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設施與可再生能源融合領域取得重要研究進展。該研究首次提出了麵向城市全空間尺度的多源大數據驅動的公交基礎設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電與儲能設施，將傳統公交場站轉變為可持續的、可盈利的、電網友好型分布式能源樞紐中心。相關成果以“Transforming public transport depots into profitable energy hubs”為題、以Research Article形式在線發表於《Nature Energy》。北航交通科學與工程學院、智能交通技術與係統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2050全球淨零排放願景，交通運輸行業正在經曆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係列新的問題與挑戰。高強度充電需求增加了電網負擔，從而大幅提高電力基礎設施升級、改造與運維成本。快速增長的電動汽車保有量將碳減排壓力從能源需求側轉移到生產側，加劇了能源生產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衝擊交通運輸與能源基礎設施。尤其在交通運輸電動化背景下，交通運輸與能源係統的脆弱性通過“級聯效應”影響被進一步放大。

　　為此，交通運輸與能源係統亟需融合發展。2019年歐盟啟動“綠色新政”，提出推廣交通清潔燃料、建設交通清潔基礎設施、推動交通綠色轉型。我國也將交通與能源融合發展提升到國家戰略層麵：黨的二十大提出要積極穩妥推進碳達峰、碳中和，加快構建交通強國與新型能源體係;《交通運輸強國綱要》中也明確提出加速交通基礎設施網、運輸服務網、能源網與信息網融合發展。交通與能源融合勢必會成為繼高速鐵路、新能源汽車、動力電池後各國在交通領域“科技博弈”的新一輪焦點。

　　交通與能源融合關鍵在於交通與能源兩張網的融合。在城市背景下，交通網與能源網在城市空間全域內交錯展開。既有文獻缺乏對城市全空間域交通與能源係統融合整體性的研究。以電動公交與能源係統融合為例，既有研究往往針對若幹條線路或某個子區域展開，研究結論無法揭示電動公交與能源係統融合的統一機理。此外，當前研究主要通過建立基於眾多條件假設的數學模型評估交通與能源融合的效益，缺乏對交通與能源係統運營大數據的挖掘與利用，由此得到的規劃與管理策略往往偏離係統最優解、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麵向城市全空間尺度的多源大數據驅動的公交基礎設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電與儲能設施，將傳統公交場站轉變為可持續的、可盈利的、電網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2萬餘輛公交車輛高精度軌跡數據、公交全車型信息數據、全年每天24小時太陽輻照度與天氣數據、公交場站建築物矢量數據等，麵向未來25年探索了淨零排放願景下與不同光伏補貼政策下公交場站能源樞紐中心的經濟效益、環境效益以及對電網的影響。

公交場站與可再生能源融合

麵向城市全空間尺度的多源大數據驅動的公交基礎設施與分布式光伏融合框架

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

公交場站能源樞紐對電網負荷的影響

　　在無任何光伏補貼政策下，部署分布式光伏發電設施可產生基於成本投入64%的淨利潤，配合儲能設施則將淨利潤減小到成本投入的31%。

公交場站能源樞紐的經濟效益

　　在淨零排放願景技術路線下，部署分布式光伏發電與儲能設施在未來25年內仍然可使公交係統用電碳排放量下降5.7%。當前，中國正在引領全球交通運輸電動化、交通資產能源化變革。北京市作為全球公共交通網絡最為複雜、電動運營車隊最為龐大、充電基礎設施最為完善的城市之一，以北京市為研究案例，可為全世界範圍內交通與可再生能源融合發展提供科學依據與實踐指導。研究成果正在與北京市充電基礎設施領軍企業開展示範應用。