【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞： 新能源汽車 動力電池 智能交通】
　　
　　北航重要科研進(jìn)展！公交場站變身能源樞紐
　　
　　交通與能源融合
　　
　　是繼高速鐵路、新能源汽車、動力電池后
　　
　　各國在交通領(lǐng)域“科技博弈”的新一輪焦點
　　
　　北航交通科學(xué)與工程學(xué)院
　　
　　馬曉磊教授團(tuán)隊
　　
　　攜手德國、瑞典、美國學(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(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)教育部重點實驗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)教育部重點實驗室
　　
　　當(dāng)前全球能源消耗的27%、二氧化碳排放的23%來自交通運(yùn)輸部門。為推動實現(xiàn)2050全球凈零排放愿景，交通運(yùn)輸行業(yè)正在經(jīng)歷前所未有的電動化革命。然而，在推動交通運(yùn)輸電動化進(jìn)程中衍生出一系列新的問題與挑戰(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、改造與運(yùn)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(dǎo)致的極端天氣事件正在越來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)輸電動化背景下，交通運(yùn)輸與能源系統(tǒng)的脆弱性通過“級聯(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“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(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，加快構(gòu)建交通強(qiáng)國與新型能源體系；《交通運(yùn)輸強(qiáng)國綱要》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(xiàn)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(jī)理。此外，當(dāng)前研究主要通過建立基于眾多條件假設(shè)的數(shù)學(xué)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(yùn)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(tuán)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(bǔ)貼政策下公交場站能源樞紐中心的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益以及對電網(wǎng)的影響。
 
　　
　　公交場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)施可使電動公交充電凈負(fù)荷平均下降23%、高峰時段充電凈負(fù)荷降低8.6%，配合儲能設(shè)施可將兩項負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)一步降低28%和37%。
　　
　　公交場站能源樞紐對電網(wǎng)負(fù)荷的影響
　　
　　在無任何光伏補(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，配合儲能設(shè)施則將凈利潤減小到成本投入的31%。
　　
　　公交場站能源樞紐的經(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(dāng)前，中國正在引領(lǐng)全球交通運(yùn)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(fù)雜、電動運(yùn)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(xué)依據(jù)與實踐指導(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)開展示范應(yīng)用。
　　
　　實驗室介紹
　　
　　北航智能交通技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點實驗室依托北航在交通工程等相關(guān)學(xué)科優(yōu)勢，面向國家戰(zhàn)略需求，致力于通過跨學(xué)科合作和國際合作，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，推動相關(guān)學(xué)科深度交叉融合，提高科技原創(chuàng)能力、實現(xiàn)前沿突破，產(chǎn)出國際領(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。
　　
　　牽頭國內(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
　　
　　實驗室通過結(jié)合國際學(xué)術(shù)前沿和國家需求，深入探索智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵理論與技術(shù)，重點圍繞著交通數(shù)據(jù)智能與認(rèn)知計算、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、電動汽車相關(guān)專著3部。
　　
　　面向國際學(xué)術(shù)前沿和國家需求，
　　
　　承擔(dān)了一批國家級科研任務(wù)
　　
　　主持國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金杰出青年項目、國家自然基金優(yōu)秀青年項目、國家自然基金面上項目、山東省科技創(chuàng)新工程、科技部政府間合作項目等40余項。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。獲得教育部自然科學(xué)二等獎1項、住建部華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎1項、中國汽車工程學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎1等獎、地理信息科技進(jìn)步一等獎1項、中國交通運(yùn)輸協(xié)會科技進(jìn)步獎一等獎2項。
　　
　　積極開展國際交流合作，參與科學(xué)傳播，
　　
　　引領(lǐng)智能交通研究與應(yīng)用發(fā)展
　　
　　實驗室成立以來積極組織國內(nèi)外多種方式的學(xué)術(shù)交流合作。邀請國內(nèi)外著名專家來實驗室交流10余次，海外交流訪學(xué)、參加國際會議30余人次，并積極主辦或協(xié)辦了領(lǐng)域內(nèi)重要國際學(xué)術(shù)會議5次。此外，實驗室還積極參與交通科學(xué)知識的科學(xué)傳播活動，為公眾科普車路協(xié)同技術(shù)，TrafficGPT技術(shù)，并通過實驗室開放日向大眾進(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
　　
　　實驗室成立一年來培養(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，入選國家級青年人才計劃，擔(dān)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(xué)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(jìn)步一等獎、北京市自然科學(xué)二等獎等省部級獎勵3項；擔(dān)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(xué)者、北京市杰青等人才計劃。擔(dān)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。
　　
　　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級博士研究生
　　
　　劉小寒，北航交通學(xué)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(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、中國公路學(xué)報等期刊發(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級博士研究生
　　
　　劉鉦可，北航交通科學(xué)與工程學(xué)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(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。