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作者：謝路鋒，朱凌，朱馥君（江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司） 摘要：交通運(yùn)輸行業(yè)在我國(guó)碳排放中占有極大的比重，特別是公路運(yùn)輸領(lǐng)域，如何做好低碳交通甚至零碳交通是每一個(gè)交通從業(yè)者、參與者需要思考的問(wèn)題。本文對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)能耗與碳排放現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述說(shuō)明，并從高速公路設(shè)計(jì)行業(yè)的角度，將智慧高速公路建設(shè)與碳中和理念相融合，分析了智慧高速公路設(shè)計(jì)中幾個(gè)重點(diǎn)需要關(guān)注的方向，對(duì)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了探討。 為應(yīng)對(duì)氣候變化，我國(guó)提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”等目標(biāo)，“十四五”規(guī)劃也將加快推動(dòng)綠色低碳發(fā)展列入其中。碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)和任務(wù)的確定，將對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整起到重要作用。
碳中和最早是一個(gè)商業(yè)策劃概念，由英國(guó)未來(lái)森林公司在1997年提出，主要從能源技術(shù)角度關(guān)注交通旅游、家庭生活和個(gè)人行為等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的路徑，通過(guò)購(gòu)買經(jīng)認(rèn)證的碳信用來(lái)抵消碳排放。在宏觀層面，碳中和強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，加快低碳與零碳技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，注重節(jié)能與提高能效，加快可再生能源應(yīng)用，擴(kuò)大森林與碳匯建設(shè)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)地球溫室氣體排放量與吸收量的平衡[1]。碳中和理念下智慧高速公路建設(shè)要點(diǎn) 在持續(xù)降低碳排放、最終實(shí)現(xiàn)碳中和的理念下，交通運(yùn)輸行業(yè)不僅要繼續(xù)加快優(yōu)化運(yùn)輸工具結(jié)構(gòu)，促進(jìn)新能源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，提升交通工具能效水平，更加要從設(shè)計(jì)上重視高速公路智慧化建設(shè)，在綠色、低碳、可循環(huán)設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，促進(jìn)高速公路低碳與零碳運(yùn)營(yíng)。（一）促進(jìn)交通運(yùn)輸電氣化水平提升電氣化是交通運(yùn)輸領(lǐng)域重要的節(jié)能減排措施，隨著電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳化、新能源技術(shù)及儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車減排優(yōu)勢(shì)將更明顯[3]?？墒悄壳霸诟咚俟飞闲旭偟男履茉雌嚤壤龢O低，其原因?yàn)椋弘妱?dòng)汽車?yán)m(xù)航里程有待加強(qiáng)，沿線充電設(shè)施匱乏、充電時(shí)間長(zhǎng)，充電設(shè)備不匹配等。設(shè)計(jì)思路為：建立智慧高速全域感知體系，精準(zhǔn)識(shí)別高速公路各區(qū)段新能源車占比，精準(zhǔn)分析新能源車輛已行駛里程，預(yù)測(cè)高速公路沿線充電需求分布，并為新能源車主提供個(gè)性化、精準(zhǔn)化服務(wù)，及時(shí)提供充電車位信息及相關(guān)建議。路段管理單位可以根據(jù)本路段新能源車輛比例、用電需求，分期投資實(shí)施。（1）近期可在各服務(wù)區(qū)合理設(shè)置電動(dòng)汽車快速充電設(shè)施，滿足基本需求并做好遠(yuǎn)期預(yù)留。（2）遠(yuǎn)期隨著新能源汽車數(shù)量的增加、續(xù)航里程的提升，通過(guò)交通大數(shù)據(jù)、人工智能，對(duì)各路段新能源汽車數(shù)量、充電行為進(jìn)行分析，并生成充電策略，形成決策依據(jù)，再擴(kuò)容充電設(shè)施；還可隨著技術(shù)發(fā)展及建設(shè)成本的降低，在服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站等沿線設(shè)施內(nèi)設(shè)置換電站（電池配送站），從而促進(jìn)交通運(yùn)輸電氣化水平提升。隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟，在高速公路設(shè)計(jì)中積極推動(dòng)風(fēng)電、光伏發(fā)電等技術(shù)成為新增能源供應(yīng)主體，能極大地減少高速公路運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的碳排放。智慧高速在道路全線高密度的設(shè)置了各類監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布等物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)備以及邊緣計(jì)算、5G微基站等傳輸、控制設(shè)備，以提升道路沿線各類設(shè)施的供電穩(wěn)定性、可靠性，對(duì)于智慧高速的正常運(yùn)營(yíng)具有十分重要的作用。目前高速公路智慧能源供電系統(tǒng)主要從電能管控、配電監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程供電等幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，但缺少對(duì)于突發(fā)大面積停電、局端設(shè)備故障、電纜偷盜等因素的考慮。設(shè)計(jì)思路為：建立遠(yuǎn)程供電方式為主、新能源微電網(wǎng)為輔的并網(wǎng)型智慧能源供電系統(tǒng)。在智慧高速供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以結(jié)合道路線型、周邊環(huán)境、氣象條件，在邊坡、互通綠地、站區(qū)車棚、屋頂?shù)任恢娩佋O(shè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，在河道口、山間埡口等設(shè)置風(fēng)力發(fā)電站，實(shí)現(xiàn)道路全線設(shè)備及沿線場(chǎng)區(qū)站房的并網(wǎng)發(fā)電、用電。同時(shí)，根據(jù)道路沿線設(shè)備負(fù)荷分布設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)，補(bǔ)充供電系統(tǒng)中的可調(diào)可控型電源，平滑太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電能力，提高太陽(yáng)能、風(fēng)能利用率，滿足各種智慧高速新型負(fù)荷的需求。（三）對(duì)碳排放關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)做出針對(duì)性設(shè)計(jì)隧道用電，特別是隧道照明用電，一直都是路段運(yùn)營(yíng)管理單位重點(diǎn)關(guān)注的能耗問(wèn)題。一條1km長(zhǎng)的隧道在晴朗天氣工況下，為避免“黑洞”“白洞”效應(yīng)，保證行車安全，應(yīng)開(kāi)啟隧道內(nèi)全部照明燈具，其中加強(qiáng)照明用電負(fù)荷一般為20~30kW，約占全部照明負(fù)荷的75%，且隧道越短占比越高。設(shè)計(jì)思路為：除了采用新型節(jié)能燈具，并結(jié)合采集交通量參數(shù)配置智能調(diào)光控制系統(tǒng)外，還可以考慮在隧道洞外采用綠色蔓藤遮陽(yáng)棚、光伏太陽(yáng)能薄膜遮陽(yáng)棚等減光措施；隧道洞內(nèi)可利用自然光反射增加照度，并應(yīng)用蓄光材料、漫反射材料等新技術(shù)、新工藝。高速公路運(yùn)營(yíng)管理用電有其自身的特點(diǎn)。例如隧道用電，在隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)（通風(fēng)、消防）變壓器與照明系統(tǒng)變壓器一般分開(kāi)設(shè)置。在隧道實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，動(dòng)力系統(tǒng)大部分時(shí)間處于低負(fù)載甚至空載狀態(tài)；同時(shí)，照明變壓器在夜間只開(kāi)啟基本照明或應(yīng)急照明，也處于低負(fù)載狀態(tài)。變壓器損耗大，特別是空載損耗較大，具有極大的節(jié)能潛力。設(shè)計(jì)思路為：在高速公路高能耗控制點(diǎn)，如隧道、數(shù)據(jù)中心、充電站等，采用高效節(jié)能變壓器，能夠有效降低空載損耗，節(jié)約能源，降低碳排放。（五）助力車路協(xié)同式自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展自動(dòng)駕駛技術(shù)按照自動(dòng)化程度可劃分為5個(gè)等級(jí)，其節(jié)能機(jī)制可分為擁堵適應(yīng)性、生態(tài)駕駛、編隊(duì)行駛、碰撞規(guī)避等。