能源交通融合下的弹性公路能源系统发展技术要点及展望

作为两大战略性、基础性、全局性的行业,能源与交通是社会生产生活和经济发展提升的重要根本保障,两者集成协同、融合发展形成的公路能源系统对于应对资源紧缺与环境污染带来的严峻挑战意义重大。然而,能源系统在极端自然灾害等恶劣条件下时略显脆弱,其瘫痪也会造成公路系统的运营风险急剧增加。针对能源交通融合背景下的弹性公路能源系统,该文首先介绍了现有公路能源系统的不足,从能源转型、经济建设和发展布局3方面阐述了发展新型公路能源系统的必要性。而后对比了弹性与柔性、韧性的区别,给出了弹性公路能源系统的定义与关键特征,在此基础上介绍了弹性公路能源系统的基本运行模式。继而总结了目前弹性公路能源系统的关键技术研究现状,探讨了现有技术仍存在的难点及其解决方案。最后,对未来弹性公路能源系统的发展做出展望。

建筑-交通-能源(BVG)融合的探索应用

随着国家双碳战略的推进,建筑、交通、能源等行业的绿色化、低碳化转型稳步推进。建筑-交通-能源(BVG)融合发展,为建筑行业的低碳化发展提供了前所未有的发展机遇。本文以惠州中建科工绿色科技零能耗办公楼为例,进行了具体的分析与判断。结果显示,光储直柔及建筑-交通-能源(BVG)融合发展,可以降低建筑碳排放,具有重要的意义。

面向绿色低碳的韧性公路交通-能源融合发展技术和展望

公路交通与能源融合发展,是建设交通强国和全面推进美丽中国建设的必然要求,发展趋势是基于“人-车-路-环境-能源-信息”构建绿色、协同、高效、互融、互通的公路交通与能源系统。本文在“双碳”背景下,借鉴国内外公路交通与能源融合发展的研究与应用成果,基于“源-网-荷-储”一体化技术要求,分析了公路交通与能源系统的韧性特征,梳理总结了交能融合的现状、主要内容和形式,提出了交能融合要点。

我国道路交通与能源融合发展战略研究

能源与交通的交替进步承载了人类社会的繁衍发展与文明延续。面对资源紧缺、气候变化、环境污染带来的严峻挑战,利用交通资产能源化、交通用能绿色化途径可以有效实现交通领域“碳达峰、碳中和”目标已逐渐成为一种共识。本文系统回顾了道路交通能源融合的发展历史,调研并分析了源于国家能源安全、交通能源结构绿色化转型、交通资产能源化潜力开发,以及交通系统智能化等推动道路交通与清洁能源融合发展的需求与变化趋势。笔者在对我国道路交通风、光自然资源禀赋与用能需求自洽供给评估分析的基础上,给出了我国道路交通与能源融合发展的参考路径,并结合“碳达峰、碳中和”目标,提出了道路交通与能源融合发展的路线图。最后,提出了技术与政策两方面建议:在技术方面,建议强化科技研发、推进产业链发展,助力技术创新与融合;在政策方面,建议完善顶层设计与战略规划、支持探索市场新模式,进一步深化国际合作。

交通能源融合大数据平台架构与应用

交通系统的深度电气化和新型电力系统的快速发展加强了交通系统和能源系统的耦合,交通网与能源网呈现深度融合的趋势。两网的数据融合是实现两网高效交互及协同运行的关键技术。基于交通能源互联网的理念,提出交通能源融合大数据平台架构。对交通能源融合大数据平台在数据融合、分析、应用、安全方面所面临的挑战与难点进行分析,总结归纳大数据平台建设所需的关键技术。结合交通能源互联网在实际工程项目中的初步探索,给出交通能源融合大数据平台的典型应用方向。最后,对交通能源融合大数据平台的应用前景进行展望。

面向碳中和的港口综合能源系统(二):能源–交通融合中的柔性资源与关键技术

港口综合能源系统是能源–交通融合发展的标志,是海洋交通系统节能减排的重要途径,但其分析建模仍存在困难。为厘清港口综合能源系统的建模思路,总结其中的关键问题,该文首先从能源侧与交通侧分析港口能源–交通融合中的柔性资源,分别提出这些柔性资源的建模方法。同时,基于当前陆地综合能源系统的研究,展望港口综合能源系统的能流建模方法。最后结合当前研究现状,提出能源–交通融合规划方法、能源–交通融合运行方法、能源–交通融合评估指标体系3个未来关键技术。研究表明,目前对于港口能源–交通融合建模的工作尚处于起步阶段,港口综合能源系统缺乏统一建模方法,所提模型可以作为未来研究的基础性工具。

