分布和强度等数据，进而基于交通枢纽运行指标与能源消耗指标的关联矩阵，构建交通枢纽低碳用能负荷综合预测模型；最后结合碳中和目标对于交通枢纽网络结构、枢纽数量、枢纽规模和用能设施新能源替代的要求，基于公铁水空交通枢纽用能的分类统计数据库，采用大数据分析、深度学习等深度挖掘数据处理方法，全面评估交通枢纽零碳期（2060年前）交通枢纽用能潜力。源储荷匹配智能化交通用能实现“源”与“荷”的匹配，势必引入储能。储能既包括储电，也包括储冷、储热等多种储能形式耦合技术。在储电方面，基于“光储直柔”技术，探索在交通行业实现“光伏发电、储能蓄电、交直流供电、柔性用电”的新型能源“光储直柔”系统应用，通过建立交通枢纽高可靠性能源一张网，实现分布式光伏能源友好接入、储能及充电桩灵活调配以支撑后备电源，为低碳交通枢纽能源系统管理运维提供重要的技术基础。在多种储能形式耦合方面，针对交通枢纽冷、热、电需求之间互相渗透，相互依存、关联紧密，结合交通枢纽运行动态、用能特性、不同地区分时电价政策、新能源补助、碳汇等政策，建立高效、安全的利用蓄冷、蓄热、蓄冰、蓄电等多种新型储能智慧化调配系统。车路协同云端化通过车辆自动化和道路信息化、智能化、自动化的提升与发展，采用先进无线通信与新一代互联网等技术，实现全时空动态交通信息的采集与融合，全方位实现车车、车路动态实时数据交互、车辆主动安全控制和道路协同管理，提高通行效率。在实现层面，构建以边缘感知层、网络通信层、基础设施层、数据资源层和云端应用层为总体技术构架的多源信息融合的车路协同系统，发挥能建网络通信、基础设施、数据资源的优势，突破边缘感知与云端应用研究，形成面向政府、公众、企业服务的3类用户群体定制化解决方案。通过车路协同路侧设备RSU功率覆盖优化与行驶车辆引导策略优化，实现车路协同系统节能优化。商业模式助力交能融合落地中电工程以“能源+”作为交通能源融合低碳协同发展的切入点，通过项目开发纵向一体化、前期策划横向一体化、集团化运作的投建营一体化开发模式，带动上下游产业链、经济带、园区建设、城市更新、乡村振兴发展，为交能融合提供技术经济可行的项目落地解决方案。加大基础设施投建营一体化融合，以清洁智慧能源供应为抓手，以港口、航空、铁路等大型综合交通枢纽低碳化升级为依托和突破，带动城市、城镇、产业园区在综合管廊、多站合一（充、储、氢、油、气）、绿电公路、共享杆塔、智慧枢纽建设，充分发挥能源领域的规划、设计、建设优势，通过提高能源利用效率，促进土地资源高效集约利用，提升空间资源配置效率，显著降低基础设施建设及运营成本。推动多数据信息融合与交互，以综合能源协调规划、多能监控为核心，以公共交通数据为抓手，开发“能源交通”能效数据模型，建立交通信息、交通用能预测数字化与能源调控智能化的数据信息融合平台方案，提升公共交通能源利用效率，推进数据信息采集和应用服务的落地，探索能源交通数据的应用服务模式，挖掘商业价值，建立共享共赢的模式。升级应用服务融合，利用国家能源智库团队力量，开展多规合一工作，为城市升级改造提供专业咨询服务，指导能源交通信息基础设施规划建设；利用数据信息融合平台成果，开展虚拟电厂、分布式充储站点电网响应服务、V2G应用、充电导航、交通碳交易服务等。在应用服务过程中，关注市场需求的新方向和发展痛点，进一步促进基础设施的升级融合建设。在“3060”碳达峰碳中和行动方案指引下，中电工程促进能源+交通跨部门协调、跨领域合作，促进学科交叉、技术融合创新，共同推动碳达峰碳中和目标下的技术融合创新与成果推广应用。