【ZiDongHua 之駕駛自動(dòng)化收錄關(guān)鍵詞： 清華大學(xué)自動(dòng)化系  電動(dòng)汽車  儲(chǔ)能系統(tǒng)  燃料電池】
　　
　　紫冬學(xué)術(shù) | 自動(dòng)化系江奔奔團(tuán)隊(duì)合作發(fā)文提出跨尺度能源優(yōu)化新框架，實(shí)現(xiàn)定量評(píng)估電動(dòng)汽車的靈活性價(jià)值
　　
　　為應(yīng)對(duì)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(guó)氣候變化大會(huì)上通過(guò)的《巴黎協(xié)定》強(qiáng)調(diào)了減排的重要性，并量化了減排目標(biāo)，明確了實(shí)施細(xì)則。我國(guó)是《巴黎協(xié)定》的主要締約方之一。我國(guó)承諾要在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和。為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)，國(guó)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(dá)峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》等進(jìn)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(lái)越重要。
　　
　　圖片
　　
　　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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)之外，交通電動(dòng)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(dòng)化的靈活性價(jià)值尚未得到深入研究和量化表征。眾所周知，電動(dòng)汽車和燃料電池汽車是當(dāng)前交通電動(dòng)化的兩個(gè)主要途徑。從靈活性價(jià)值的角度來(lái)看，發(fā)展哪一種交通電動(dòng)化途徑更有優(yōu)勢(shì)也尚無(wú)定論。
　　
　
　　
　　圖1. 低碳能源系統(tǒng)與交通電動(dòng)化的兩個(gè)主要途徑（純電動(dòng)汽車與氫燃料電池汽車）
　　
　　近日，清華大學(xué)自動(dòng)化系江奔奔團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院等高校的科研人員合作，聚焦電動(dòng)汽車和燃料電池汽車對(duì)低碳能源系統(tǒng)的靈活性價(jià)值評(píng)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(duì)應(yīng)的老化成本在內(nèi)，量化評(píng)估了電動(dòng)汽車靈活充電和燃料電池汽車靈活加氫對(duì)低碳能源系統(tǒng)的靈活性價(jià)值。
　　
　　該文將電動(dòng)汽車和燃料電池汽車對(duì)低碳能源系統(tǒng)的靈活性價(jià)值量化為電動(dòng)汽車靈活充電和燃料電池汽車靈活加氫對(duì)能源系統(tǒng)最低成本的降低值。通過(guò)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(dòng)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(jìn)而量化得到兩種交通電動(dòng)化途徑對(duì)低碳能源系統(tǒng)的靈活性價(jià)值。特別之處是，為考慮不同溫度和充電速率下電動(dòng)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(jì)算不同使用工況下電動(dòng)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(jià)格）等的多個(gè)場(chǎng)景分析電動(dòng)汽車和燃料電池汽車在為低碳能源系統(tǒng)提供靈活性價(jià)值方面的相對(duì)優(yōu)劣。
　　
　　
　　
　　圖2. 跨尺度能源優(yōu)化框架評(píng)估電動(dòng)汽車和燃料電池汽車靈活性價(jià)值
　　
　　該文的研究結(jié)果表明：在考慮電池退化成本之后，電動(dòng)汽車的靈活性價(jià)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(jià)值處于同一水平。不同政策和外界因素如碳價(jià)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(duì)電動(dòng)汽車和燃料電池汽車在提供靈活性上的相對(duì)優(yōu)勢(shì)有影響。當(dāng)電池充電時(shí)間變短、使用溫度降低時(shí)，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(dòng)汽車的靈活性價(jià)值明顯降低，在更多場(chǎng)景中失去其對(duì)燃料電池汽車在靈活性價(jià)值上的優(yōu)勢(shì)。與藍(lán)氫相比，綠氫情況下電動(dòng)汽車的靈活性價(jià)值也顯著降低，而燃料電池汽車則無(wú)顯著變化。
　　
　　
　　
　　圖3 不同電池充電模式下，電動(dòng)汽車和燃料電池汽車在各場(chǎng)景中的靈活性價(jià)值對(duì)比
　　
　　圖4 不同溫度下，電動(dòng)汽車和燃料電池汽車在各場(chǎng)景中的靈活性價(jià)值對(duì)比
　　
　　該研究成果以“一種跨尺度能源優(yōu)化框架用于評(píng)估純電動(dòng)汽車與燃料電池汽車的靈活性價(jià)值”（A cross-scale framework for evaluating flexibility values of battery and fuel cell electric vehicles）為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。清華大學(xué)自動(dòng)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(yáng) (Yang Shao-Horn)教授為通訊作者。清華大學(xué)自動(dòng)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(dòng)化系博士生王璽哲，麻省理工學(xué)院達(dá)里克·馬拉普拉加達(dá)(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(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京自然科學(xué)基金、北京信息科學(xué)技術(shù)國(guó)家研究中心等項(xiàng)目的支持。