公路交通与能源深度融合发展思路与展望

借鉴国内外交通与能源融合发展的经验与实践,基于我国碳达峰碳中和战略要求,提出现阶段我国交通行业与能源行业协调融合存在的主要问题。结果表明,目前我国交通与能源融合主要存在融合界面不清晰、路径不明确、技术不成形、机制不顺畅等问题。针对上述问题,结合交通与能源两个行业的现状与特点,从目标、视角、关系、场景等方面提出我国公路交通与能源深度融合发展思路与推进建议。

数据与模型驱动的高速公路服务区交通自洽能源系统状态估计方法

构建高速公路服务区交通自洽能源系统是实现交通与能源融合的关键技术,而对其进行系统状态估计是近年来的研究重点。考虑到高速公路服务区交通自洽能源系统的复杂性和多样性,单一的数据或模型驱动方法难以全面、准确地估计系统实时状态。因此,研究了1种数据与模型驱动的复合方法,旨在实现更高效的系统状态估计。在数据驱动方面,尽管基于深度学习的光伏功率预测模型性能优越,但通常忽视输入特征间的互相依赖机制。为此,建立了基于自注意力机制(self-attention,SA)的时间卷积-双向长短期记忆网络(time convolution-bidirectional long short-term memory network,TCN-BiLSTM-SA),用于预测系统光伏出力情况。SA重新分配TCN-BiLSTM输入特征的权重,从而提升时空信息提取的有效性。在模型驱动方面,考虑高速公路路网车流量分布,建立了高速公路电动汽车出行轨迹概率模型;基于蒙特卡洛模拟法抽取初始和充电时电池容量,综合考虑车主用车习惯、环境温度等多种不确定性因素,来预测电动汽车充电负荷时空分布。通过利用新疆某高速公路服务区交通自洽能源系统的实际数据进行仿真验证,结果表明:在光伏预测上,所提模型在平均绝对误差、均方根误差和决定系数这3个指标上,相较于最佳模型分别提高了25.3%、16.7%、0.7%;在负荷预测上,所提模型有效预测高速公路电动汽车的充电负荷时空分布;在系统状态估计上,所提方法的精度达到了89.1%。

我国陆路交通能源系统发展战略研究

以能源高质量发展、交通强国建设为契机,推动能源与交通融合,将提升能源、交通两大基础行业的低碳化、高效化、集约化发展水平,支持实现我国碳达峰、碳中和战略目标。本文梳理了陆路交通能源系统的发展现状与趋势,阐述了能源与交通融合的必然性,提出了由动力层、物理层、应用层组成的新型交通能源系统架构;从能源主导、交通主导、能源交通并重等视角,分别剖析了互联电力网、电动化交通、能源交通融合网3种新型交通能源系统形态。在评估高速公路、高速铁路等典型线路上交通能源系统可利用的自然资源禀赋潜力的基础上,提出了3层结构、3类形态、3种驱动力相结合的陆路交通能源系统发展策略,以引导形成清洁低碳、融合高效的新型综合交通基础设施体系。研究认为,陆路交通能源系统的创新方向主要包括成套核心装备研制、融合系统构建与运维、技术规范与标准体系建设。为此建议,推进以清洁能源为主导、以电能为媒介的现代交通能源系统,创建清洁能源发电‒零碳原料燃料‒电动化驱动的新型交通动力系统,实施集能源、交通属性于一身的交通能源一体化新型基础设施规划建设。

地下空间支撑下的城市轨道交通和能源系统融合发展研究

城市因人口、经济活动高度集中而产生极大的能源消耗量,也是各类风险高度集聚的重点区域;能源和交通作为城市碳减排的重点领域、城市“生命线”工程的重要组成部分,进行融合发展对于城市绿色低碳、安全韧性建设具有重要价值。本文梳理了城市轨道交通与能源领域的低碳韧性发展现状,涵盖城市轨道交通低碳发展、城市轨道交通与能源系统韧性评估及提升、储能系统安全防控及风险评估三方面;提出了地下空间支撑下的城市轨道交通多能源融合系统构想,阐述了常态时期、极端条件下相应系统的运行模式;从环境、经济、社会角度分析了城市轨道交通多能源融合系统的潜在效益,展望了构想系统的未来研究方向与可能的解决思路。研究建议,完善城市轨道交通多能源融合系统政策机制,推进多部门协同治理;构建城市轨道交通多能源融合系统科技创新体系,助力实现城市轨道交通低碳、安全、高效运行;推动城市电网和轨道交通协同管理体系建设,增强城市“生命线”工程韧性治理能力。

