高速公路运营能效等级及评定方法研究

□ 徐金龙 胡万凤 李勇义

为加快交通行业的转型升级，交通运输部发布了一系列节能减排、绿色发展的方案和规划，明确了交通节能环保的总体目标，提出了绿色公路建设、运营过程中的能源节约要求，通过技术创新和新材料、新设备、新工艺的使用，公路在全寿命周期内的规划、设计、施工、运营、养护的能源消耗、污染物和二氧化碳排放量显著降低、环境效益明显改善。在技术创新不断推进的同时，交通运输节能减排体系尚不完善，特别针对运营期的高速公路缺少科学有效的运营能效评价方法，导致能源利用水平状况不明确，因此无法针对能耗现状建立明确的管理制度，进而实施有效的管理措施。

笔者选择了7条中国交建正在运营的高速公路作为研究对象，分别是华北地区的翼侯高速，华中地区的咸通高速，华南地区的广明高速以及西南地区的贵都高速、丰涪高速、丰石高速、永江高速，公路总里程为425.225公里。通过对各条路能源消耗情况进行研究分析，形成高速公路运营能效等级及评定方法。

一、高速公路运营能耗划分方式和统计方式

由于各高速公路的特点不同，其运营期使用设施的能耗水平差别较大，因此运营公司的经营理念、模式和制度也不同，使得现场情况复杂多变，能源采购方式不一，计量仪表统计范围不同，最终导致能耗统计采集的口径和方式也各不相同。笔者认为，运营期的能耗划分应该遵循以下3条基本原则。

1.便于统计采集

能耗划分的首要原则是该数据便于统计采集。如果划分过粗，不能反映公路的整体情况；如果划分过细，又不便于在现场进行采集。

2.便于比较分析

能耗的划分方式要使最终统计采集的数据宜于在不同公路之间横向比较，以便通过一定的数据积累确定评价指标的区间范围，为掌握现状行业内该评价指标的平均水平奠定基础。

3.符合运营实际

能耗划分的方式要紧密结合高速公路运营实际，在研究总结自身运营特点的基础上，根据能耗场所或设施的不同，而确定的划分方式才更加有效。

在遵循以上原则的基础上，经过对高速公路运营期能耗特点的分析，本次研究对高速公路运营期能耗的统计和划分方式进行了适当调整，最终确定在“分类指标法”的基础上，根据重点耗能场所进行统计和分类。通过“分类指标法”确定各个能耗场所的能耗限值（上限值），以此为基础对各个能耗场所的实际能耗做归一化处理，并以各个能耗场所的实际能耗占总能耗（参与评价的各指标对应的能耗之和）的百分比为权重，加权得到运营期能效的综合性评价指标。本研究重点能耗场所包括隧道、收费站、运营管理中心、服务区、集中居住区（生活区）等，能耗场所耗用能源类型包括电、汽油、柴油、煤、天然气、液化石油气等。

二、高速公路运营能效等级划分

1.能耗指标的确定

（1）隧道能耗评价指标。隧道的能耗水平不仅与隧道交通量、隧道环境特征、隧道运营管理密不可分，更与能耗设施的数量直接相关。能耗设施的数量直接受到隧道长度的影响，因此，选择单公里能耗（tce/km）作为隧道能耗水平的评价指标。

（2）收费站能耗评价指标。收费站能耗主要与收费站用电设施有关，即收费车道的用电设施。尽管各收费站的收费车道并没有全部开放，但为了保证每一条收费车道随时能够投入使用，未开放的收费车道的用电设施设备均正常运转。此外，虽然收费站收费车道分为MTC车道和ETC车道，但每条车道配置的设备数量、类型、规格差别不大，因此选择单车道能耗（tce/ln）作为收费站能耗水平的评价指标。

