【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞： 新能源汽車(chē) 動(dòng)力電池 智能交通】

　　

　　北航重要科研進(jìn)展！公交場(chǎng)站變身能源樞紐

　　

　　交通與能源融合

　　

　　是繼高速鐵路、新能源汽車(chē)、動(dòng)力電池后

　　

　　各國(guó)在交通領(lǐng)域“科技博弈”的新一輪焦點(diǎn)

　　

　　北航交通科學(xué)與工程學(xué)院

　　

　　馬曉磊教授團(tuán)隊(duì)

　　

　　攜手德國(guó)、瑞典、美國(guó)學(xué)者

　　

　　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(jìn)展

　　

　　在線發(fā)表于《Nature Energy》

 

 

　　

　　近日，北京航空航天大學(xué)馬曉磊教授團(tuán)隊(duì)與來(lái)自德國(guó)、瑞典、美國(guó)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(jìn)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(dòng)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(chǎng)站部署分布式光伏發(fā)電與儲(chǔ)能設(shè)施，將傳統(tǒng)公交場(chǎng)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》。北航交通科學(xué)與工程學(xué)院、智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文唯一通訊作者單位。

　　

　　第一作者

　　

　　通訊作者

　　

　　第一 (唯一)

　　

　　通訊作者單位

　　

　　劉小寒 北航博士研究生

　　

　　馬曉磊 北航教授

　　

　　北航交通科學(xué)與工程學(xué)院

　　

　　智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

　　

　　當(dāng)前全球能源消耗的27%、二氧化碳排放的23%來(lái)自交通運(yùn)輸部門(mén)。為推動(dòng)實(shí)現(xiàn)2050全球凈零排放愿景，交通運(yùn)輸行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的電動(dòng)化革命。然而，在推動(dòng)交通運(yùn)輸電動(dòng)化進(jìn)程中衍生出一系列新的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。高強(qiáng)度充電需求增加了電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，從而大幅提高電力基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)、改造與運(yùn)維成本?？焖僭鲩L(zhǎng)的電動(dòng)汽車(chē)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(mén)碳減排舉措的緊迫性與艱巨性。此外，由全球氣候變化導(dǎo)致的極端天氣事件正在越來(lái)越頻繁地沖擊交通運(yùn)輸與能源基礎(chǔ)設(shè)施。尤其在交通運(yùn)輸電動(dòng)化背景下，交通運(yùn)輸與能源系統(tǒng)的脆弱性通過(guò)“級(jí)聯(lián)效應(yīng)”影響被進(jìn)一步放大。

　　

　　為此，交通運(yùn)輸與能源系統(tǒng)亟需融合發(fā)展。2019年歐盟啟動(dòng)“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(dòng)交通綠色轉(zhuǎn)型。我國(guó)也將交通與能源融合發(fā)展提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面：黨的二十大提出要積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，加快構(gòu)建交通強(qiáng)國(guó)與新型能源體系；《交通運(yùn)輸強(qiáng)國(guó)綱要》中也明確提出加速交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、運(yùn)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(shì)必會(huì)成為繼高速鐵路、新能源汽車(chē)、動(dòng)力電池后各國(guó)在交通領(lǐng)域“科技博弈”的新一輪焦點(diǎn)。

　　

　　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(cuò)展開(kāi)。既有文獻(xiàn)缺乏對(duì)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(dòng)公交與能源系統(tǒng)融合為例，既有研究往往針對(duì)若干條線路或某個(gè)子區(qū)域展開(kāi)，研究結(jié)論無(wú)法揭示電動(dòng)公交與能源系統(tǒng)融合的統(tǒng)一機(jī)理。此外，當(dāng)前研究主要通過(guò)建立基于眾多條件假設(shè)的數(shù)學(xué)模型評(píng)估交通與能源融合的效益，缺乏對(duì)交通與能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)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(duì)上述研究局限性，北航研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(chǎng)站部署分布式光伏發(fā)電與儲(chǔ)能設(shè)施，將傳統(tǒng)公交場(chǎng)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(wàn)余輛公交車(chē)輛高精度軌跡數(shù)據(jù)、公交全車(chē)型信息數(shù)據(jù)、全年每天24小時(shí)太陽(yáng)輻照度與天氣數(shù)據(jù)、公交場(chǎng)站建筑物矢量數(shù)據(jù)等，面向未來(lái)25年探索了凈零排放愿景下與不同光伏補(bǔ)貼政策下公交場(chǎng)站能源樞紐中心的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益以及對(duì)電網(wǎng)的影響。

 

　　

　　公交場(chǎng)站與可再生能源融合

　　

　　面向城市全空間尺度的多源大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的公交基礎(chǔ)設(shè)施與分布式光伏融合框架

　　

　　研究結(jié)果表明單獨(dú)部署分布式光伏發(fā)電設(shè)施可使電動(dòng)公交充電凈負(fù)荷平均下降23%、高峰時(shí)段充電凈負(fù)荷降低8.6%，配合儲(chǔ)能設(shè)施可將兩項(xiàng)負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)一步降低28%和37%。

　　

　　公交場(chǎng)站能源樞紐對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的影響

　　

　　在無(wú)任何光伏補(bǔ)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(rùn)，配合儲(chǔ)能設(shè)施則將凈利潤(rùn)減小到成本投入的31%。

　　

　　公交場(chǎng)站能源樞紐的經(jīng)濟(jì)效益

　　

　　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(chǔ)能設(shè)施在未來(lái)25年內(nèi)仍然可使公交系統(tǒng)用電碳排放量下降5.7%。當(dāng)前，中國(guó)正在引領(lǐng)全球交通運(yùn)輸電動(dòng)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(fù)雜、電動(dòng)運(yùn)營(yíng)車(chē)隊(duì)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(xué)依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。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(kāi)展示范應(yīng)用。

