交通与能源融合技术发展白皮书（2024）

DOI:10.13468/j.cnki.chw.2025.03.013 创 新技 术篇 交能融合的技术蓝图 —《交通与能源融合技术发展白皮书》（2024）精华摘编 ■文｜长安大学 沙爱民 北京交通大学 贾利民 长安大学 刘状壮 胡力群 蒋玮 2023年，由长安大学牵头，国内相关高校、研究所和企业等共同编制发布了《交通与能源融合技术发展（2023）》白皮书。白皮书的发布，对推动交通与能源融合发展发挥了积极作用。 在2023年基础上，《交通与能源融合技术发展（2024）》进一步总结了交通与能源融合技术发展作用和形势需求，凝练了交通与能源融合的发展目标策略，梳理了技术创新的主要任务，绘制了面向未来的交通与能源融合技术发展路线图，探讨了交通与能源融合技术和应用发展的保障体系，展示了交通与能源融合发展的典型场景，初步明晰了交通与能源融合发展在政策和标准、技术体系、产业体系、人才体系等方面的努力方向。 制机制障碍，加快制定交通能源融合技术标准规范，建立涵盖规划设计、工程建设、安全环保、运营维护、碳排放监测核算等全环节的技术标准体系，提高交通能源融合技术应用的一致性和可操作性。 发展策略 加快建立覆盖全生命周期的支持政策及多方联动工作体制机制 推进交通与能源基础设施网融合规划建设 加快完善土地、资金、消纳指标、电网交互等方面的保障支持政策，顺畅化交通与能源融合发展相关各个环节的体 统筹布局规划建设，推动交通用能低碳转型及典型场景下的新能源就地替代，并通过优化资源配置和统一规划，确 保新能源在各类交通场景中的有效应用。创新多主体共建共管、共享共营的模式与机制，提高设施与资源综合利用效率，推动交通资产能源化、实现交通基础设施和交通工具的绿色转型，促进能源网有效支撑下的交通用能绿色化。 构建交通与能源融合发展的产业生态 提升全产业链自主可控能力和绿色发展水平，促进智能交通与新能源的深度融合，建立可持续的产业创新生态发展模式，利用互联网、物联网、车联网和云计算大数据等先进技术，实现交通系统的智能化、数字化和一体化管理，构建高效、安全、绿色的现代交通体系。 加大交通与能源融合领域关键技术研发力度 集中攻关特殊场景新能源开发、绿色供能规划设计、路域输送与多能变换等关键技术，提高能源输送效率和多能转换能力；重点突破电、热、冷氢高效变换，实现不同能源系统的有机结合。开发多网融合智慧运营等核心装备，提升交通与能源系统的运营效率和管理水平，确保交通与能源融合的全产业链在技术上的全面突破和持续发展，为交能融合产业链发展提供有力技术支撑。 理论与方法，确保系统安全性、稳定性、经济性和环保性。 交通系统用能清洁化与绿色运维技术 持续推动交通载运装备及运维运转装备用能清洁化、动力高效化、结构轻量化，蓄力发展大功率充换电技术，重点针对电网强弱无特性及多方式在途能源补给典型应用场景，实现交通设备与可再生能源的高度适配。充分考虑交通运输分布规律、运行特点和智慧化水平约束下的用能特征，明确交通多场景用能机理，实现数字化手段支撑下的交通用能状态全面感知和需求侧响应智慧互动。确定交通系统与自洽能源系统协同运维策略，实现交通系统全面绿色、低碳和“零碳”运维。 主要任务 资产能源化支撑下的交通能源基础设施体系重构 根据交通领域地理信息和空间布局复杂因素下的自然资源分布特性，协同多交通场景下的用能保障需求，探索多元多态能源集成互补机制、交织融合模式及动态匹配方法，形成交通基础设施资产能源化技术体系。通过对交通基础设施供用能场景的模拟推演，构建分布式、清洁化、可再生、易补给、“近零碳”交通能源供给系统。突破可再生能源与电氢转换等多能变换及存储技术，支持实现气、电、氢、风、光、储等综合绿色交通能源补给体系重构。 交通自洽能源系统配置、优化与稳定性保障 构建适配于交通场景需求的自洽能源系统多能变换、能量路由、车网互动等装置装备谱系，综合考虑交通场景、能源类型、系统规模、储能模式，并有效平衡经济性、可靠性及环境影响等要素，实现交通自洽能源系统配置优化。