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，生態(tài)駕駛有助于降低單車能耗，平均節(jié)能效果約為5%；貨車編隊(duì)行駛有助于減少運(yùn)行風(fēng)阻，單車能耗約下降3%～25%；碰撞規(guī)避降低了交通事故的發(fā)生，使交通整體運(yùn)行能耗減少約0～2%[4]。目前，以智能汽車（單車）為載體的自動(dòng)駕駛技術(shù)路線，存在諸如安全可靠性無(wú)法保證、感知傳感器成本高于整車成本、政策法律法規(guī)不完善等各種問(wèn)題，造成自動(dòng)駕駛在短期內(nèi)難以商業(yè)化運(yùn)用。而車路協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車車、車路動(dòng)態(tài)信息實(shí)時(shí)交互，并在全時(shí)空動(dòng)態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上提供車輛主動(dòng)安全控制和道路協(xié)同管理服務(wù)，為自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展提供了技術(shù)路線。車路交互系統(tǒng)數(shù)據(jù)流示意如下圖所示，設(shè)計(jì)思路如下。車路交互系統(tǒng)數(shù)據(jù)流示意圖（1）結(jié)合高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位投資意向及項(xiàng)目定位，在道路沿線布設(shè)感知、通信、高精定位、邊緣計(jì)算等智慧化設(shè)施。感知設(shè)施應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛相關(guān)的交通運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行采集；通信設(shè)施應(yīng)具備車路通信能力，并通過(guò)車路通信對(duì)自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行預(yù)警和管控；再配以適于機(jī)器識(shí)別的標(biāo)志、標(biāo)線等交安設(shè)施的車道，構(gòu)建車路協(xié)同式自動(dòng)駕駛系統(tǒng)生態(tài)體系。（2）對(duì)滿足運(yùn)行要求的車路協(xié)同自動(dòng)駕駛車輛進(jìn)行管控管理，高效分配道路資源，提升高速公路通行效率。（3）為行駛在高速公路自動(dòng)駕駛專用車道上的貨車編隊(duì)提供實(shí)時(shí)信息服務(wù)。（4）構(gòu)建智慧高速云控平臺(tái)、車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，拓展公路北斗高精度定位應(yīng)用與高精度地圖，提升車輛對(duì)道路交通環(huán)境的感知力，降低車載移動(dòng)計(jì)算負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)生態(tài)駕駛輔助需求等。碳達(dá)峰、碳中和重點(diǎn)任務(wù)和目標(biāo)的確定，對(duì)我國(guó)下個(gè)階段在持續(xù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式變革、能源結(jié)構(gòu)深度調(diào)整、生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)能高效提升等方面提出了新的更高要求。碳中和時(shí)代的到來(lái)，也對(duì)高速公路設(shè)計(jì)行業(yè)提出了更高的要求。如何將智慧高速與碳中和理念深度融合，助力美麗中國(guó)、綠色中國(guó)，還需要交通設(shè)計(jì)工作者的不斷創(chuàng)新、勇于突破與不懈努力。[1] 劉長(zhǎng)松．碳中和的科學(xué)內(nèi)涵、建設(shè)路徑與政策措施[J]．閱江學(xué)刊,2021.[2] 王慶一.2019中國(guó)能源數(shù)據(jù)[M].北京:綠色創(chuàng)新發(fā)展中心,2019.[3] 齊興達(dá),李顯君,章博文.中國(guó)溫室氣體減排成本有效性分析:以純電動(dòng)汽車為例[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì),2017,36(4):72-78.[4] 袁志逸,李振宇,康利平,等.中國(guó)交通部門低碳排放措施和路徑研究綜述[J].氣候變化研究進(jìn)展,2021,17(1):27-35.[5] 張恒德.基于V2X通信的車輛編隊(duì)及軌跡跟隨控制研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2020.[6] 章軍輝,陳大鵬,李慶.自動(dòng)駕駛技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］．科學(xué)技術(shù)與工程,2020,20(9):3394-3403.（原文刊載于2022年第1期《中國(guó)交通信息化》）
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