智慧高速公路电力供应与能源管理优化方法研究

曹志伟

（中咨泰克交通工程集团有限公司）

1 智慧高速公路电力供应的当前状况

1.1 电力供应的主要来源

智慧高速公路的环境中电力供应的复杂性和多样性是其一大特点，传统电力公司的电网作为主要的电力来源，扮演了关键的角色，尤其是在燃煤、天然气、核能等传统能源的电力生产中。燃煤电力是全球最大的电力来源，燃煤电厂将煤炭燃烧产生的热能转换为电能，通过电网传输到高速公路的各个部分，尽管对环境造成压力，但技术成熟、电力稳定，因此仍在大规模使用；天然气电力相比燃煤电力更为环保，其碳排放较低，对环境破坏相对较小，在智慧高速公路中，天然气电厂生产的电力通过电网为路灯、交通信号、充电站等提供电力，满足公路运行需要；核能是一种高效、低碳的电力来源，尽管存在核事故的风险，但在适当的安全措施下，其稳定的电力输出和几乎零排放特性，使其成为电力供应的重要组成部分。

1.2 电力供应的限制与问题

由于智慧高速公路的设施分布广泛，从中央电网获取电力可能存在电力传输损失的问题，而且在电力供应不稳定的地区，电网供电可能会出现断电或电压不稳定的情况，对高速公路的正常运营产生严重影响，同时高速公路系统的规模巨大，相应其电力需求也较大，对电力供应系统有了较高的标准要求。此外，尽管可再生能源具有环保、可持续等优点，但其电力生产也存在诸多问题，例如，太阳能和风能的电力产量会受到天气条件的影响，不能保证持续稳定的电力供应。在这种情况下，电力存储和调度就显得尤为重要，但目前的电力储存技术仍然存在成本高、寿命短等问题。

1.3 智慧高速公路在电力供应方面的应用

智慧高速公路是以信息化、网络化、智能化技术为核心，实现高效、安全、便捷、绿色的交通运行，借助智能技术，如大数据和人工智能，高速公路的电力需求可以更精确地预测和调度，提高电力的使用效率，对路灯、充电站、服务区等设施的电力需求进行精确地预测和管理，实现最优的电力分配。例如，中国广东省的一段高速公路采用人工智能技术，精确预测电力需求，并与电力供应企业实时调度，实现了供需平衡，减少了电力浪费。智慧高速公路还通过建立微电网系统进行电力管理，微电网系统可以对自产自用的可再生能源进行智能调度，即使在中央电网出现故障的情况下，也能保证电力供应的稳定，将高速公路沿线的可再生能源发电设备连接形成一个高效、稳定的电力供应网络[1]。

2 高速公路的电力供应的智慧优化

2.1 可再生能源的利用

太阳能是一种无处不在、清洁且可持续的能源，在智慧高速公路中，利用太阳能的最直接方式就是安装光伏设备，将太阳能转化为电力，可以直接供电给路灯、交通信号、电子显示屏等电力设施，或是设置电池储存系统，将白天多余的电力储存起来，供夜间或者阴天使用，提高能源利用率，也能提高电力供应的稳定性。在风力资源丰富的地区，可以设置风力发电机，为高速公路设施供电，与太阳能相比，风能的优点是不受天气和夜晚的影响，可以提供更稳定的电力供应，虽然风力发电的初期投入成本较高，但长期来看，其运行成本较低，经济效益仍然是非常可观的。同时可视环境能源特点设置安装风光互补设备供电，充分利用风力和太阳能进行供电。例如，在山区或河流较多的地区，可以利用水能发电（见图1）。

图1 风光互补设备图

2.2 电力存储技术

在优化智慧高速公路电力供应的过程中，电力存储技术的角色不容忽视，是实现高效、可靠且可持续电力供应的关键，电力存储技术可以在电力生产过剩时存储电能，用于供应不足时使用，从而确保电力供应的稳定性。在智慧高速公路中，可以使用大型的锂离子电池储存系统，将光伏设备或风力发电机产生的电能储存起来，供高峰期或恶劣天气时使用。例如，太阳能路灯利用锂离子电池进行电能储存，在白天将太阳能转化为电能储存起来，夜间再利用储存的电能进行照明。除了锂离子电池，其他类型的电力存储技术也在被探索应用。例如，超级电容器因其超高的充放电速度和循环寿命，可应对短时的大规模电力需求；燃料电池则可以将氢气等燃料转化为电能，而且其能量密度极高，用于长期储存电能；压缩空气能储存、抽水蓄能、飞轮储能等也是一些在特定条件下可行的电力存储技术。

