高速公路運(yùn)營能效等級及評定方法研究

□ 徐金龍 胡萬鳳 李勇義

為加快交通行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，交通運(yùn)輸部發(fā)布了一系列節(jié)能減排、綠色發(fā)展的方案和規(guī)劃，明確了交通節(jié)能環(huán)保的總體目標(biāo)，提出了綠色公路建設(shè)、運(yùn)營過程中的能源節(jié)約要求，通過技術(shù)創(chuàng)新和新材料、新設(shè)備、新工藝的使用，公路在全壽命周期內(nèi)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)的能源消耗、污染物和二氧化碳排放量顯著降低、環(huán)境效益明顯改善。在技術(shù)創(chuàng)新不斷推進(jìn)的同時(shí)，交通運(yùn)輸節(jié)能減排體系尚不完善，特別針對運(yùn)營期的高速公路缺少科學(xué)有效的運(yùn)營能效評價(jià)方法，導(dǎo)致能源利用水平狀況不明確，因此無法針對能耗現(xiàn)狀建立明確的管理制度，進(jìn)而實(shí)施有效的管理措施。

筆者選擇了7條中國交建正在運(yùn)營的高速公路作為研究對象，分別是華北地區(qū)的翼侯高速，華中地區(qū)的咸通高速，華南地區(qū)的廣明高速以及西南地區(qū)的貴都高速、豐涪高速、豐石高速、永江高速，公路總里程為425.225公里。通過對各條路能源消耗情況進(jìn)行研究分析，形成高速公路運(yùn)營能效等級及評定方法。

一、高速公路運(yùn)營能耗劃分方式和統(tǒng)計(jì)方式

由于各高速公路的特點(diǎn)不同，其運(yùn)營期使用設(shè)施的能耗水平差別較大，因此運(yùn)營公司的經(jīng)營理念、模式和制度也不同，使得現(xiàn)場情況復(fù)雜多變，能源采購方式不一，計(jì)量儀表統(tǒng)計(jì)范圍不同，最終導(dǎo)致能耗統(tǒng)計(jì)采集的口徑和方式也各不相同。筆者認(rèn)為，運(yùn)營期的能耗劃分應(yīng)該遵循以下3條基本原則。

1.便于統(tǒng)計(jì)采集

能耗劃分的首要原則是該數(shù)據(jù)便于統(tǒng)計(jì)采集。如果劃分過粗，不能反映公路的整體情況；如果劃分過細(xì)，又不便于在現(xiàn)場進(jìn)行采集。

2.便于比較分析

能耗的劃分方式要使最終統(tǒng)計(jì)采集的數(shù)據(jù)宜于在不同公路之間橫向比較，以便通過一定的數(shù)據(jù)積累確定評價(jià)指標(biāo)的區(qū)間范圍，為掌握現(xiàn)狀行業(yè)內(nèi)該評價(jià)指標(biāo)的平均水平奠定基礎(chǔ)。

3.符合運(yùn)營實(shí)際

能耗劃分的方式要緊密結(jié)合高速公路運(yùn)營實(shí)際，在研究總結(jié)自身運(yùn)營特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)能耗場所或設(shè)施的不同，而確定的劃分方式才更加有效。

在遵循以上原則的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對高速公路運(yùn)營期能耗特點(diǎn)的分析，本次研究對高速公路運(yùn)營期能耗的統(tǒng)計(jì)和劃分方式進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，最終確定在“分類指標(biāo)法”的基礎(chǔ)上，根據(jù)重點(diǎn)耗能場所進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類。通過“分類指標(biāo)法”確定各個(gè)能耗場所的能耗限值（上限值），以此為基礎(chǔ)對各個(gè)能耗場所的實(shí)際能耗做歸一化處理，并以各個(gè)能耗場所的實(shí)際能耗占總能耗（參與評價(jià)的各指標(biāo)對應(yīng)的能耗之和）的百分比為權(quán)重，加權(quán)得到運(yùn)營期能效的綜合性評價(jià)指標(biāo)。本研究重點(diǎn)能耗場所包括隧道、收費(fèi)站、運(yùn)營管理中心、服務(wù)區(qū)、集中居住區(qū)（生活區(qū)）等，能耗場所耗用能源類型包括電、汽油、柴油、煤、天然氣、液化石油氣等。

