清華新聞網(wǎng)1月11日電 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)形成共識(shí)。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(wèn)題變得越來(lái)越重要。
近日，清華大學(xué)自動(dòng)化系江奔奔副教授團(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(wèn)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。
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）
該研究將電動(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)化為電池退化成本計(jì)算進(jìn)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
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
相關(guān)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”（Across-scale framework for evaluating flexibility valuesofbattery andfuelcellelectricvehicles）為題，于1月4日發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上。
江奔奔，北京大學(xué)助理教授何冠楠、麻省理工學(xué)院教授邵陽(yáng)（Yang Shao-Horn）為論文通訊作者。清華大學(xué)自動(dòng)化系博士后劉瑞雪、何冠楠為論文共同第一作者。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)院研究員達(dá)里克·馬拉普拉加達(dá)（Dharik Mallapragada）和普林斯頓大學(xué)博士后趙宏博。該研究得到國(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)家研究中心等的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-43884-x
供稿：自動(dòng)化系
題圖設(shè)計(jì)：趙存存
編輯：李華山
審核：郭玲
