预测中国公共交通站场转型为能源枢纽的影响

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为了减少碳排放并缓解地球气候变化，世界各国政府和企业一直在投资公共交通和私家车的电气化。中国是开始探索交通电气化的国家之一，首先是引入电动公交车 (EB)。
尽管预计从燃料公共交通向电动公共交通的转变有利于减少碳排放，但可能会给电网带来巨大压力，因此应首先仔细考虑这种转变的影响。
北京航空航天大学和其他机构的研究小组在《自然能源》杂志最近发表的一篇论文中，探讨了将中国公共交通站改造成可再生能源枢纽的可能影响。
论文共同作者马晓蕾告诉 Tech Xplore：“近年来，我们观察到交通电气化作为应对气候变化的一种策略取得了快速进步。”
“例如，根据国际能源署的数据，到2023年，电动汽车销量将接近1400万辆，使全球道路上的电动汽车总数达到4000万辆。然而，充电需求的激增给电网带来了新的挑战，例如运营和扩建成本增加，以及超载风险。”
如果这一转变没有伴随向可再生能源生产的转变，那么公共交通电气化的积极影响最终将受到限制。虽然过去的一些研究已经调查了整合光伏 (PV) 和电动汽车充电站的可能性，但在城市环境中引入 EB 后，这种做法的具体影响尚未得到彻底探索。
马云表示：“我们的主要目标是提出一个结合数据驱动和模型驱动方法的通用框架，为在城市公共交通网络中广泛采用太阳能光伏和能源存储提供见解。”“我们设计的通用框架结合了数据驱动和模型驱动方法。”
作为研究的一部分，马教授和他的同事们专门预测了北京从燃油公交车向电动汽车过渡可能产生的影响。为此，他们分析了北京整个公共交通网络收集的数据，包括 GPS 轨迹、车辆信息和公交车站详细信息。他们的分析还考虑了近年来北京的天气状况和太阳辐射记录。
马教授解释道：“我们的研究模拟了一种基准情景，即北京公交车队中的所有其他燃料类型均由电动汽车取代。通过估算电动汽车的能耗、优化电动汽车的电池容量以及以完美的预见性优化电动汽车的充电计划，模拟了整个公交车队的电气化。
“为了将公交车站改造成能源枢纽，我们首先估算太阳能光伏发电量。然后，我们通过优化太阳能光伏的装机容量、储能容量、公交车充电时间表以及不同市场场景中太阳能光伏和储能的使用情况，最大限度地提高太阳能光伏和储能的经济利润。”
研究人员的案例研究涵盖了从2050年开始的未来25年。他们的分析旨在预测从2021年开始，北京各地的公共交通站场转变为可再生能源枢纽将如何影响碳排放。
马先生说：“案例研究显示，太阳能光伏发电在发电期间可使电网的净充电负荷降低 23%，并将净充电峰值负荷降低 8.6%。整合储能后，这两个降幅分别扩大到 28% 和 37.4%。
“尽管无补贴的太阳能光伏发电产生的利润比成本高出 64%，但增加电池存储后，尽管提供了电网优势，利润却降至 31%。二氧化碳排放的负边际减排收益凸显了经济可持续性。”
总体而言，马云及其同事的分析结果表明，通过将交通站改造成能源枢纽，实现北京公共交通电气化，是可行且有效的减少碳排放的方法。
未来，该团队的工作可以激励中国和其他国家的其他研究人员和政策制定者开始制定旨在减轻电网脆弱性的策略，以支持有效部署电网。
马云补充道：“我们的研究结果还可以催化政策措施，加快在其他大型能源消费中心（如公共电动汽车充电站和火车站）部署太阳能光伏和储能。”
“我们未来的工作将专注于综合运输能源系统的长期运行耐久性，并考虑能源市场动态和能源存储技术进步等外部因素。”
更多信息： Xiaohan Liu 等，将公共交通站改造成盈利能源中心，《自然能源》（2024 年）。DOI ：10.1038/s41560-024-01580-0
期刊信息： 《自然能源》