二、高速公路運(yùn)營能效等級劃分

1.能耗指標(biāo)的確定

（1）隧道能耗評價(jià)指標(biāo)。隧道的能耗水平不僅與隧道交通量、隧道環(huán)境特征、隧道運(yùn)營管理密不可分，更與能耗設(shè)施的數(shù)量直接相關(guān)。能耗設(shè)施的數(shù)量直接受到隧道長度的影響，因此，選擇單公里能耗（tce/km）作為隧道能耗水平的評價(jià)指標(biāo)。

（2）收費(fèi)站能耗評價(jià)指標(biāo)。收費(fèi)站能耗主要與收費(fèi)站用電設(shè)施有關(guān)，即收費(fèi)車道的用電設(shè)施。盡管各收費(fèi)站的收費(fèi)車道并沒有全部開放，但為了保證每一條收費(fèi)車道隨時(shí)能夠投入使用，未開放的收費(fèi)車道的用電設(shè)施設(shè)備均正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，雖然收費(fèi)站收費(fèi)車道分為MTC車道和ETC車道，但每條車道配置的設(shè)備數(shù)量、類型、規(guī)格差別不大，因此選擇單車道能耗（tce/ln）作為收費(fèi)站能耗水平的評價(jià)指標(biāo)。

（3）生活辦公能耗評價(jià)指標(biāo)。生活能耗主要為公路運(yùn)營期工作人員的一般生活能耗，主要包括照明、電視機(jī)、空調(diào)等生活設(shè)備用電能耗，以及食堂消耗的液化石油氣、天然氣、柴油等能耗，如果有集中居住區(qū)則包括收費(fèi)人員上下班交通車的能耗。因此，影響生活辦公能耗的主要因素為工作人員數(shù)量、周圍氣候特征及地理環(huán)境等，選擇人均能耗（tce/人）作為生活辦公能耗水平的評價(jià)指標(biāo)。

2.調(diào)研項(xiàng)目能耗及限值測算

通過實(shí)地調(diào)研，統(tǒng)計(jì)各條公路隧道單公里能耗指標(biāo)、收費(fèi)站單車道能耗指標(biāo)和生活辦公人均能耗指標(biāo)值，以及各條公路隧道、收費(fèi)站、運(yùn)營管理中心的能耗設(shè)施數(shù)量、功率等內(nèi)容，根據(jù)各能耗場所的能耗設(shè)施數(shù)量、規(guī)格及其最大工作時(shí)間計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的能耗上限值。見表1所列。

表1 高速公路能耗評價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值（限值）

咸通高速公路隧道能耗設(shè)施數(shù)量明顯多于其他類似隧道能耗設(shè)施數(shù)量，在選擇隧道單公里能耗限值時(shí)不考慮咸通高速公路隧道單公里能耗限值；涪豐石高速公路的收費(fèi)站單車道能耗限值和生活辦公人均能耗限值不包含辦公設(shè)施用電能耗，貴都高速公路生活辦公人均能耗限值不包含辦公設(shè)施用電能耗，因此，選擇收費(fèi)站單車道能耗限值和生活辦公人均能耗限值時(shí)同樣不考慮這些統(tǒng)計(jì)內(nèi)容不完全的值。

3.綜合評價(jià)指標(biāo)

為科學(xué)合理反映高速公路運(yùn)營期的能耗水平和能源利用效率，為宏觀決策和管理提供信息和依據(jù)，有必要給出合理的公路項(xiàng)目運(yùn)營期的能耗評價(jià)指標(biāo)。對于隧道比較高的項(xiàng)目，其能耗主要為隧道通風(fēng)、照明能耗，但不同項(xiàng)目有無隧道、隧道長短、有無特長隧道等對項(xiàng)目能耗水平影響較大，無法通過對各指標(biāo)簡單疊加或簡單加權(quán)平均的方法使綜合評價(jià)值處在相對穩(wěn)定范圍之內(nèi)。因此，有必要對各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，之后根據(jù)各指標(biāo)能耗占比把隧道能耗指標(biāo)、收費(fèi)站能耗指標(biāo)、生活辦公能耗指標(biāo)整合為綜合性評價(jià)指標(biāo)。筆者采用Min-Max歸一化方法，其目的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變化，把歸一化前的數(shù)據(jù)映射到[0，1]之間，方便后續(xù)比較。歸一化的結(jié)果見表2所列，高速公路各評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)能耗占總能耗比例見表3所列。

