【ZiDongHua 之创新自科文收录关键词： 新能源汽车 动力电池 智能交通】
　　
　　北航重要科研进展！公交场站变身能源枢纽
　　
　　交通与能源融合
　　
　　是继高速铁路、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
　　
　　北航交通科学与工程学院
　　
　　马晓磊教授团队
　　
　　携手德国、瑞典、美国学者
　　
　　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
　　
　　在线发表于《Nature Energy》
 
 
　　
　　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。
　　
　　第一作者
　　
　　通讯作者
　　
　　第一 (唯一)
　　
　　通讯作者单位
　　
　　刘小寒 北航博士研究生
　　
　　马晓磊 北航教授
　　
　　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
　　
　　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。
 
　　
　　公交场站与可再生能源融合
　　
　　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
　　
　　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%。
　　
　　公交场站能源枢纽对电网负荷的影响
　　
　　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%。
　　
　　公交场站能源枢纽的经济效益
　　
　　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。
　　
　　实验室介绍
　　
　　北航智能交通技术与系统教育部重点实验室依托北航在交通工程等相关学科优势，面向国家战略需求，致力于通过跨学科合作和国际合作，培养相关领域、相关学科方向的优秀科技人才，推动相关学科深度交叉融合，提高科技原创能力、实现前沿突破，产出国际领先水平的创新成果，抢占全球智能交通技术与系统科学发展的制高点。
　　
　　牵头国内外学者探索建立了
　　
　　智能交通技术理论、技术、工具、标准体系
　　
　　实验室通过结合国际学术前沿和国家需求，深入探索智能交通系统的关键理论与技术，重点围绕着交通数据智能与认知计算、交通协同运行与智能控制、智能交通系统集成与研发三大研究方向形成了一系列创新成果。形成了交通感知-计算-调控的智能交通理论体系与相应的技术标准。被国内外100多所大学跟踪研究、百余家企业参考应用。发表Nature Energy、Nature Communications等Nature子刊和交通领域内高水平论文20余篇，出版智能交通、交通安全、电动汽车相关专著3部。
　　
　　面向国际学术前沿和国家需求，
　　
　　承担了一批国家级科研任务
　　
　　主持国家重点研发计划、国家自然基金杰出青年项目、国家自然基金优秀青年项目、国家自然基金面上项目、山东省科技创新工程、科技部政府间合作项目等40余项。提出的理论和研制的相关设备系统已应用于踏歌智行、洛必德科技有限公司等多个集团企业，助力交通运输行业的数字化转型和智能化升级。获得教育部自然科学二等奖1项、住建部华夏建设科学技术奖一等奖1项、中国汽车工程学会科学技术奖1等奖、地理信息科技进步一等奖1项、中国交通运输协会科技进步奖一等奖2项。
　　
　　积极开展国际交流合作，参与科学传播，
　　
　　引领智能交通研究与应用发展
　　
　　实验室成立以来积极组织国内外多种方式的学术交流合作。邀请国内外著名专家来实验室交流10余次，海外交流访学、参加国际会议30余人次，并积极主办或协办了领域内重要国际学术会议5次。此外，实验室还积极参与交通科学知识的科学传播活动，为公众科普车路协同技术，TrafficGPT技术，并通过实验室开放日向大众进行智能交通的宣传，提升技术普及和公众认知。
　　
　　开设了智能交通相关课程，
　　
　　培养了一批智能交通方向优秀青年人才
　　
　　实验室成立一年来培养博士生和硕士生80余人、博士后4人；新增杰青1人、优青1人、青年长江1人、北京市杰青1人、北京市科技新星1人。
　　
　　作者介绍
　　
　　通讯作者：马晓磊
　　
　　北京航空航天大学
　　
　　交通科学与工程学院
　　
　　教授
　　
　　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。
　　
　　第一作者：刘小寒
　　
　　北京航空航天大学
　　
　　交通科学与工程学院
　　
　　2019级博士研究生
　　
　　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。
　　
　　其他作者：刘钲可
　　
　　北京航空航天大学
　　
　　北航交通科学与工程学院
　　
　　2022级博士研究生
　　
　　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。