公路交通与能源融合实践模式探究

目前公路交通与能源融合项目的投资、建设、运营存在盈利模式不清晰、交通侧能源侧要求不明确、政策机制不完善等方面的问题,严重制约了公路交通与能源融合项目的发展。针对上述问题,本文以示范项目为依托,开展了政策机制、安全环境、标准体系、运维模式、关键技术、解决方案的探索研究,形成可复制的公路交通与能源融合项目投建营模式,推动交能融合行业高质量快速发展。

面向低碳节能的交通能源融合智慧管理平台建设思路

综合应用了能源集约化精细化管控、数字孪生、碳目标下的能源优化调度、虚拟电厂等先进技术,构建了面向低碳节能的交通能源融合智慧平台。该平台可全面支撑交通能源融合业务场景需要,全息透明,灵活互动,业务敏捷,是解决交通领域节能降碳的有效手段。

高速公路绿色能源系统体系架构初探

高速公路为我国工业化与城镇化的推进做出重要贡献,能源系统支撑高速公路履行位移使命,与之而来的巨大碳排放量、环境污染等负面效应亦愈发凸显。当前高速公路能源系统的运行严重依赖于大电网,可再生能源渗透率低,部分偏远地区能源可及性差,粗排放、非协同增长方式难以满足高速公路的安全、高效、绿色与智能用能要求。在此背景下,能源交通融合发展成为践行“交通强国”战略和“30·60”双碳战略的必然选择。本文首先分析现有高速公路能源系统的不足之处,结合能源互联网和综合能源系统理念,提出建设高速公路绿色能源系统,以充分发挥高速公路自身的资源禀赋优势;接着建立高速公路绿色能源系统体系架构,用以指导系统构建;进而基于实际运行需要,综合技术研究现状与难点探讨,从需求、功能、技术、物理四个层面进行体系架构解析;然后分析了高速公路绿色能源系统建设涉及的两个科学问题;最后对高速公路绿色能源系统未来的研究重点做出展望。

基于改进模拟退火遗传算法的高速公路服务区自洽能源系统高能效优化

针对高速公路自洽能源系统高能效优化的问题,基于改进模拟退火遗传算法(SA-GA),提出了一种综合考虑经济目标和环保目标的自洽能源系统高能效优化运行策略。首先根据高速公路服务区自洽能源系统中各电力单元特性,建立一种综合考虑系统经济性和环保性的能效目标函数;其次根据高速公路服务区自洽能源系统的分类,建立了不同类型系统对应的约束条件;为避免遗传算法易陷入局部最优的缺陷,引入模拟退火算法,对改进后的SA-GA算法采用降温函数,寻找全局最优解;利用新疆某高速公路服务区自洽能源系统发电和负荷数据,并在传统服务区负荷的基础上进一步考虑新能源汽车充电站的影响。测试函数测试结果表明:SA-GA算法在求解速度和稳定性方面有明显提升,改进SA-GA算法对夏季、冬季典型日能效优化的结果,相较于遗传算法,在寻优精度提升约为20.33%。

面向公路交通的光水互补自洽微网系统规划模型

自2020年9月中国提出“碳达峰·碳中和”目标后,公路交通领域绿色转型发展成为亟待解决的重点任务。利用高速公路沿线清洁能源建立自洽微网系统,发展交通与能源一体化已成为减少碳排放、完成交通用能清洁化的必由之路。结合我国西部偏远地区公路交通系统难以接入大电网且光水资源丰富的特点,本文以偏远地区的独立交通微网为研究对象,研究了基于小水电的光水互补系统架构,并建立了基于该架构的公路交通光水互补自洽微网系统规划模型。提出了小水电为主导、光伏为辅助的光水互补系统控制运行策略;以系统经济性和供电稳定性最优为优化目标,采用粒子群优化算法进行了典型算例优化求解与研究方案对比分析,形成了面向公路交通的光水互补自洽微网系统规划推荐方案。研究结果表明:在光水互补方案中,系统的稳定供电率可以达到99.64%,相较于单一光伏电站供给方案,其综合年成本降低43.05万元,系统缺电率降低2.5%;相较于单一小水电站供给方案,其综合年成本仅增加1.53万元,而系统缺电率降低1.59%,验证了提出的光水互补自洽微网系统规划模型的有效性,为后续相关工程实践提供了参考借鉴。

