高速公路零碳服务区建设关键技术与评价标准研究

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　　一、总体介绍

　　在“双碳”背景下，交通运输作为碳排放重点领域，公路交通版块绿色转型尤为迫切。高速公路服务区作为关键节点，虽具备资源禀赋和减碳潜力，但存在概念内涵模糊、建设路径分散、微电网技术瓶颈等问题，缺乏统一的标准与顶层设计。

　　本案例由交通运输部科学研究院、山东高速基础设施建设有限公司、海南省交通投资控股有限公司联合攻关，聚焦高速公路零碳服务区建设关键技术与评价标准，是完全落地实施的创新实践项目。项目于 2022 年3月启动，2024 年6月完成核心技术研发与示范工程验证，历时 2 年多，科学界定零碳服务区概念，明确碳排放核算边界与评价方法，构建系统完整的建设技术体系，打造可复制、可推广的示范样板。项目创新融合节能改造、可再生能源利用、植被碳汇提升、智慧管控等多重技术，形成“标准引领-技术集成-智慧管控”的一体化解决方案，案例深度契合活动“绿色低碳发展”“新基建融合应用”两大重点征集领域，推动服务区实现运营期净零碳排放，助力交通与能源融合创新。

　　案例相应成果已在山东、海南等多省落地见效，为行业提供了可复制、可推广的实践样板，彰显了前瞻性、引领性与实效性。

　　二、主要做法

　　本项目通过文献调查、理论分析、现场测试、实验仿真等多种研究方法，围绕三大核心技术方向开展系统攻关。

　　图1 本案例技术路线

　　(一)界定零碳服务区概念与评价标准

　　明确零碳服务区是“满足使用功能前提下，通过节能降耗、可再生能源利用及植被碳汇等手段，运营阶段全年温室气体净排放量等于或小于零的服务区”，建立涵盖 6 个一级指标、14 个二级指标的评价体系，按碳减排率及碳抵消率划分为五个等级(一星至五星)，制定《高速公路零碳服务区评价技术规范》等 4 部标准，填补行业空白。

　　图2 零碳服务区概念定义及评价控制指标

　　(二)构建多维度零碳技术体系

　　形成 “碳替代-碳减排-碳抵消” 全链条实施路径，建立了涵盖节能改造、可再生能源利用、植被碳汇提升、智慧能源及碳排放管控等的零碳服务区技术体系，研发低能耗生物滤塔污水处理装备(处理效率达 95%)、分布式固废热解气化装备，实现能源与环保协同发展。

　　图3 零碳服务区技术体系

　　构建了光储充多设备联合运行的零碳服务区直流微电网架构，提出了分布式新能源接入条件，研发了充电桩配置模型和典型设备的储能模型，搭建了智慧管控平台。

　　(三)构建高速公路零碳服务区光储直柔新型配电系统

　　该系统包括光储充多设备联合运行的高速公路服务区直流微电网架构，从电力电子器件应用技术到变换器拓扑和控制，最终形成直流配电直发直用的方案，高效引入并利用绿色电力，显著降低用能成本。该系统实现高速服务区的光伏消纳，并通过多能互补策略优化能源结构，实现两侧服务区的柔性互联和功率互济，提高能源转换效率，并增强了供电系统的可靠性。这一系统为高速公路服务区的绿色、高效、可靠供电提供了全新解决方案。

　　图4 服务区光伏发电直流微电网系统拓扑设计

　　储能配置，根据需要调节储能的充放电模式和充放电功率，是实现电网经济调度的手段。储能按照促进可再生能源消纳、优化调节微电网对外联络功率，并兼顾经济效益的方式运行。

　　以济南东服务区为例，外购电力产生的碳排放是服务区主要的碳排放源，随着服务区发展，耗电量会持续增加，因此实现电力的自给自足是实现服务区“碳中和”的重要举措。服务区建设3.2MW光伏发电，实现电力自给，而储能利用“削峰填谷”功能在光伏发电充沛时储存额外发电量，调节光伏发电不足以及夜间时段的用电需求，减少外购电力，达到电力自给自足，实现零碳。首先对用电负荷和光伏发电进行统计，建模得出功率曲线模型，依据模型计算出电能分布。第二通过经济性和零碳分析，得出储能配置容量。第三选择技术路线，进行设计实施。最后运行分析关键技术指标。