（3）生活办公能耗评价指标。生活能耗主要为公路运营期工作人员的一般生活能耗，主要包括照明、电视机、空调等生活设备用电能耗，以及食堂消耗的液化石油气、天然气、柴油等能耗，如果有集中居住区则包括收费人员上下班交通车的能耗。因此，影响生活办公能耗的主要因素为工作人员数量、周围气候特征及地理环境等，选择人均能耗（tce/人）作为生活办公能耗水平的评价指标。

2.调研项目能耗及限值测算

通过实地调研，统计各条公路隧道单公里能耗指标、收费站单车道能耗指标和生活办公人均能耗指标值，以及各条公路隧道、收费站、运营管理中心的能耗设施数量、功率等内容，根据各能耗场所的能耗设施数量、规格及其最大工作时间计算各评价指标的能耗上限值。见表1所列。

表1 高速公路能耗评价指标统计值（限值）

咸通高速公路隧道能耗设施数量明显多于其他类似隧道能耗设施数量，在选择隧道单公里能耗限值时不考虑咸通高速公路隧道单公里能耗限值；涪丰石高速公路的收费站单车道能耗限值和生活办公人均能耗限值不包含办公设施用电能耗，贵都高速公路生活办公人均能耗限值不包含办公设施用电能耗，因此，选择收费站单车道能耗限值和生活办公人均能耗限值时同样不考虑这些统计内容不完全的值。

3.综合评价指标

为科学合理反映高速公路运营期的能耗水平和能源利用效率，为宏观决策和管理提供信息和依据，有必要给出合理的公路项目运营期的能耗评价指标。对于隧道比较高的项目，其能耗主要为隧道通风、照明能耗，但不同项目有无隧道、隧道长短、有无特长隧道等对项目能耗水平影响较大，无法通过对各指标简单叠加或简单加权平均的方法使综合评价值处在相对稳定范围之内。因此，有必要对各指标进行归一化处理，之后根据各指标能耗占比把隧道能耗指标、收费站能耗指标、生活办公能耗指标整合为综合性评价指标。笔者采用Min-Max归一化方法，其目的是对数据进行线性变化，把归一化前的数据映射到[0，1]之间，方便后续比较。归一化的结果见表2所列，高速公路各评价指标对应能耗占总能耗比例见表3所列。

高速公路运营期能耗水平综合评价值=∑各公路各能耗评价指标归一化值×各指标对应能耗占总能。通过计算得出高速公路能效综合评价指标，广东广明高速公路为0.6544，湖北咸通高速公路为0.2804，重庆永江高速公路为0.2076，重庆涪丰石高速公路为0.1660，贵州贵都高速公路为0.2273，山西翼侯高速公路为0.8107。

通过对各条高速公路能耗综合评价值比较分析，发现涪丰石高速公路、贵都高速公路综合评价值较低，在0.17～0.22之间。分析其原因，隧道单公里能耗限值较高使得隧道单公里能耗归一化后值较小，尽管涪丰石高速公路、贵都高速公路隧道能耗在总能耗中占比较高，但经过加权之后的综合评价值仍然较小，即其综合能耗水平处于较优的水平。翼侯高速公路生活办公能耗占总能耗比重约为77%，而翼侯高速公路是全部调研项目中唯一使用煤炭的高速公路，煤炭消耗量约占生活办公能耗的53%，由于使用了大量煤炭，导致翼侯高速生活办公人均能耗高于其他高速生活办公人均能耗，从而使得翼侯高速公路能耗水平综合评价值高达0.81，即其综合能耗水平较差。

表2 高速公路各能耗评价指标归一化结果

表3 高速公路各评价指标对应能耗占总能耗比例%

4.能效等级划分

为了对比不同公路能耗水平，有必要对综合评价值进行分级，以体现数据自身的特征。各高速公路的能耗水平综合评价值处于0.16～0.82之间，且多数处于0.20附近，综合评价值最大值为0.81。参考国内相关标准等效等级划分方法，本次研究高速公路运营期能效等级划分为：等级1（c≤0.20），表示能源效率已达到国内先进水平，能耗较低；等级2（0.20＜c≤0.80），表示能源效率已达到行业的平均水平；等级3（0.80＜c≤1.00），表示能源效率低于行业平均水平。

