【ZiDongHua 之駕駛自動化收錄關(guān)鍵詞： 清華大學(xué)自動化系  電動汽車  儲能系統(tǒng)  燃料電池】
　　
　　紫冬學(xué)術(shù) | 自動化系江奔奔團隊合作發(fā)文提出跨尺度能源優(yōu)化新框架，實現(xiàn)定量評估電動汽車的靈活性價值
　　
　　為應(yīng)對全球氣候變化，減少碳排放已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注。在聯(lián)合國氣候變化大會上通過的《巴黎協(xié)定》強調(diào)了減排的重要性，并量化了減排目標(biāo)，明確了實施細(xì)則。我國是《巴黎協(xié)定》的主要締約方之一。我國承諾要在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年之前實現(xiàn)碳中和。為實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標(biāo)，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》等進行具體規(guī)劃和指導(dǎo)。其中，發(fā)展基于風(fēng)能、光伏等可再生能源的低碳能源系統(tǒng)是降低碳排放的關(guān)鍵措施之一。然而，隨著可再生能源使用滲透率的增加，提高能源系統(tǒng)靈活性以解決可再生能源的間歇性問題就變得越來越重要。
　　
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　　有多種途徑可以提高低碳能源系統(tǒng)的靈活性。發(fā)展高效儲能系統(tǒng)以提供低碳能源系統(tǒng)所需的靈活性已經(jīng)引起眾多學(xué)者的廣泛研究。除了儲能系統(tǒng)之外，交通電動化也可以為低碳能源系統(tǒng)提供額外的靈活性。而交通電動化的靈活性價值尚未得到深入研究和量化表征。眾所周知，電動汽車和燃料電池汽車是當(dāng)前交通電動化的兩個主要途徑。從靈活性價值的角度來看，發(fā)展哪一種交通電動化途徑更有優(yōu)勢也尚無定論。
　　
　
　　
　　圖1. 低碳能源系統(tǒng)與交通電動化的兩個主要途徑（純電動汽車與氫燃料電池汽車）
　　
　　近日，清華大學(xué)自動化系江奔奔團隊與北京大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院等高校的科研人員合作，聚焦電動汽車和燃料電池汽車對低碳能源系統(tǒng)的靈活性價值評估問題，提出了綜合宏觀和微觀模型的能源系統(tǒng)跨尺度優(yōu)化框架，考慮電池老化和對應(yīng)的老化成本在內(nèi)，量化評估了電動汽車靈活充電和燃料電池汽車靈活加氫對低碳能源系統(tǒng)的靈活性價值。
　　
　　該文將電動汽車和燃料電池汽車對低碳能源系統(tǒng)的靈活性價值量化為電動汽車靈活充電和燃料電池汽車靈活加氫對能源系統(tǒng)最低成本的降低值。通過跨尺度優(yōu)化模型分別優(yōu)化能源系統(tǒng)參數(shù)和調(diào)度，得到電動汽車和燃料電池汽車靈活充電或加氫前后系統(tǒng)的最低成本，進而量化得到兩種交通電動化途徑對低碳能源系統(tǒng)的靈活性價值。特別之處是，為考慮不同溫度和充電速率下電動汽車電池退化引起的成本增加，基于電池微觀多孔電極模型仿真計算不同使用工況下電動汽車電池的容量衰降，并轉(zhuǎn)化為電池退化成本包括在能源系統(tǒng)多行業(yè)耦合的宏觀優(yōu)化模型中。使用提出的跨尺度優(yōu)化模型，設(shè)置包括不同電池充電模式、電池使用溫度和替換成本、不同政策（如不同氫能源發(fā)展途徑和碳價格）等的多個場景分析電動汽車和燃料電池汽車在為低碳能源系統(tǒng)提供靈活性價值方面的相對優(yōu)劣。
　　
　　
　　
　　圖2. 跨尺度能源優(yōu)化框架評估電動汽車和燃料電池汽車靈活性價值
　　
　　該文的研究結(jié)果表明：在考慮電池退化成本之后，電動汽車的靈活性價值顯著降低，使能源系統(tǒng)最低成本減少4.7%以上，與燃料電池汽車的靈活性價值處于同一水平。不同政策和外界因素如碳價格、氫發(fā)展路線（藍(lán)氫和綠氫）、氫需求量、電池充電速率、溫度等均對電動汽車和燃料電池汽車在提供靈活性上的相對優(yōu)勢有影響。當(dāng)電池充電時間變短、使用溫度降低時，由電池退化加速和使用壽命降低引起的退化成本增加使得電動汽車的靈活性價值明顯降低，在更多場景中失去其對燃料電池汽車在靈活性價值上的優(yōu)勢。與藍(lán)氫相比，綠氫情況下電動汽車的靈活性價值也顯著降低，而燃料電池汽車則無顯著變化。
　　
　　
　　
　　圖3 不同電池充電模式下，電動汽車和燃料電池汽車在各場景中的靈活性價值對比
　　
　　圖4 不同溫度下，電動汽車和燃料電池汽車在各場景中的靈活性價值對比
　　
　　該研究成果以“一種跨尺度能源優(yōu)化框架用于評估純電動汽車與燃料電池汽車的靈活性價值”（A cross-scale framework for evaluating flexibility values of battery and fuel cell electric vehicles）為題發(fā)表在國際知名期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。清華大學(xué)自動化系江奔奔副教授，北京大學(xué)何冠楠助理教授，和麻省理工學(xué)院邵陽 (Yang Shao-Horn)教授為通訊作者。清華大學(xué)自動化系博士后劉瑞雪和北京大學(xué)助理教授何冠楠是論文的共同一作。其他合作者包括清華大學(xué)自動化系博士生王璽哲，麻省理工學(xué)院達里克·馬拉普拉加達(Dharik Mallapragada)研究員，和普林斯頓大學(xué)博士后趙宏博。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、北京自然科學(xué)基金、北京信息科學(xué)技術(shù)國家研究中心等項目的支持。