交通，纵横而交错，往来而通达，承载着人类历史的繁衍轨迹；能源，自然之造粹，动力之根本，维系着人类的生存与发展。交通与能源是人类各文明共同关注的两大永恒主题！
在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下，党中央国务院立足国情、着眼全局、面向未来，于2019 年9 月提出了《交通强国建设纲要》(以下简称“纲要”)，要提高交通领域的智能化、绿色化和共享化；构筑多层级、一体化的能源交通融合的综合交通枢纽体系；优化交通能源结构，推进可再生能源、清洁能源应用；促进公路货运节能减排，推动城市公共交通工具和城市物流配送车辆全部实现电动化、可再生能源化和清洁化。在这一目标的指引下，交通与可再生能源的一体化发展成为不可逆转的时代潮流，是关系到国家未来发展的战略布局，构建绿色、弹性、自洽和可持续发展的交通能源一体化系统已成为新时代建设美丽中国的必然路径！
为探索交通能源融合发展之路，为我国交通能源绿色化发展提供根本依据、指明发展方向、规划发展路径，《中国陆路交通能源融合的形态、模式与解决方案》（贾利民等著. 北京：科学出版社，2020.11）试图全景式地回答如下问题：
我国陆路交通系统能源化的自然禀赋布局与利用潜力。
我国陆路交通可再生能源利用的模式、形态与路径。
我国陆路交通网络与电力能源网的互动方式与模式。
我国陆路交通系统全局弹性导向的能源自洽效率与效能。
本书深入全面地分析与评估了我国交通系统通过深入开发自身潜力，最大限度地实现用能自洽的潜力与可行性；而后，针对道路交通和轨道交通两种规模最大、最典型的陆地交通方式，在明确交通运载体、交通基础设施和交通服务设施的能源化潜力基础上，结合我国可再生能源出力的地域分布特性、骨干电网的布局特性及交通网络自身特性，根据基础支撑技术的发展规律，提出了交通能源融合网建设创新模式集；并对采用新模式的交通可再生能源融合系统给出了目前和未来15 年的用电自洽率、用能自洽率、可再生能源渗透率以及交通运输全过程的碳减排量等关键参数进行了详细的测算，试图为规划未来15 年交通与可再生能源的融合创新发展进程指出明确方向和演进路径；着重探讨如何利用可再生能源，尤其是太阳能，实现陆路交通与可再生能源融合发展，从而探索构建绿色、弹性、自洽和可持续的交通能源系统的未来道路。持续的研究将覆盖水路交通、航空运输和其他各类交通方式。
本书由三个部分构成，第一部分为总启，主要概述了中国陆路交通系统资产能源化的潜力；第二部分为上篇，主要涉及公路交通与可再生能源融合发展的形态、模式与解决方案；第三部分为下篇，主要涉及铁路交通与可再生能源融合发展的形态、模式与解决方案。摘要如下。
总启 中国陆路交通系统资产能源化的潜力
为进一步地分析我国现阶段能源交通系统存在的内在矛盾与宏观趋势等诸因素的共同影响，为能源清洁化、交通电动化及二者融合发展提供依据，本报告在交通载运工具电动化、交通用能清洁化的新形势下，对我国现有交通基础设施所拥有的光资源发电潜力进行评估，旨在分析和预测我国交通系统通过发掘自身潜力、最大限度地实现用能自洽的可能性，为后续相关经济政策、产业政策的制定者，以及产业规划、科技布局的决策者提供决策依据；为相关企业与个体参与产业示范、应用示范、产业配套等提供商业预判的依据；同时，还可为相关学者提供学术与产业研究交流的主题与素材。
▋对于陆路交通系统中的公路系统，本报告分别按照高速公路、国道、省道三大体系对其可开发潜力进行评估；
对于高速公路，按照保守测算、一般测算和乐观测算三种利用方式(不限于)对其可利用潜力进行评估。根据一般场景测算，我国高速公路的日可发电量最高可达143GW· h，年发电量约为25178GW· h。根据乐观场景测算，我国高速公路的日可发电量最高可达1076GW· h，年发电量为193674GW· h。
对于国道及省道道路系统，本报告分别按照保守测算、一般测算1、一般测算2 和乐观测算四种利用方式对其可开发潜力进行评估。根据保守场景测算，我国国道及省道道路系统，年发电量约为31783GW· h。根据乐观场景测算，我国国道及省道道路系统，年发电量约为531514GW· h。
▋对于陆路交通系统中的铁路系统，本报告分别按照电气化和非电气化铁路两大分类进行潜力评估。
对于电气化铁路，本报告分别按照保守测算、一般测算和乐观测算三种利用方式对其可开发潜力进行评估。根据一般场景测算，我国高速铁路系统的日可发电量最高达792GW· h，年可发电量约为170316.3GW· h。根据乐观场景测算，我国高速铁路系统的日可发电量最高达871.2GW· h，年可发电量约为274746.5GW· h。
