0 引言
为减少温室气体排放，应对全球资源紧缺、环境污染、气候变化等一系列重大挑战，2016年178个国家联合签署了《巴黎协定》，共同商定将“全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2 ℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5 ℃以内”[1]。2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上宣布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。
目前，我国交通运输行业仍以化石燃料消耗为主，清洁能源使用比例依然较低。交通运输中的碳排放主要来源于运输过程中交通运输工具燃料燃烧产生的CO2 排放。根据统计数据，交通运输的碳排放量占全国碳排放总量的10%左右，其中公路排放量占交通运输总排放量的86.8% 左右, 结合当前形势和长远发展来看，交通运输行业碳排放达峰存在较大困难[2-3]。为推进交通绿色低碳发展，国务院发布了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和《2030年前碳达峰行动方案》，明确要求“推动运输工具装备低碳转型、构建绿色高效交通运输体系和加快绿色交通基础设施建设”。同时，《国家立体综合交通网规划纲要》提出要“推进交通基础设施网与运输服务网、信息网、能源网融合发展”。
面对资源短缺和环境污染的双重挑战，推动公路交通与能源基础设施融合发展，促进产业转型和升级是应对挑战的有效途径[4]。目前融合过程中遇到一系列问题，主要体现为政策机制不完善、标准体系不健全、融合模式不成熟、技术路径不明确等，皆是交能融合重点研究领域。基于此，为有效促进公路交通与能源基础设施融合发展，助力碳达峰碳中和目标的实现，本文将从顶层规划、标准体系和融合实践场景模式3个方面分析融合发展现状及存在的问题，探讨发展趋势并提出相应的对策建议。
1 融合发展现状
1.1 顶层规划
为实现碳达峰碳中和目标，2021—2022年全国各地陆续发布了碳达峰实施方案（见表1 ）。在交通运输领域，各地均围绕构建绿色高效交通运输体系、提升交通基础设施绿色低碳化水平和推动交通运输工具绿色低碳转型等方面制定了相关发展要求。
表1 全国各地碳达峰实施方案措施汇总表 |
| 地区 | 提升交通运输效率 | 提高公共交通出行比例 | 提升交通基础设施低碳化 水平 | 推动交通运输工具绿色低碳转型 | 构建绿色高效 交通运输体系 |
|---|---|---|---|---|---|
| 北京 | √ | √ | √ | √ | |
| 天津 | √ | √ | |||
| 上海 | √ | √ | √ | √ | |
| 成都 | √ | √ | √ | √ | |
| 云南 | √ | √ | |||
| 辽宁 | √ | √ | √ | ||
| 黑龙江 | √ | √ | √ | √ | |
| 湖南 | √ | √ | √ | ||
| 安徽 | √ | √ | √ | ||
| 山东 | √ | √ | |||
| 江苏 | √ | √ | √ | ||
| 浙江 | √ | √ | √ | √ | |
| 江西 | √ | √ | √ | ||
| 广西 | √ | √ | |||
| 内蒙古 | √ | √ | √ | ||
| 吉林 | √ | √ | √ | ||
| 贵州 | √ | √ | √ | ||
| 青海 | √ | ||||
| 宁夏 | √ | √ | √ | ||
| 海南 | √ | √ |
结合“十四五”综合交通、太阳能光伏发电设施和氢能发展规划发展任务，顶层发展方向主要包含：
1）加强综合交通基础理论研究，探究公路交通与能源协同规划方法;
2）统筹公路沿线充换电设施建设，实现公路服务区快充站全覆盖;
3）发展公路沿线光伏发电设施，打造近零碳交通示范区;
4）加强公路氢能站布局建设，打造氢能重卡示范线路;
5）深入开展公路交通与能源融合关键技术研发，提高科技成果转换效率。