　　图5 储能配置流程及步骤

　　(四)研发高速公路零碳服务区综合智慧能源管控系统

　　通过用能调研、数据拟合及神经网络技术建立数学模型;采用人工智能算法，对含光储直柔的系统进行服务区市电离网过渡策略和孤网运行策略研究，实现服务区设备管理、碳排放监测、多种运行策略执行。

　　图6 服务区智慧能源管控系统框架

　　零碳服务区智慧能源管控平台架构采用5层架构，分别是感知层、通信层、存储层、应用层及展现层，功能包括运维监测、碳排放监测、负荷及出力预测、优化调度、指标分析、历史查询等，如下图所示。人员通过能源管控平台可以及时、全面掌握运营期内服务区用能及碳排放情况，对服务区内能源数据统一管理、统一监测、统一调度，实现各用能设施集中远程控制、碳减排的数字化于可视化、能源系统运行策略的执行。

　　三、取得成效

　　(一)主要创新

　　首创零碳服务区评价标准体系，国内首次明确概念内涵、核算方法与等级划分，发布 4 部标准(2 部团体标准、2 部地方标准)及首份《高速公路零碳服务区白皮书》，授权 8 项专利、2 项软著。

　　构建多维度零碳技术体系，整合节能、可再生能源、碳汇、智慧管控等技术，解决服务区场景清洁能源适配性问题。

　　研发光储充协同直流微电网技术，国内首次在服务区场景实现多设备联合运行，智慧管控平台实现 “源网荷储” 协同，部分技术达到国际领先水平。

　　(二)先行性

　　第三方评价：2024年6月中国交通运输协会评价“总体达国际先进水平，直流微电网自适应调度等技术国际领先”;2024年7月中国公路学会评价 “研究成果达到国际领先水平”。

　　国内外对比优势：国际上欧美零碳交通研究集中于公路干线，未形成服务区完整技术体系;国内此前研究多聚焦单一技术，未解决 “标准-技术-管控”协同问题，本项目实现一体突破。

　　(三)实践先行示范

　　案例成果支撑济南东服务区入选交通运输部第一批零碳服务区试点、工业和信息化部第三批智能光伏试点示范等多项荣誉，先后受到了央视新闻网、人民网等权威媒体的报道，起到了很好的示范推广作用。成果支撑海南冯家湾服务区建成海南自贸港首个零碳服务区示范项目。成果支撑全国首条济潍零碳运营公路开通，推广至山东、海南、河北等省 12 个项目，方案可复制性强，示范推广成效明显。

　　标准与技术示范效应显著：制定的山东地方标准《高速公路零碳服务区建设指南》(DB37/T 4779—2024)入选 2024年交通运输标准化典型案例，团体标准《高速公路零碳服务区评价技术规范》(T/CCTAS 36-2022)、《高速公路零碳服务区建设技术指南》(T/CCTAS 106-2024)获中国交通运输协会优秀团体标准，为行业零碳转型提供技术引领。

　　(四)成效突出

　　减排与能源效益突出：累计建设光伏装机67.2MW，年节约标准煤 2.9万吨、减排CO₂7.4万吨、SO₂0.22万吨，按25年服役期计算，可减排CO₂185万吨;若推广至全国服务区，25年可减排二氧化碳1.2 亿吨，环境与社会效益显著。

　　行业认可度高：授权多项专利、软著，出版专著1部，案例相关示范工程先后被央视新闻、《经济日报》报道，提升公众低碳认知，为交通基础设施零碳转型提供重要样本。