《Nature Energy》刊發(fā)北航馬曉磊教授團隊在交通基礎(chǔ)設(shè)施與可再生能源融合領(lǐng)域的重要研究進展

　　北航新聞網(wǎng)8月7日電(航宣)近日，北京航空航天大學馬曉磊教授團隊與來自德國、瑞典、美國的研究人員在交通基礎(chǔ)設(shè)施與可再生能源融合領(lǐng)域取得重要研究進展。該研究首次提出了面向城市全空間尺度的多源大數(shù)據(jù)驅(qū)動的公交基礎(chǔ)設(shè)施與分布式光伏融合框架，依托既有公交場站部署分布式光伏發(fā)電與儲能設(shè)施，將傳統(tǒng)公交場站轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)的、可盈利的、電網(wǎng)友好型分布式能源樞紐中心。相關(guān)成果以“Transforming public transport depots into profitable energy hubs”為題、以Research Article形式在線發(fā)表于《Nature Energy》。北航博士研究生劉小寒為第一作者，北航教授馬曉磊為通訊作者，北航交通科學與工程學院、智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點實驗室為論文唯一通訊作者單位。

　　當前全球能源消耗的27%、二氧化碳排放的23%來自交通運輸部門。為推動實現(xiàn)2050全球凈零排放愿景，交通運輸行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的電動化革命。然而，在推動交通運輸電動化進程中衍生出一系列新的問題與挑戰(zhàn)。高強度充電需求增加了電網(wǎng)負擔，從而大幅提高電力基礎(chǔ)設(shè)施升級、改造與運維成本?？焖僭鲩L的電動汽車保有量將碳減排壓力從能源需求側(cè)轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)側(cè)，加劇了能源生產(chǎn)部門碳減排舉措的緊迫性與艱巨性。此外，由全球氣候變化導致的極端天氣事件正在越來越頻繁地沖擊交通運輸與能源基礎(chǔ)設(shè)施。尤其在交通運輸電動化背景下，交通運輸與能源系統(tǒng)的脆弱性通過“級聯(lián)效應(yīng)”影響被進一步放大。

　　為此，交通運輸與能源系統(tǒng)亟需融合發(fā)展。2019年歐盟啟動“綠色新政”，提出推廣交通清潔燃料、建設(shè)交通清潔基礎(chǔ)設(shè)施、推動交通綠色轉(zhuǎn)型。我國也將交通與能源融合發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略層面：黨的二十大提出要積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和，加快構(gòu)建交通強國與新型能源體系；《交通運輸強國綱要》中也明確提出加速交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、運輸服務(wù)網(wǎng)、能源網(wǎng)與信息網(wǎng)融合發(fā)展。交通與能源融合勢必會成為繼高速鐵路、新能源汽車、動力電池后各國在交通領(lǐng)域“科技博弈”的新一輪焦點。

　　交通與能源融合關(guān)鍵在于交通與能源兩張網(wǎng)的融合。在城市背景下，交通網(wǎng)與能源網(wǎng)在城市空間全域內(nèi)交錯展開。既有文獻缺乏對城市全空間域交通與能源系統(tǒng)融合整體性的研究。以電動公交與能源系統(tǒng)融合為例，既有研究往往針對若干條線路或某個子區(qū)域展開，研究結(jié)論無法揭示電動公交與能源系統(tǒng)融合的統(tǒng)一機理。此外，當前研究主要通過建立基于眾多條件假設(shè)的數(shù)學模型評估交通與能源融合的效益，缺乏對交通與能源系統(tǒng)運營大數(shù)據(jù)的挖掘與利用，由此得到的規(guī)劃與管理策略往往偏離系統(tǒng)最優(yōu)解、甚至不是可行解。

　　針對上述研究局限性，北航研究團隊首次提出了面向城市全空間尺度的多源大數(shù)據(jù)驅(qū)動的公交基礎(chǔ)設(shè)施與分布式光伏融合框架。依托既有公交場站部署分布式光伏發(fā)電與儲能設(shè)施，將傳統(tǒng)公交場站轉(zhuǎn)變?yōu)榭沙掷m(xù)的、可盈利的、電網(wǎng)友好型分布式能源樞紐中心。該研究以北京市為研究案例，收集了北京市2萬余輛公交車輛高精度軌跡數(shù)據(jù)、公交全車型信息數(shù)據(jù)、全年每天24小時太陽輻照度與天氣數(shù)據(jù)、公交場站建筑物矢量數(shù)據(jù)等，面向未來25年探索了凈零排放愿景下與不同光伏補貼政策下公交場站能源樞紐中心的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益以及對電網(wǎng)的影響。

　　研究結(jié)果表明單獨部署分布式光伏發(fā)電設(shè)施可使電動公交充電凈負荷平均下降23%、高峰時段充電凈負荷降低8.6%，配合儲能設(shè)施可將兩項負荷指標進一步降低28%和37%。

　　在無任何光伏補貼政策下，部署分布式光伏發(fā)電設(shè)施可產(chǎn)生基于成本投入64%的凈利潤，配合儲能設(shè)施則將凈利潤減小到成本投入的31%。

　　在凈零排放愿景技術(shù)路線下，部署分布式光伏發(fā)電與儲能設(shè)施在未來25年內(nèi)仍然可使公交系統(tǒng)用電碳排放量下降5.7%。當前，中國正在引領(lǐng)全球交通運輸電動化、交通資產(chǎn)能源化變革。北京市作為全球公共交通網(wǎng)絡(luò)最為復雜、電動運營車隊最為龐大、充電基礎(chǔ)設(shè)施最為完善的城市之一，以北京市為研究案例，可為全世界范圍內(nèi)交通與可再生能源融合發(fā)展提供科學依據(jù)與實踐指導。研究成果正在與北京市充電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)軍企業(yè)開展示范應(yīng)用。

　　附：作者介紹

　　馬曉磊，北航交通科學與工程學院教授，IET Fellow，入選國家級青年人才計劃，擔任北航科研院合作與成果處副處長(掛職)、智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點實驗室副主任。主要研究領(lǐng)域包括交通大數(shù)據(jù)分析、一體化出行服務(wù)、交通能源融合；主持國家自然科學基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃課題等國家級、省部級項目10余項。目前已在Nature Energy、Transportation Research B/C/D/E、IEEE TII等期刊發(fā)表論文100余篇，引用1萬余次；以第一完成人獲中國地理信息科技進步一等獎、北京市自然科學二等獎等省部級獎勵3項；擔任IEEE TITS、Transportation Research Part C/D等7個權(quán)威SCI/SSCI期刊副主編及編委。入選中國工程前沿杰出青年學者、北京市杰青等人才計劃。擔任全國青聯(lián)委員、中國致公黨中央青年工作委員會委員、致公黨北京市委教育委員會副主任。

　　劉小寒，北航交通學院2019級博士研究生，師從馬曉磊教授，研究方向為交通與能源系統(tǒng)融合，2024年加入瑞典查爾姆斯理工大學從事博士后研究工作。在Nature Energy、Transportation Research Part E/D/F、Renewable and Sustainable Energy Reviews、Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering、Sustainable Cities and Society、中國公路學報等期刊發(fā)表文章20余篇。

　　劉鉦可，北航交通科學與工程學院2022級博士研究生，師從馬曉磊教授，研究方向為城市交通與能源設(shè)施協(xié)同運行優(yōu)化。在Nature Energy、Transportation Research Part C/D/E、Sustainable Cities and Society等期刊發(fā)表文章10余篇。