1.2 标准体系
1.2.1 绿色交通标准体系
在交通运输行业，2016年交通运输部印发了《绿色交通标准体系（2016）》，梳理出221项节能环保标准，对推广应用先进节能环保技术产品，降低生态环境影响，提高能源利用效率，改善交通运输能源结构等具有重要意义[5]。
为加快推进绿色低碳交通发展，在深入分析国际国内绿色标准的基础上，对照碳达峰碳中和工作要求，交通运输部修订发布了《绿色交通标准体系（2022年）》。绿色交通标准体系如图1 所示，共包括6个部分，即基础通用、节能降碳、污染防治、生态环境保护修复、资源节约集约利用及相关标准，共收录242项绿色交通国家标准和行业标准。在清洁能源设施应用方面，该标准体系主要包含公共建筑节能设计标准、加氢站技术规范、建筑节能与可再生能源利用通用规范、公路沿线设施太阳能供电系统通用技术规范等。
1.2.2 光伏标准体系
在太阳能光伏行业，2017年工业和信息化部印发了《太阳能光伏产业综合标准化技术体系（2017）》，围绕光伏产业链构建，以满足应用需求为出发点，进行了总体规划和顶层设计，制定了光伏标准化体系。该体系主要包括基础通用、光伏制造设备、光伏材料、光伏电池和组件、光伏部件、光伏发电系统及光伏应用等7大方向、35小类，涵盖国家标准和行业标准，包括现有标准、制修订中的标准、拟制修订的标准和待研究的标准，共计500多项[6]。
为促进光伏产业的高质量发展、助力实现碳达峰碳中和目标，2021年该标准已启动修订工作，将围绕智能光伏、绿色光伏（绿色低碳、回收再利用等）、光电建筑一体化、“光伏+储能”及产业链各环节先进技术、产品及测试方法等领域进行修订。图2 为正在修订中的光伏标准体系框架。在公路光伏设施应用层面，该标准体系主要包含太阳能道路交通标志、太阳能黄闪信号灯、太阳能突起路标等内容。
1.2.3 氢能标准体系
在氢能行业，我国起步较晚，2008年成立了氢能标准化技术委员会（National Standardization Technical Committee for Hydrogen Energy, SAC/TC 309）和全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会（National Fuel Cell and Flow Battery Standardization Technical Committee, SAC/TC 342），已发布的标准主要包括基础与管理、质量、安全、工程建设、制备与提纯、储运加注、应用和检测8个方面，其中氢能与燃料电池方面国标有94项。图3 所示为根据已有标准分类整理的氢能标准体系框架[7]。
为加快完善氢能标准体系，标准化技术委员会将重点开展氢燃料品质检测、氢能评价、氢能风险评价、可再生能源电解水制氢、高压储运氢、液氢生产储运、管道输氢、加氢站和装备等方面的标准研制，完善氢能制、储、输、用标准体系。在公路服务区加氢站方面，该标准体系主要包含汽车加油加气加氢站技术标准、加氢站技术规范、加氢站安全技术规范、氢能车辆加氢设施安全运行管理规程等。
1.3 融合实践场景模式
1.3.1 太阳能光伏发电
我国采取了太阳能光伏发电并网电价补贴和太阳能发电并网鼓励政策，促使光伏新增装机容量不断增长。根据国家能源局统计数据，截至2021年底全国光伏新增装机容量54.88 GW，其中分布式光伏容量29 GW，约占全部新增光伏发电装机的53.4%，首次超过集中式电站。
我国公路沿线具有较好的太阳能光伏资源。根据交通运输部统计数据，截至2022年底，我国公路通车里程535万 km，其中高速公路17.7万 km，在太阳能光伏资源Ⅰ类和Ⅱ类地区的等级公路总里程约占公路总里程的40%，Ⅲ类及以上太阳能光伏资源区域等级公路总里程约占公路总里程的60%[8]。
结合公路用能需求，公路沿线光伏发电技术典型应用场景包括以下几项。
1）光伏服务区。公路服务区为司乘人员提供休息、汽车保养、购物等服务，一般配备办公用房、停车场和绿地等设施，故在办公用房楼顶、停车场遮阳棚及空闲地块处均可设置光伏发电组件。另外，可结合再生能源利用、零碳智慧管控和污废资源化处理等技术实现零碳排放，打造零碳服务区（如青银高速济南东服务区、常台高速嘉绍大桥服务区）。图4 为光伏服务区典型案例。