对于非电气化铁路，本报告分别按照保守测算1(双线)、保守测算2(单线)、乐观测算1(双线)、乐观测算2(单线)四种利用方式对其可开发潜力进行评估。根据保守场景测算，我国非电气化铁路系统的日可发电量最高达159.6GW· h，年可发电量约为13587GW· h。根据乐观场景测算，我国非电气化铁路系统的日可发电量最高达344.9GW· h，年可发电量约为30385GW· h。
上篇 公路交通与可再生能源融合发展的形态、模式与解决方案
高速公路作为便捷、高效的交通基础设施，在工业化和城镇化的进程中发挥着重要作用，我国的高速公路交通基础设施建设规模持续扩大。2018 年底，我国累计建成并通车的高速公路里程达到14.3 万km，高速公路服务区约有2850 对。与2011 年的8.5 万km 的高速公路通车里程相比，增加了68%，2011～2018 年间的平均增速为6.7%。
本报告首先梳理了公路交通能源系统用能形态和模式，预测了未来公路交通系统中电能、化石能源、氢能燃料的应用前景，并展望了我国公路交通能源系统的高质量发展趋势：
一是能源供给从高碳向低碳的减排趋势，通过能源结构的持续调整，持续提升公路交通能源系统中清洁能源渗透率，不仅可降低公路交通能源系统的直接/间接碳排放，也是实现能源可持续发展的关键举措；
二是能源配用从低效到高效的增效趋势，通过能源配置的大范围优化，稳步拓展公路交通能源系统覆盖范围，不仅可提高能源利用效率，也是解决能源产销不平衡的重要方式。
其次，顺应公路交通能源系统的发展趋势，本报告以智能电网为纽带，通过太阳能光伏发电与公路交通系统的集成，秉承就近开发、就近消纳的建设理念，构建清洁化、高效化的新型公路交通能源系统。通过对新型公路交通系统的源属性、网属性、荷属性的进一步挖掘，本报告提出多属性、多层次、多角度的新型能源交通系统演化新模式。
▲ 能源交通融合网的源-网-荷-储示意图
在“源属性”层面，通过在交通基础设施、交通服务设施可利用空间资源加装分布式光伏发电，从而使公路交通能源系统从“荷”向“源-荷”共存状态转变，使公路交通能源系统具有发电能力。
在“网属性”层面，通过多端、多点公路交通能源系统的协作化运行，可实现公路交通能源系统的多点互联、资源互补，就地满足了负荷需求，实现从“局部平衡”到“大范围优化配置”的转变，有效地提高了能源利用率。
在“荷属性”层面，通过对公路交通能源系统负荷侧的控制，实现负荷的可调节、可转移，使其具有可控功能，实现交通能源系统负荷从“随机”到“可控”的转变，有助于交通能源系统的电力平衡。
然后，在“源-网-荷”三重属性驱动下，本报告梳理了新型公路交通能源系统的差异化应用场景，并构建了交通专用能源系统、交通特有能源系统、交通适配能源系统和能源支撑交通系统4 类典型解决方案，而后提出能源交通融合网作为新型公路交通能源系统的系统技术解决方案。
▲ 能源交通融合网
新型公路交通能源系统可充分地利用交通系统的自然禀赋，协同能源与交通的共同发展，并融合了交通、电网、环境等多元需求。在交通侧，通过新型交通能源系统的建设，促进了交通再电气化的发展进程，推进可再生能源、清洁能源在交通系统中应用；在电网侧，可再生能源公路交通能源系统可推动交通能源系统由单纯消费者向产销者的转型，缓解区域电网供电压力，并可作为新一代电力系统在交通领域中的基本应用；在环境侧，充分地利用交通系统自然禀赋，优化交通系统能源结构，降低交通系统用能碳排放。
本报告充分地考虑了各地区自然资源禀赋、用电负荷等差异，秉承就近开发、就近消纳的建设理念，充分地利用公路服务区、隧道隔离带以及公路沿线等易开发空间，优先在光资源Ⅰ类地区启动新型公路交通能源系统开发建设工作，而后再持续提升光资源Ⅰ类地区的开发强度，并依次启动光资源Ⅱ类、Ⅲ类地区的开发建设工作。
▋预计2025 年，优先启动光资源Ⅰ类地区的开发建设。在保守开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为400GW· h，全国高速公路用电自洽率为2.1%，可再生能源电力渗透率为17.8%，年减少碳排放39.8 万t；在基本开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为780GW· h，全国高速公路用电自洽率为4.2%，可再生能源电力渗透率为19.2%，年减少碳排放77.8 万t；在积极开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为1180GW· h，全国高速公路用电自洽率为6.3%，可再生能源电力渗透率为21.3%，年减少碳排放117.6 万t。