大力发展 交通自洽能源系统构型与适应优化 面向交通新质生产力绿色低碳高质量发展的内在属性，确立差异化适应不同场景供用能特性的灵活柔性交通自洽能源系统架构，实现信息网支撑下的交通网和能源网的能量互动、多目标协调与互济调控。确立交通自洽能源系统分层控制与自治管理策略，开发交通自洽能源管理技术与保障技术。形成差异化自然禀赋条件下由运输服务网、设施网、信息网、能源网“四网”融合一体的交通自洽能源系统网络构型 路域新能源消纳、交能负荷响应管控、高效能与高弹性运行与优化的交通能源自洽技术，持续深化交通自洽能源系统的高效运行和稳定性保障。研究交通自洽能源系统状态估计与预测技术，面向采集、存储、变换、传输和应用等环节，提出交通需求导向下的高效能量管理控制策略以保障系统优化运行。 交通自洽能源系统规划、设计与管理 在考虑多源、多态清洁能源高效利用和交通多场景融合的基础上，形成交通自洽能源系统一体化规划设计理论与方法，实现交 通自洽能源系统 基础设 施可用空间范围识别、自然禀赋合理评价及清洁能源供给的精准评估，预测交通基础设施建设、运行、管理，以及维护阶段典型用能节点动、静态负荷特征。考虑电网情况、用电政策，及环境条件的多场景、多模式下交通自洽能源系统架构体系适配性及多目标、多约束下运行策略及配置优化。提升既有、新建交通自洽能源系统稳定性、安全性、可维护性。 中、能源供给充沛、多能供给适宜的地区，建成以风、光、氢、水等清洁能源为代表的“源网荷储”一体化交通能源融合系统，实现多区域综合能源的智慧调度，加速交通领域“碳中和”进程。 巩固发展阶段巩固发展自然禀赋较低、电网供给弱的地区，以可再生能源、储能和网联化综合能源微网为主体，以支撑稳定、绿色、高效、智慧、弹性的交通运输服务为目标，建成以清洁能源为主体的高自洽、高智能、高弹性、低排放综合交通能源系统及其运营保障体系，全面支撑保障交通强国和“双碳”目标实现。 发展路线 以交通与能源融合的主要任务为导向，以引领交通能源结构转型及弹性提升、摆脱交通智慧化发展的能源可及性困境、保障交通节能减排和绿色化科技供给、提升交通安全和服务水平为发展目标，全面促进交通与能源融合的高质量发展。 总体路线 我国交通与能源融合总体将按照“优先发展”“持续发展”“巩固发展”三个阶段逐步实现其一体化协同发展。 优先发展阶段优先发展针对拥有自然禀赋丰度高、交通能源供给弹性低、电网覆盖弱/无、交通负荷空间分布稀疏的地区，或国家安全敏感的交通基础设施群的、以可再生能源和储能供电为主要供能方式的交通能源自洽系统，保障此类地区或设施的能源供给，确保全生命周期绿色供能可及性与系统弹性。 技术路线 为实现上述交通与能源融合发展的总体目标，需要重点解决交通能源可及性问题、路域能源高效利用问题、新能源驱动的建管养问题和交能融合可持续发展问题。 弱电网 和 无网区 域 交 通 能 源可及 性与富电区 域 的交 通 能 源系统 弹 性由于我国自然资源禀赋的差异化特性，智慧交通的能源可及性问题在东西部地区呈现出不同的表现形式。西部弱电网和无网区域因自然环境恶劣，交通智慧化与载运装备绿色化的进程严重受制于能源的可及性；东部富电区域在非灾害性气象条件、自然灾害等极端事件下，因可再生能源的波动性和间歇性 持续发展阶段持续发展自然禀赋适 问题。 智慧交通新属性的能源适配与多态能源转换随着交通系统客运与货运需求激增、基建与设施规模庞大、自主性需求的不断增加，与之相适配的能源系统有了新的挑战，提高交通系统的能源适配性，实现多态能源转化与开发，确保系统的长期稳定与能源的高效率利用。针对以非碳基能源发电为交通用电负荷供能的适配性问题，构建包含自洽率、供电可靠率、系统稳定性和经济运行的交通自洽能源系统适配性指标体系、适配路径和定量评估方法。在多态能源转化与开发上，秉承高效转化与利用的原则，通过梳理多态能源转化的技术路径，建立完善的多态能源转化策略和综合能源调控机制，建立综合能源转化与利用数据库和相关信息平台。 