《Nature Energy》刊发北航马晓磊教授团队在交通基础设施与可再生能源融合领域的重要研究进展

　　北航新闻网8月7日电(航宣)近日，北京航空航天大学马晓磊教授团队与来自德国、瑞典、美国的研究人员在交通基础设施与可再生能源融合领域取得重要研究进展。该研究首次提出了面向城市全空间尺度的多源大数据驱动的公交基础设施与分布式光伏融合框架，依托既有公交场站部署分布式光伏发电与储能设施，将传统公交场站转变为可持续的、可盈利的、电网友好型分布式能源枢纽中心。相关成果以“Transforming public transport depots into profitable energy hubs”为题、以Research Article形式在线发表于《Nature Energy》。北航博士研究生刘小寒为第一作者，北航教授马晓磊为通讯作者，北航交通科学与工程学院、智能交通技术与系统教育部重点实验室为论文唯一通讯作者单位。

　　当前全球能源消耗的27%、二氧化碳排放的23%来自交通运输部门。为推动实现2050全球净零排放愿景，交通运输行业正在经历前所未有的电动化革命。然而，在推动交通运输电动化进程中衍生出一系列新的问题与挑战。高强度充电需求增加了电网负担，从而大幅提高电力基础设施升级、改造与运维成本。快速增长的电动汽车保有量将碳减排压力从能源需求侧转移到生产侧，加剧了能源生产部门碳减排举措的紧迫性与艰巨性。此外，由全球气候变化导致的极端天气事件正在越来越频繁地冲击交通运输与能源基础设施。尤其在交通运输电动化背景下，交通运输与能源系统的脆弱性通过“级联效应”影响被进一步放大。

　　为此，交通运输与能源系统亟需融合发展。2019年欧盟启动“绿色新政”，提出推广交通清洁燃料、建设交通清洁基础设施、推动交通绿色转型。我国也将交通与能源融合发展提升到国家战略层面：党的二十大提出要积极稳妥推进碳达峰、碳中和，加快构建交通强国与新型能源体系；《交通运输强国纲要》中也明确提出加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网融合发展。交通与能源融合势必会成为继高速铁路、新能源汽车、动力电池后各国在交通领域“科技博弈”的新一轮焦点。

　　交通与能源融合关键在于交通与能源两张网的融合。在城市背景下，交通网与能源网在城市空间全域内交错展开。既有文献缺乏对城市全空间域交通与能源系统融合整体性的研究。以电动公交与能源系统融合为例，既有研究往往针对若干条线路或某个子区域展开，研究结论无法揭示电动公交与能源系统融合的统一机理。此外，当前研究主要通过建立基于众多条件假设的数学模型评估交通与能源融合的效益，缺乏对交通与能源系统运营大数据的挖掘与利用，由此得到的规划与管理策略往往偏离系统最优解、甚至不是可行解。

　　针对上述研究局限性，北航研究团队首次提出了面向城市全空间尺度的多源大数据驱动的公交基础设施与分布式光伏融合框架。依托既有公交场站部署分布式光伏发电与储能设施，将传统公交场站转变为可持续的、可盈利的、电网友好型分布式能源枢纽中心。该研究以北京市为研究案例，收集了北京市2万余辆公交车辆高精度轨迹数据、公交全车型信息数据、全年每天24小时太阳辐照度与天气数据、公交场站建筑物矢量数据等，面向未来25年探索了净零排放愿景下与不同光伏补贴政策下公交场站能源枢纽中心的经济效益、环境效益以及对电网的影响。

　　研究结果表明单独部署分布式光伏发电设施可使电动公交充电净负荷平均下降23%、高峰时段充电净负荷降低8.6%，配合储能设施可将两项负荷指标进一步降低28%和37%。

　　在无任何光伏补贴政策下，部署分布式光伏发电设施可产生基于成本投入64%的净利润，配合储能设施则将净利润减小到成本投入的31%。

　　在净零排放愿景技术路线下，部署分布式光伏发电与储能设施在未来25年内仍然可使公交系统用电碳排放量下降5.7%。当前，中国正在引领全球交通运输电动化、交通资产能源化变革。北京市作为全球公共交通网络最为复杂、电动运营车队最为庞大、充电基础设施最为完善的城市之一，以北京市为研究案例，可为全世界范围内交通与可再生能源融合发展提供科学依据与实践指导。研究成果正在与北京市充电基础设施领军企业开展示范应用。

　　附：作者介绍

　　马晓磊，北航交通科学与工程学院教授，IET Fellow，入选国家级青年人才计划，担任北航科研院合作与成果处副处长(挂职)、智能交通技术与系统教育部重点实验室副主任。主要研究领域包括交通大数据分析、一体化出行服务、交通能源融合；主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划课题等国家级、省部级项目10余项。目前已在Nature Energy、Transportation Research B/C/D/E、IEEE TII等期刊发表论文100余篇，引用1万余次；以第一完成人获中国地理信息科技进步一等奖、北京市自然科学二等奖等省部级奖励3项；担任IEEE TITS、Transportation Research Part C/D等7个权威SCI/SSCI期刊副主编及编委。入选中国工程前沿杰出青年学者、北京市杰青等人才计划。担任全国青联委员、中国致公党中央青年工作委员会委员、致公党北京市委教育委员会副主任。

　　刘小寒，北航交通学院2019级博士研究生，师从马晓磊教授，研究方向为交通与能源系统融合，2024年加入瑞典查尔姆斯理工大学从事博士后研究工作。在Nature Energy、Transportation Research Part E/D/F、Renewable and Sustainable Energy Reviews、Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering、Sustainable Cities and Society、中国公路学报等期刊发表文章20余篇。

　　刘钲可，北航交通科学与工程学院2022级博士研究生，师从马晓磊教授，研究方向为城市交通与能源设施协同运行优化。在Nature Energy、Transportation Research Part C/D/E、Sustainable Cities and Society等期刊发表文章10余篇。