高速公路運(yùn)營期能耗水平綜合評價(jià)值=∑各公路各能耗評價(jià)指標(biāo)歸一化值×各指標(biāo)對應(yīng)能耗占總能。通過計(jì)算得出高速公路能效綜合評價(jià)指標(biāo)，廣東廣明高速公路為0.6544，湖北咸通高速公路為0.2804，重慶永江高速公路為0.2076，重慶涪豐石高速公路為0.1660，貴州貴都高速公路為0.2273，山西翼侯高速公路為0.8107。

通過對各條高速公路能耗綜合評價(jià)值比較分析，發(fā)現(xiàn)涪豐石高速公路、貴都高速公路綜合評價(jià)值較低，在0.17～0.22之間。分析其原因，隧道單公里能耗限值較高使得隧道單公里能耗歸一化后值較小，盡管涪豐石高速公路、貴都高速公路隧道能耗在總能耗中占比較高，但經(jīng)過加權(quán)之后的綜合評價(jià)值仍然較小，即其綜合能耗水平處于較優(yōu)的水平。翼侯高速公路生活辦公能耗占總能耗比重約為77%，而翼侯高速公路是全部調(diào)研項(xiàng)目中唯一使用煤炭的高速公路，煤炭消耗量約占生活辦公能耗的53%，由于使用了大量煤炭，導(dǎo)致翼侯高速生活辦公人均能耗高于其他高速生活辦公人均能耗，從而使得翼侯高速公路能耗水平綜合評價(jià)值高達(dá)0.81，即其綜合能耗水平較差。

表2 高速公路各能耗評價(jià)指標(biāo)歸一化結(jié)果

表3 高速公路各評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)能耗占總能耗比例%

4.能效等級劃分

為了對比不同公路能耗水平，有必要對綜合評價(jià)值進(jìn)行分級，以體現(xiàn)數(shù)據(jù)自身的特征。各高速公路的能耗水平綜合評價(jià)值處于0.16～0.82之間，且多數(shù)處于0.20附近，綜合評價(jià)值最大值為0.81。參考國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等效等級劃分方法，本次研究高速公路運(yùn)營期能效等級劃分為：等級1（c≤0.20），表示能源效率已達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，能耗較低；等級2（0.20＜c≤0.80），表示能源效率已達(dá)到行業(yè)的平均水平；等級3（0.80＜c≤1.00），表示能源效率低于行業(yè)平均水平。

三、高速公路運(yùn)營能效等級評定方法

高速公路運(yùn)營期能效等級評定，按照如下公式計(jì)算：綜合評價(jià)值=∑各場所能耗指標(biāo)/該場所能耗指標(biāo)限值×該場所能耗占總能耗百分比；場所能耗指標(biāo)=該場所能耗量/該場所對應(yīng)的里程、收費(fèi)車道數(shù)或人數(shù)。計(jì)算得出公路運(yùn)營期能耗綜合評價(jià)指標(biāo)值，按照高速公路運(yùn)營期能效等級劃分方式確定能效等級。

以重慶涪豐石高速公路為例，能耗包括隧道能耗、收費(fèi)站能耗、生活辦公能耗等，分別為2148278kgce、422414kgce、260989kgce，涪豐石高速公路隧道里程34.2公里，收費(fèi)站收費(fèi)車道數(shù)44條，工作人員總數(shù)245人，可知涪豐石高速公路隧道單公里能耗指標(biāo)、收費(fèi)站單車道能耗指標(biāo)和生活辦公人均能耗指標(biāo)依次為62.815tce/km、9.600tce/ln、1.065tce/人。涪豐石高速公路隧道單公里能耗指標(biāo)、收費(fèi)站單車道能耗指標(biāo)和生活辦公人均能耗指標(biāo)歸一化之后分別為 0.0949、0.3728、0.4161，各能耗場所能耗占總能耗比重分別為75.87%、14.92%、9.22%，則涪豐石高速公路能效綜合評價(jià)值為0.1660，小于0.2，屬于1級。