安全高效可靠的新能源驱动的交通系统“建-管-养”随着安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化交通运输体系建设取得重大进展，交通基础设施仍需完善，提质增效升级和高质量发展要求更加迫切。 则需要应对用能连通性可靠恢复的问题。将交通能源系统与自然资源禀赋相适配，形成适应多场景、绿色弹性的交通自洽能源系统保障技术，保障交通能源系统正常运行，解决弱电网和无网区域的交通能源可及性与富电区域的交通弹性 针对安全高效可靠的新能源驱动的交通系统在“建-管-养”相关技术与规范不完善的问题，综合考虑多方面因素，建立确保系统长期稳定与可持续发展的技术体系与管理机制。注重将智能感知技术、电动汽车与大功率充换电技术、规模化车网互动技术、物联网、大数据和人工智能等先进技术引入和应用建设，建立精细化设计和施工的相关标准和规范。结合先进交通和交通用能融合系统感知体系，建立完善的管理机制和应急响应体系，提高响应速度和管理效率，确保系统运行的安全与稳定。重点关注交通设备和基础设施的电气化改造，采用预防性维护策略，通过人工智能和预测性维护技术，实现降本增效和健康管理。建立“建-管-养”一体化数据共享与业务协同机制，确保建设、管理与养护的无缝衔接，形成闭环管理体系。 立体交通网，建设高自洽、高智慧、高弹性、低排放的交通与能源融合系统。 保障体系 加强政策机制的融合创新；大力推动交通清洁能源替代的技术创新；加强交通与能源领域标准规范的对接协调，推进交通自洽能源系统标准体系构建，提升交能融合技术标准化水平，提高交通能源系统经济可持续性；打造交通与能源全方位融合的产业链，全力构建交能融合创新共同体；凝聚各领域顶尖优秀人才合作与复合型人才培养。 政策体系 面向全交通域的交能融合可持续发展以可再生能源、储能和多网协同供能为能源主体，推动交通网和能源网的集成共享和深度耦合发展。利用物联网，人工智能，端边计算等技术通过互联网平台，聚合分布在路域的可调负荷、分布式电源、电动化载运装备、分布式储能等海量用户侧资源，实现资源优化配置和效率最大化。进一步完善交通能源市场交易机制，合理响应电网需求来保障交通自洽能源系统的经济性。鼓励社会资本通过公私合作、股权合作和特许经营等方式，参与交能融合项目的投资建设。利用集中储能、材料和交通等产业领域优势，推动交能融合产业链的闭环建设，以长期稳定的收益支持交能融合的可持续发展。从区域交通能源融合，逐步扩展到跨区域交通能源融合，最终覆盖整个综合 交通运输作为与工业、能源并列的三大主要碳排放行业之一，统筹推进“零碳”转型与支撑经济增长的任务十分艰巨。交通系统“碳中和”是能否实现国家总体上“30·60”愿景目标的重中之重。 近年来，国务院、交通运输部等政府部门陆续发布了各类政策和规划。其中，重点针对推动运输能源结构调整、绿色交通装备升级、清洁能源推广等内容，提出了重要举措。各项政策的出台，为各地落实《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《2030年前碳达峰行动方案》等重大战略规划提供政策保障和实施依据。 技术体系 加快建立从路线级、场景级到设备级宏观至微观层面的 观念，加强全局性谋划和战略性布局，增强宏观政策取向一致性，积极破除地方、行业、部门之间的体制壁垒，推进相关行业产业规划、建设技术规范与标准制定。进一步明确交通能源融合发展目标和建设重点，建立覆盖交能融合规划设计、融资管理、建设运营、用能监测等全生命周期技术标准体系；优化交通基础设施绿色能源项目核准与电网接入等审批流程，重构和优化交通与能源融合设施的建设审批、验收流程等体制机制框架。构建灵活、弹性、清洁、高效的交通自洽能源系统规划、设计、建设、运维、管理、优化调度技术体系，研究适配不同场景的交通自洽能源系统，开展“源-网-荷-储-充”灵活性挖掘、多向互动与布局设计技术攻关，建立交通自洽能源系统技术标准规范体系。 产业体系