三、高速公路运营能效等级评定方法

高速公路运营期能效等级评定，按照如下公式计算：综合评价值=∑各场所能耗指标/该场所能耗指标限值×该场所能耗占总能耗百分比；场所能耗指标=该场所能耗量/该场所对应的里程、收费车道数或人数。计算得出公路运营期能耗综合评价指标值，按照高速公路运营期能效等级划分方式确定能效等级。

以重庆涪丰石高速公路为例，能耗包括隧道能耗、收费站能耗、生活办公能耗等，分别为2148278kgce、422414kgce、260989kgce，涪丰石高速公路隧道里程34.2公里，收费站收费车道数44条，工作人员总数245人，可知涪丰石高速公路隧道单公里能耗指标、收费站单车道能耗指标和生活办公人均能耗指标依次为62.815tce/km、9.600tce/ln、1.065tce/人。涪丰石高速公路隧道单公里能耗指标、收费站单车道能耗指标和生活办公人均能耗指标归一化之后分别为 0.0949、0.3728、0.4161，各能耗场所能耗占总能耗比重分别为75.87%、14.92%、9.22%，则涪丰石高速公路能效综合评价值为0.1660，小于0.2，属于1级。

四、结论

（1）各高速公路运营期能耗水平不尽相同，其能耗水平有进一步降低的空间。鉴于公路运营期能耗支出及相关节能减排成本是公路运营管理费用中重要的组成部分，在长达20～30年的运营期内可节约的能耗成本不容忽视，必须尽快开展节能减排工作并形成科学、合理、可持续的管理机制，同时有必要对运营期的能耗指标、构成、重点能耗场所等展开更深入研究。

（2）对于高速公路运营期能耗而言，不同高速公路的能耗设施工作时间不一致，能源采购方式不同，最终导致能源消耗统计采集的口径和方式也各不相同。通过重点耗能场所来进行能耗统计和监控，符合公路运营期实际情况，可以获得汽油、柴油、电、液化石油气、天然气、煤等不同类型能源的详细数据，并且能够有效进行统计、分析、监管等工作。

（3）采用“综合评价指标”可以较为准确地反映公路运营期的能耗水平，并能够对公路的能耗措施、管理水平的优劣而导致的能耗水平高低做出相对准确的判断。由于各条公路具体设施规模、地理位置、管理方式等的差异，隧道、收费站、服务区及生活办公能耗水平差距较大，使得各条公路在运营期的能耗构成、能耗比例及总能耗存在一定的差异。公路运营期能耗是隧道、收费站、运营管理中心、生活区等场所能耗的综合反映，与设施数量、设施规格、人员数量、管理水平、所属区域息息相关，虽然隧道单公里能耗指标、收费站单车道能耗指标和生活办公人均能耗指标均能够反映各自能耗场所的能耗水平，但无法衡量整条公路在运营期的能耗水平。因此，通过各评价指标能耗限值对各评价指标进行归一化处理。采用“综合评价指标”可以较为客观准确地反映公路运营期的能耗水平，并能够对公路的技术水平、管理水平的优劣而导致的能耗水平高低做出相对准确的判断。

（4）建议高速公路运营期能效和二氧化碳排放强度等级划分为3级，1级代表国内行业的先进水平（综合评价指标≤0.20）；2级代表国内行业的平均水平（0.20＜综合评价指标≤0.80）；3级代表国内行业的较低水平（0.80＜综合评价指标≤1.00）。

（5）在高速公路运营期内，隧道占比高的高速公路，隧道能耗在运营期整体能耗中所占的比例较高，其能耗重点与关键仍然在隧道部分，尤其是隧道的通风系统与照明系统是降低隧道能耗的核心环节。对于隧道占比较低的高速公路，收费站与运营管理中心在运营期整体能耗中占比较高，显然合理控制收费站设施和生活办公设施能耗尤为重要。