▋预计2030 年，深入推进光资源Ⅰ类、Ⅱ类地区的开发建设。在保守开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为7260GW· h，全国高速公路用电自洽率为16.0%，可再生能源电力渗透率为36.2%，年减少碳排放723.8 万t；在基本开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为8990GW· h，全国高速公路用电自洽率为19.9%，可再生能源电力渗透率为39.1%，年减少碳排放896.3 万t；在积极开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为10840GW· h，全国高速公路用电自洽率为28.4%，可再生能源电力渗透率为45.6%，年减少碳排放1080.7 万t。
▋预计2035 年，逐步向光资源Ⅲ类地区推进，持续提高光资源Ⅰ类、Ⅱ类地区的开发规模。在保守开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为31380GW· h，全国高速公路用电自洽率为26.7%，可再生能源电力渗透率为48.7%，年减少碳排放3128.6 万t；在基本开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为52460GW· h，全国高速公路用电自洽率为44.6%，可再生能源电力渗透率为61.2%，年减少碳排放5230.0 万t；在积极开发场景下，全国高速公路分布式光伏年发电量为73300GW· h，全国高速公路用电自洽率为62.4%，可再生能源电力渗透率为73.7%，年减少碳排放7308.2 万t。
▲可再生能源公路交通能源系统发展路线图
最后，以全国高速公路用电预期为导向，本报告按照从易开发到难开发、从易消纳到难消纳的方式，阐述了新型公路交通能源系统的演化发展路径，助推公路交通能源系统的节能减排与提质增效发展。
下篇 铁路交通与可再生能源融合发展的形态、模式与解决方案
铁路是一个国家得以运行和发展的基础之一。特别是对于有着960 万km² 陆地领土的中国来说，铁路更是在我国人口流动、资源输运和区域经济协同等方面发挥着不可或缺的作用。
根据《2019 年铁道统计公报》，全国铁路营业里程达到13.9 万km，其中，高速铁路营业里程达到3.5 万km；电气化里程10.0 万km，电化率71.9%；西部地区铁路营业里程5.6 万km。全国铁路路网密度145.5km/万km²。从我国铁路路网的位置分布来看，我国电气化铁路的分布主要集中在中部和东部等强电网但太阳能资源禀赋丰度较低区域；而在西北、西南、东北等太阳能资源较为丰富地区但处于弱电网或无电网地带，依然有大量的非电气化铁路在运营，承担着改善当地人民生产、生活的重要任务。
本报告在细致梳理了我国铁路系统目前的用能形态和用能模式、分析了我国电气化铁路与非电气化铁路与四类光照幅度区域及骨干电网(包括强电网、弱电网和无网)的联合分布特性的基础上，针对我国铁路与可再生能源融合的SWOT 特性(优势、劣势、机遇及挑战)进行了战略态势分析，指出铁路与可再生能源的融合发展将在高效能、高弹性和绿色化三大历史使命的指引下，呈现三大创新方向：①铁路资产向绿色能源化方向发展；②铁路能源供给向自洽多元化方向发展；③铁路用能管理向协同弹性化方向发展。
▲ 我国铁路可再生能源融合发展的三大历史使命与三大创新方向
在三大创新方向的指引下，当前的铁路系统、能源系统需要从三个调整角度分别或同时做适应性调整向新型智能化、绿色化、高效化、弹性化与高度环境友好化的铁路能源融合网发展。铁路做适应性调整将使得铁路能源系统呈现“源、网、荷”三重属性：“源属性”即充分地利用铁路系统的运载体、基础设施和服务设施的外在空间铺设太阳能光伏板，作为新型的分布式铁路可再生能源；“网属性”即铁路能源系统逐渐向小型分布式微网群方向发展；“荷属性”即铁路能源系统荷属性在源属性和网属性的作用下，逐渐从原来的高能量密集性及间歇冲击性逐渐演化为明显的季节耦合性、空间分布性及时间空间不平稳性。能源做适应性调整将使得铁路能源系统从原有的单一的架空电网铁路供电模式，通过配置超级电容器和锂离子电池等储能设施作蓄水池和缓冲池，构建基于变电站、储能站和信息站三合一牵引变储能站，并通过“先就地，再就近，后上网”的调度原则构建基于能源互联网的新型铁路能源供给系统。铁路与能源共同做适应性调整将根据我国光伏出力分布特性、骨干电网分布特性及铁路地域的分布特性，以铁路能源融合网为总目标，从交通与能源互动联系和占不同主导地位两个视角，从交通专用的能源系统、交通特用的能源系统、交通适用的能源系统以及能源支持的交通系统四个维度，提出了八种因地制宜、因网制宜、因荷制宜的“源-网-荷-储”协同化、智能化、高效化铁路可再生能源系统演化新模式和相应的解决方案。