2）光伏边坡。为克服地形限制，高等级公路存在高填或下挖边坡，当迎光面边坡朝向合适时，可充分利用其空间资源，结合边坡防护型式设置光伏发电组件，典型项目如荣乌高速威海段、攀大高速四川段光伏边坡。图5 为光伏边坡典型案例。
3）光伏隧道口遮光棚。为提升隧道进口行车安全性，在隧道口设置光过渡段以缓解进出隧道瞬间“黑白洞效应”。光过渡段可采用植被遮挡或设置遮光棚，若采用遮光棚且光照良好时可采用太阳能光伏遮光材料。图6 为光伏隧道口遮光棚典型案例。
4）光伏声屏障。车辆在行驶过程中会对公路两侧辐射较强的交通噪声，通过构筑声屏障的方式来降低公路交通噪声是目前应用较广泛的降噪方式[9]，可在传统声屏障基础上进行改造，将其上部换成具有吸隔声功能的太阳能声屏障。图7 为光伏声屏障典型案例。
5）光伏路面。光伏路面是指采用太阳能光伏发电层替代传统的沥青或水泥混凝土面层，或将太阳能光伏发电层直接铺设于现有沥青或水泥混凝土路面表面而作为面层的一种全新的多功能路面[10]。光伏路面需根据不同应用场景的供电与荷载要求进行专项设计，目前光伏路面项目多处于理论研究和室内试验测试阶段，例如2017年12月，我国济南建成并投运世界首条光伏高速公路（见图8 ）。该路面全长1.08 km，采用承载式光伏路面技术、“透光混凝土+光伏发电组件+绝缘防护”3层结构，计划使用年限为25年，并同步开展一系列有关光伏路面技术体系的研究。
1.3.2 公路服务区光储充一体站
根据公安部统计数据，截至2022年底，全国新能源电动汽车保有量达1 310万辆，占汽车总量的4.10%，比去年上半年增加110.6万辆，增长幅度达100.26%，电动汽车产业处于蓬勃发展过程中。为解决公路交通出行快速充电难题，公路光储充一体站技术逐渐得以应用。
光储充一体化电站能利用储能系统在夜间用电低谷时储能，在充电高峰期通过储能电站和电网一同为充电站供电[11]，可根据需要与公共电网灵活互动，运行相对独立，不仅有助于解决新能源发电间歇性和不稳定等问题，还可减少充电高峰时充电桩大电流充电对区域电网的冲击。储能电池是光储充一体化电站建设中的核心设备，其成本制约了光储充一体站的推广速度。相关典型工程有揭博高速瓦溪服务区、青银高速济南东服务区及常台高速嘉绍大桥服务区光储充一体站等，其中前两者如图9 所示。
1.3.3 公路服务区加氢站
加氢站是为氢燃料电池汽车提供氢气来源的能源基础设施。根据汽车工业协会统计数据，截至2020年底，我国累计推广公交车、重型卡车等商用氢燃料电池汽车7 352 辆，氢燃料电池汽车已成为能源转型和汽车动力转型的重点领域。
相比发达国家，我国加氢站建设起步较晚且发展缓慢，自2006年第一座氢燃料电池汽车加氢站在北京中关村落成以来，截至2021年底国内共建成加氢站218座，主要分布在广东、山东、江苏等经济相对发达地区[12]。目前我国纯氢站建设成本高且加氢车辆规模有限，难以实现良好的经济性，因此加氢站类型逐渐由纯加氢站向油、气、电、氢合建站转变，趋于多元化，适于未来商业化运营。
从布局特点看，加氢站正在从“以点带线”逐步拓展到“促线成网”，最终实现全覆盖联动。例如浙江省、山东省均提出要依托沿线高速公路、重要节点城市构建“氢走廊”。
1.3.4 公路动态无线充电
由于技术难度和建设成本问题，动态无线充电技术推广难度较大，仅建立了个别用于试验的示范线路，例如江苏同里建成400 m长11 kW充电功率示范线（见图10 ）、河北张北建成200 m 长大巴20 kW充电功率电示范线等。
2 融合发展趋势
综上可知，各地综合交通发展规划中已明确发展要求，将太阳能光伏、氢能等能源技术在公路工程中也进行了融合实践应用并取得了一定的科技成果，编制了部分融合发展标准规范，形成了初步的融合发展路径。
按照国家战略部署及实施发展要求，未来公路交通与能源基础设施的深度融合发展阶段将呈现以下特征：
1）顶层规划上：将制定融合项目立项、审批和验收等管理要求，编制融合发展战略规划，构建融合评估体系等，形成完善的融合发展政策支撑体系。