2.3 电力供应的技术创新

优化智慧高速公路的电力供应离不开技术创新的推动，从能源获取、转化到使用，无论在哪个环节，技术创新都能带来效率提升和成本降低，在当前环保和可持续发展的大背景下，绿色和智能的电力技术创新尤为重要。在能源获取环节，太阳能和风能的捕获技术得到了显著的提升，高效的太阳能光电池、风能涡轮等设备的出现，使太阳能风能的可再生能源获取方式的效率大幅提升，配套的能源获取设备也在不断升级，如更精确的环境监测设备能够更好地捕获天气变化，从而提升能源获取的精准度；在能源转化环节，电力存储和转化技术的革新在提升整体电力供应效率上发挥了巨大作用，从最初的铅酸电池再到未来可能广泛应用的固态电池，电池技术的更新换代不仅提高了电能存储的效率，也大幅提高了电能使用的安全性；在电力使用环节，智能电网技术的运用极大地提升了电力供应的效率和稳定性，通过物联网技术，可以对电力设施的运行状态进行实时监控，及时发现和解决问题，从而保证电力供应的稳定性，避免电力供需的短缺或过剩，电力设施的自动化和智能化也可以减少人力运维的需求，在提高设施运维效率的同时降低运维成本。

3 优化智慧高速公路的能源管理

3.1 数据驱动的能源管理

在优化智慧高速公路的能源管理方面，数据驱动的方法正逐渐成为一个重要的工具，现代社会已经进入了大数据时代，数据的获取、分析和利用变得越来越重要。数据驱动的能源管理，其核心是利用数据分析的手段，对能源的生产、传输和使用进行全面的、实时的监控和管理。例如，通过安装各种传感器和监测设备，可以实时获取到高速公路上的能源使用数据，如电力设施的用电量、能源设备的运行状态、环境条件等，能源使用数据经过分析处理后，可以为能源管理提供重要的决策依据。数据驱动的能源管理的优势在于提供精确、实时和全面的能源使用信息，作出合理的决策。例如通过对设备运行数据的分析，可以发现设备的异常情况，及时进行修复或更换，避免能源的浪费，数据驱动的方法还可以发现能源使用中的潜在问题，如设备的能效低下、能源的使用不合理等，对能源的使用进行优化。

3.2 电网互联和虚拟电力站

电网互联和虚拟电力站的应用，已经成为优化智慧高速公路能源管理的一种趋势，借助于电网互联的特性，可以实现电力资源的优化配置，提高电力供应的稳定性和效率，虚拟电力站则是基于电网互联概念的进一步发展，将分布式的、类型各异的能源设备统一管理，形成对外提供电力服务的虚拟实体。电网互联的核心理念是，通过电力网络的连接，打破地理区域和电力系统的限制，实现电力资源的互通共享，对于解决电力供需不平衡、提高电力系统的稳定性和可靠性具有重要的作用；虚拟电力站将分散在各地的可再生能源发电设备、储能设备、电力负载等通过网络连接起来，形成统一的电力资源池，根据电力市场的需求，灵活地调度和使用这些电力资源，提高电力供应的效率，降低电力系统的运行成本。对于智慧高速公路来说，电网互联和虚拟电力站的应用可以大大提升能源管理的效率。

3.3 能源管理的策略创新

在优化智慧高速公路的能源管理中，引入先进的智能供电设备将会是一个重要的趋势。智能供电设备是基于先进的信息技术和通信技术，配合高效的能源技术的产物，能实现对电力的精确控制，满足智慧高速公路中复杂多变的电力需求。例如，通过引入智能变压器、智能电表等设备，可以精确测量和控制电力的供应，实时调整电力供应策略，提高电力的使用效率。此外，智能供电设备还可以与其他设备形成智能电网，例如，通过智能储能设备和可再生能源发电设备的协同工作，可以在电力需求低时存储电力，电力需求高时释放电力，保证电力供应的稳定性。

4 结语

通过深入研究，本文总结了优化智慧高速公路电力供应和能源管理的有效策略，包括需求响应、高效能源使用和节能技术等，可以解决智慧高速公路的电力供应问题，提高电力供应的效率和可靠性，优化能源管理，提高能源使用效率和效能，并减少能源消耗减轻环境负担。然而，电力供应和能源管理是一个复杂的系统工程，涉及到许多因素，需要继续进行深入研究，不断优化和完善相关策略。本文为优化智慧高速公路的电力供应与能源管理提供了新的思路和方向，为推动智慧高速公路的可持续发展作出贡献。