　　

　　實(shí)驗(yàn)室介紹

　　

　　北航智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托北航在交通工程等相關(guān)學(xué)科優(yōu)勢(shì)，面向國(guó)家戰(zhàn)略需求，致力于通過(guò)跨學(xué)科合作和國(guó)際合作，培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域、相關(guān)學(xué)科方向的優(yōu)秀科技人才，推動(dòng)相關(guān)學(xué)科深度交叉融合，提高科技原創(chuàng)能力、實(shí)現(xiàn)前沿突破，產(chǎn)出國(guó)際領(lǐng)先水平的創(chuàng)新成果，搶占全球智能交通技術(shù)與系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的制高點(diǎn)。

　　

　　牽頭國(guó)內(nèi)外學(xué)者探索建立了

　　

　　智能交通技術(shù)理論、技術(shù)、工具、標(biāo)準(zhǔn)體系

　　

　　實(shí)驗(yàn)室通過(guò)結(jié)合國(guó)際學(xué)術(shù)前沿和國(guó)家需求，深入探索智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵理論與技術(shù)，重點(diǎn)圍繞著交通數(shù)據(jù)智能與認(rèn)知計(jì)算、交通協(xié)同運(yùn)行與智能控制、智能交通系統(tǒng)集成與研發(fā)三大研究方向形成了一系列創(chuàng)新成果。形成了交通感知-計(jì)算-調(diào)控的智能交通理論體系與相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。被國(guó)內(nèi)外100多所大學(xué)跟蹤研究、百余家企業(yè)參考應(yīng)用。發(fā)表Nature Energy、Nature Communications等Nature子刊和交通領(lǐng)域內(nèi)高水平論文20余篇，出版智能交通、交通安全、電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)專(zhuān)著3部。

　　

　　面向國(guó)際學(xué)術(shù)前沿和國(guó)家需求，

　　

　　承擔(dān)了一批國(guó)家級(jí)科研任務(wù)

　　

　　主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金杰出青年項(xiàng)目、國(guó)家自然基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目、國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目、山東省科技創(chuàng)新工程、科技部政府間合作項(xiàng)目等40余項(xiàng)。提出的理論和研制的相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)已應(yīng)用于踏歌智行、洛必德科技有限公司等多個(gè)集團(tuán)企業(yè)，助力交通運(yùn)輸行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。獲得教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、住建部華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)1等獎(jiǎng)、地理信息科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

　　

　　積極開(kāi)展國(guó)際交流合作，參與科學(xué)傳播，

　　

　　引領(lǐng)智能交通研究與應(yīng)用發(fā)展

　　

　　實(shí)驗(yàn)室成立以來(lái)積極組織國(guó)內(nèi)外多種方式的學(xué)術(shù)交流合作。邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外著名專(zhuān)家來(lái)實(shí)驗(yàn)室交流10余次，海外交流訪學(xué)、參加國(guó)際會(huì)議30余人次，并積極主辦或協(xié)辦了領(lǐng)域內(nèi)重要國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議5次。此外，實(shí)驗(yàn)室還積極參與交通科學(xué)知識(shí)的科學(xué)傳播活動(dòng)，為公眾科普車(chē)路協(xié)同技術(shù)，TrafficGPT技術(shù)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放日向大眾進(jìn)行智能交通的宣傳，提升技術(shù)普及和公眾認(rèn)知。

　　

　　開(kāi)設(shè)了智能交通相關(guān)課程，

　　

　　培養(yǎng)了一批智能交通方向優(yōu)秀青年人才

　　

　　實(shí)驗(yàn)室成立一年來(lái)培養(yǎng)博士生和碩士生80余人、博士后4人；新增杰青1人、優(yōu)青1人、青年長(zhǎng)江1人、北京市杰青1人、北京市科技新星1人。

　　

　　作者介紹

　　

　　通訊作者：馬曉磊

　　

　　北京航空航天大學(xué)

　　

　　交通科學(xué)與工程學(xué)院

　　

　　教授

　　

　　馬曉磊，北航交通科學(xué)與工程學(xué)院教授，IET Fellow，入選國(guó)家級(jí)青年人才計(jì)劃，擔(dān)任北航科研院合作與成果處副處長(zhǎng)（掛職）、智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)。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(wàn)余次；以第一完成人獲中國(guó)地理信息科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、北京市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)；擔(dān)任IEEE TITS、Transportation Research Part C/D等7個(gè)權(quán)威SCI/SSCI期刊副主編及編委。入選中國(guó)工程前沿杰出青年學(xué)者、北京市杰青等人才計(jì)劃。擔(dān)任全國(guó)青聯(lián)委員、中國(guó)致公黨中央青年工作委員會(huì)委員、致公黨北京市委教育委員會(huì)副主任。

　　

　　第一作者：劉小寒

　　

　　北京航空航天大學(xué)

　　

　　交通科學(xué)與工程學(xué)院

　　

　　2019級(jí)博士研究生

　　

　　劉小寒，北航交通學(xué)院2019級(jí)博士研究生，師從馬曉磊教授，研究方向?yàn)榻煌ㄅc能源系統(tǒng)融合，2024年加入瑞典查爾姆斯理工大學(xué)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(guó)公路學(xué)報(bào)等期刊發(fā)表文章20余篇。

　　

　　其他作者：劉鉦可

　　

　　北京航空航天大學(xué)

　　

　　北航交通科學(xué)與工程學(xué)院

　　

　　2022級(jí)博士研究生

　　

　　劉鉦可，北航交通科學(xué)與工程學(xué)院2022級(jí)博士研究生，師從馬曉磊教授，研究方向?yàn)槌鞘薪煌ㄅc能源設(shè)施協(xié)同運(yùn)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。