四、結(jié)論

（1）各高速公路運(yùn)營期能耗水平不盡相同，其能耗水平有進(jìn)一步降低的空間。鑒于公路運(yùn)營期能耗支出及相關(guān)節(jié)能減排成本是公路運(yùn)營管理費(fèi)用中重要的組成部分，在長達(dá)20～30年的運(yùn)營期內(nèi)可節(jié)約的能耗成本不容忽視，必須盡快開展節(jié)能減排工作并形成科學(xué)、合理、可持續(xù)的管理機(jī)制，同時(shí)有必要對運(yùn)營期的能耗指標(biāo)、構(gòu)成、重點(diǎn)能耗場所等展開更深入研究。

（2）對于高速公路運(yùn)營期能耗而言，不同高速公路的能耗設(shè)施工作時(shí)間不一致，能源采購方式不同，最終導(dǎo)致能源消耗統(tǒng)計(jì)采集的口徑和方式也各不相同。通過重點(diǎn)耗能場所來進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控，符合公路運(yùn)營期實(shí)際情況，可以獲得汽油、柴油、電、液化石油氣、天然氣、煤等不同類型能源的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并且能夠有效進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、監(jiān)管等工作。

（3）采用“綜合評價(jià)指標(biāo)”可以較為準(zhǔn)確地反映公路運(yùn)營期的能耗水平，并能夠?qū)返哪芎拇胧⒐芾硭降膬?yōu)劣而導(dǎo)致的能耗水平高低做出相對準(zhǔn)確的判斷。由于各條公路具體設(shè)施規(guī)模、地理位置、管理方式等的差異，隧道、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)及生活辦公能耗水平差距較大，使得各條公路在運(yùn)營期的能耗構(gòu)成、能耗比例及總能耗存在一定的差異。公路運(yùn)營期能耗是隧道、收費(fèi)站、運(yùn)營管理中心、生活區(qū)等場所能耗的綜合反映，與設(shè)施數(shù)量、設(shè)施規(guī)格、人員數(shù)量、管理水平、所屬區(qū)域息息相關(guān)，雖然隧道單公里能耗指標(biāo)、收費(fèi)站單車道能耗指標(biāo)和生活辦公人均能耗指標(biāo)均能夠反映各自能耗場所的能耗水平，但無法衡量整條公路在運(yùn)營期的能耗水平。因此，通過各評價(jià)指標(biāo)能耗限值對各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。采用“綜合評價(jià)指標(biāo)”可以較為客觀準(zhǔn)確地反映公路運(yùn)營期的能耗水平，并能夠?qū)返募夹g(shù)水平、管理水平的優(yōu)劣而導(dǎo)致的能耗水平高低做出相對準(zhǔn)確的判斷。

（4）建議高速公路運(yùn)營期能效和二氧化碳排放強(qiáng)度等級劃分為3級，1級代表國內(nèi)行業(yè)的先進(jìn)水平（綜合評價(jià)指標(biāo)≤0.20）；2級代表國內(nèi)行業(yè)的平均水平（0.20＜綜合評價(jià)指標(biāo)≤0.80）；3級代表國內(nèi)行業(yè)的較低水平（0.80＜綜合評價(jià)指標(biāo)≤1.00）。

（5）在高速公路運(yùn)營期內(nèi)，隧道占比高的高速公路，隧道能耗在運(yùn)營期整體能耗中所占的比例較高，其能耗重點(diǎn)與關(guān)鍵仍然在隧道部分，尤其是隧道的通風(fēng)系統(tǒng)與照明系統(tǒng)是降低隧道能耗的核心環(huán)節(jié)。對于隧道占比較低的高速公路，收費(fèi)站與運(yùn)營管理中心在運(yùn)營期整體能耗中占比較高，顯然合理控制收費(fèi)站設(shè)施和生活辦公設(shè)施能耗尤為重要。