含氢储能的公路交通风、光自洽微网系统优化调度策略研究

该文构建以服务区微网净收益最大化为目标,以微网系统功率平衡为约束,包括蓄电池与氢能两种储能单元在内的风、光发电服务区微网优化调度模型。采用CPLEX求解器进行求解,并对纯蓄电池、纯氢储能、蓄电池与氢储能混合系统3种不同配置方案下的优化策略进行对比分析。研究结果表明:含氢储能的方案提升了风、光资源利用率的同时增强了系统供电可靠性,验证了该方案下优化调度策略的有效性。

面向交通与能源融合需求的高速公路设施用能负荷预测

为准确预测用能负荷,通过调研高速公路典型构造物用能负荷历史数据,分析了交通量、天气状况、星期、月份以及节假日/工作日等多重因素对用能负荷的影响,采用主成分分析(PCA)方法对这些影响因素进行降维处理,消除原始序列的冗余性;分析了节假日/工作日属性和天气状况等因素对用能负荷特征的影响,提出了高速公路用能负荷预测模型候选数据集(CD)构建策略,在此基础上,采用长短时记忆(LSTM)网络模型对多变量用能负荷预测进行了动态时间建模,并依托广西桂柳高速公路实测数据对提出的预测模型进行了验证。分析结果表明:交通量、天气状况、星期、月份、节假日/工作日这5个主成分累计贡献率为85.54%,是高速公路用能负荷主要影响因素;隧道、收费站和服务区用能负荷的高峰时段分布各异,隧道用能负荷高峰时间波动较小,收费站用能负荷高峰集中在10:00~21:00,服务区用能负荷高峰时间段最短,仅集中出现在11:00~12:00;在不同季节测试日中,采用候选数据集构建策略及PCA处理后,提升了训练集数据的针对性,预测结果的精度也得到了提高,平均绝对百分比误差不超过12.33%,均方根误差不超过3.86,提出的预测模型在不同典型场景的负荷预测中均具有良好的适用性,可为高速公路自洽能源系统设计提供理论支撑。

面向碳中和的港口综合能源系统(一):典型系统结构与关键问题

高度电气化的港口将形成“能源–交通”强耦合的港口综合能源系统,其管理是实现未来绿色交通的关键途径。为厘清港口综合能源系统的发展路径,探究港口综合能源发展在实现海洋交通“碳中和”目标过程中的关键作用,该文调研相关文献,分析代表性港口及港口能源系统发展历史,从典型功能分区、排放政策法规及当前排放类型等角度总结港口综合能源系统的典型结构,提出港口综合能源系统发展建设中的关键问题。结果表明,港口综合能源系统是港口电气化发展的必然趋势,亦为未来海-陆能源协同提供坚实平台,但“能源–交通”深度融合在为港口带来巨大节能减排潜力的同时,也将带来多能流融合、能源–交通融合建模、多利益主体管理等复杂问题等亟待解决的问题。

面向交通能源融合的路侧单元传输控制优化策略

针对如何提高自供电路侧单元服务满足数量的问题,提出一种在自供电路侧单元平均能效约束下最大化满足车辆服务请求数量的传输控制策略.该策略按照待服务车辆权重次序以车辆位置和能量队列长度为系统状态作出传输控制决策.通过建立自供电路侧单元传输控制决策的马尔可夫链模型,对服务过程中平均完成请求数和平均能效进行分析,进而提出一个非线性优化问题并求解,获得最优传输控制策略及其调度参数.仿真结果表明,上述自供电路侧单元最优传输控制策略具有位置状态和能量状态的双门限结构,相比于贪婪策略和Qlearning方法分别在能效方面平均提升了20.55%与11.86%,在服务稳定性方面,相比于其他两种策略,停电概率与不服务概率分别平均下降了20.03%与15.14%,具有能效和稳定性上的优势.

高速公路用能场景下微电网容量优化配置研究

随着以高速公路为代表的交通用能场景能源需求的增长,交通系统需要充分利用自身蕴含的自然资源,形成适配交通用能特征的微网规划方案。考虑电动汽车负荷多种不确定因素,建立动态负荷预测模型。研究针对高速公路微电网容量配置问题,从投资者角度构建以微电网综合成本最小为目标的优化模型。以广西某高速公路服务区为实例,选取6种典型场景,仿真结果表明,所提方法能够解决高速公路用能场景下微电网容量配置问题,经过经济性分析后,确定夏季典型日配置方案收益更优,为新能源在交通领域的应用提供可行的方法,有一定的理论研究和实践意义。