▲因地制宜、因网制宜以及因荷制宜的三网合一型铁路可再生能源融合网示意图
采用新模式，本报告针对我国铁路能源融合网的演进目标，以从局部到整体、从现在到未来两个视角，进行了当前及未来15 年铁路可再生能源的用电自洽率、用能自洽率、可再生能源渗透率、可再生能源利用率以及节能减排等数据测算。根据测算结果，结合电网的部署规划、中长期铁路网的发展预期以及铁路系统的光伏出力特性，按照5 年为一阶段共三个演进步骤，针对不同的开发强度(保守场景、基本场景和积极场景)分别描绘了未来15 年我国铁路可再生能源系统的演进目标和演进步骤。
▲ 2021～2035 年我国铁路可再生能源融合系统演进路线图
▋预计2021～2025 年，将优先开发强电且多光区域，如陕西、甘肃等地。我国铁路可再生能源用能自洽率为15.6%，用电自洽率为19.5%，可再生能源渗透率为29.33%，铁路减排量达2384.57 万t。
▋预计2026～2030 年，将深入推进少负荷但多光区域，如西藏、新疆等地。我国铁路可再生能源用能自洽率为31.0%，用电自洽率为34.5%，可再生能源渗透率为41.14%，铁路减排量达4947.11 万t。
▋预计2031～2035 年，将在全国范围内逐步推动其他区域，如山东、江苏等地。我国铁路可再生能源用能自洽率可达到44.2%，用电自洽率达到46.5%，可再生能源渗透率为50.16%，铁路减排量达6969.46 万t。
作为国内外首次系统分析研究交通能源融合发展的首批研究成果，本书由统一但各有侧重的两卷组成，第一卷是对我国陆路交通系统资产能源化潜力的全面评估；第二卷通过对陆路交通系统的能源需求特性、电网系统的布局特点、可再生能源的出力特性进行时间和空间的融合研究，提出了陆路交通与可再生能源融合发展的形态、模式与解决方案集。
▲ “交通能源融合发展战略”首批研究成果
希望本书能帮助读者更深刻地理解能源转型、交通对能源的需求以及能源利用模式的转型，为绿色交通能源系统的构建提供具有丰富场景的交通能源系统解决方案参考集，为交通系统绿色可持续发展并支撑经济社会可持续发展找到切实可行、符合国情并具有普适意义的路径提供有益的帮助。本书数据来源主要是国家权威机构的统计数据、网络公开的权威数据以及国内外知名机构发表的学术论文等。本书相关研究得到了国家发展和改革委员会和中国工程院咨询项目支持。
贾利民
2020 年8 月于北京
本文摘编自《中国陆路交通能源融合的形态、模式与解决方案》（贾利民等著. 北京：科学出版社，2020.11）一书“前言”“摘要”，有删减，标题为编者所加。
中国陆路交通能源融合的形态、模式与解决方案
贾利民等著. 北京：科学出版社，2020.11
(交通能源融合发展战略)
ISBN 978-7-03-057457-2
本书在全面评估我国陆路交通系统的资产能源化潜力的基础上，展开深入挖掘与延伸。结合我国可再生能源出力的地域分布特性、骨干电网的布局特性及交通网络的建设特性，根据基础支撑技术的发展规律，研究了陆路交通与可再生能源融合发展的形态与模式，提出了能源交通融合网建设创新模式集，并为未来15 年我国交通与可再生能源的融合创新发展进程指出了明确的发展方向和演进步骤；希望有助于更深刻地理解交通对能源的需求以及交通能源利用模式的转型，并期望为社会经济的可持续发展找到切实可行的路径。
中国陆路交通基础设施资产能源化潜力研究
贾利民等著. 北京：科学出版社，2020.12
(交通能源融合发展战略)
ISBN 978-7-03-057452-7
本书在《交通强国建设纲要》和“四个革命、一个合作”能源发展新战略的时代背景下，针对如何构建绿色、弹性、自洽和可持续发展的交通能源一体化系统的战略需求，对我国陆路交通系统能源化的自然禀赋布局与利用潜力、我国陆路交通可再生能源利用的模式、形态与路径等问题开展了系统的深入研究。本书全面分析和评估了我国公路、铁路两大陆路交通系统的潜在太阳能发电可装机容量、发电量以及能耗情况，测算了两大交通系统实现用能自洽的潜力与可行性；在此基础上，阐述了公路系统、铁路系统资产能源化的各种潜在应用模式及对应的解决方案。
本书可作为能源、交通领域的高等院校、科研机构的专家学者、教师、研究生，政府部门的研究、管理和决策人员，以及相关企事业单位人员掌握能源与交通融合发展方向的参考资料。
（本文编辑：刘四旦）
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