2）标准体系上：将建立涵盖能源、交通、通信的交叉应用标准规范，形成全生命周期的融合标准体系。
3）实践模式上：将突破一批关键技术，形成适应于不同场景的融合技术方案，全面推进融合工程实施，建成近零碳自洽式交通能源系统。
3 融合发展建议
3.1 加强顶层设计，推进管理制度融合
1）行业管理层面：建立融合管理体系。梳理管理或审批机构职责及项目审批、建设、运维等不同阶段的工作流程，建立阶段性调整规划或融合工作机制，实现区域协调、行业联合的融合管理模式。
2）发展规划层面：制定融合发展战略规划。根据资源禀赋、交通用能需求，以系统最优原则明确融合目标，规划“融合网”，统筹部署重点项目和任务清单，先易后难地分阶段推进实施。
3）后评估分析层面：构建融合评估体系。跟踪示范工程项目实施情况，评估融合效果，逐步建立交能融合评价方法和评价指标体系。
3.2 完善标准体系，实现全生命周期融合
从绿色交通、光伏和氢能已有标准体系看，在公路交通与能源融合应用层面的标准偏少，滞后于工程建设需要。以分布式光伏为例，光伏边坡、光伏声屏障等产品已在示范公路中得以应用，但与公路边坡、声屏障等结构物融合的设计、验收、养护等标准并未及时制定，阻碍了产品的进一步推广，制约了深度融合发展。
因此建议重点推动以下工作：
1）联合发改、交通、能源等行业主管部门，系统完善标准化体系，推进融合项目设计、运营、养护和验收等技术应用方面的标准编制工作，形成覆盖规划、设计、施工、运营、管理、维护等各阶段的全生命周期融合标准体系。
2）强化标准实施效果评估，建立标准体系动态调整机制，加快将科技创新成果转化为标准的速度，提升将团体标准转化为行业指南或标准的转化力度。
3.3 研发关键技术，创新实践场景模式
目前，公路交通与能源融合实践模式表现为主要依托公路沿线土地资源开发利用光伏等新能源。为提高资源利用效率，需聚焦于融合理论、核心技术、应用场景等难点，在面向融合应用的规划、设计和评估等不同实践模式下开展深层次的融合关键技术研究。为此，建议重点攻关以下关键技术：
1）公路交通与能源融合协同规划方法。分析制约公路交通与能源协同规划的相关因素，研究交通出行与能源需求间的供需关系，建立能源网负荷、交通网交通需求的时空分布预测模型，分析供需平衡状态，给出不同层次空间配置方法及要求，实现交通和能源基础设施协同规划。
2）适用于公路场景的分布式光伏支撑结构。针对分布式光伏发电设施组件发电特征，研发与公路设施融合的光伏设施支撑结构，实现交通和能源基础设施协同发展，降低养护运营成本。
3）高速公路路面智能发电技术。研究太阳能光伏路面结构单元及发电系统，解决现有光伏路面太阳能组件因受力不均造成的损坏问题;研究适用于道路使用环境的路用压电换能器，解决公路沿线远程供电能耗问题。
4）新能源汽车移动式低辐射快速充电技术。研发基于电磁感应的适配任何新能源汽车的万能充电设备，研究边开车边充电的移动式快充技术，研发可满足高速公路停车区及主线移动充电条件的设备，研究降低移动式快速充电辐射相关技术并应用。
5）公路源网荷储一体化系统网络架构。构建不同类型公路自然禀赋能源化评估方法，研究公路源网荷储一体化架构，构建不同类型公路多能源系统体系架构，提出公路多能源融合系统源网储荷配置方法，构建一体化多能源融合系统设计体系。
6）公路服务区电动汽车光储充一体化技术。针对公路服务区电动车高峰时段大功率充电需求问题，对分布式光伏发电系统、储能系统、可控负荷和控制系统进行优化调整;结合削峰填谷控制策略，合理分配电力，实现各种能源的综合优化利用及对负荷多种能源形式的高可靠供给等。
7）公路交通和能源融合效果评估。研究交通和能源融合评估指标体系，制定融合发展评估标准，实现融合项目效果评估，为修改规划、完善管理制度和制定标准等提供借鉴。
4 结束语
公路交通与能源基础设施融合发展是实现交通降碳的有效途径，能降低基础设施建设运营成本，推动路衍经济发展，促进产业结构优化升级。为此，交通和能源行业应在政策制定、标准化、融合实践场景模式及关键技术研发等方面进一步深度融合，加快深度融合项目建设，推动科技成果创新，从而助力加快实现碳达峰碳中和目标。
