2025年基于自动驾驶的未来交通与新型电力系统协同报告

澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室研报总结

背景与动机

• 电动汽车（EV）正主导未来交通系统，截至2023年底，中国EV保有量达210万辆，市场份额升至30%（2024年超过40%）。
• EV充电负荷增长对电网造成压力，例如海南岛午夜充电负荷达450MW，增长速率为75MW/min，2025年可能升至800-1000MW。
• EV可作为移动储能系统，与电力系统互动，不同类型EV电池容量差异大，从50kWh到300kWh以上。

自动驾驶电动汽车（AEV）市场与协同效应

• 全球自动驾驶汽车市场规模预计2023年将超过2200亿美元，2024年全球eVTOL飞机设计型号超过1千个，已商业化用于配送业务。
• AEV运营成本主要为燃料成本（时间成本较低），无司机调度行为，更有动力选择更便宜的电价，促进可再生能源整合和增强电网弹性。

研究问题与方法

• 研究问题包括车队规模规划、充电系统规划、路由定价和调度，如何优化AEV车队规模、设计路由和定价策略，以及作为移动储能系统增强电网弹性。
• 采用车辆共享性网络（VSN）方法描述行程关系，结合充电行为重构VSN，通过迭代算法优化车队规模和充电系统规划。
• 实验以纽约市为例，分析不同车型和充电功率组合的经济性，结果显示50kW、50kWh的AEV最具成本效益。

实证研究与结论

• 纽约市实验表明，自动化可减少45%的车辆里程（VMT），降低45%的CO2和PM2.5排放；电动化可减少84%的CO2排放；电动化和自动化可减少超过90%的CO2排放。
• 城际场景下，通过优化AEV路由促进可再生能源整合，可显著降低运营成本（约20%），并减少电力消耗，更适用于电力网络拥堵情况。
• 城市场景下，通过优化AEV充电定价可最大化充电服务利润，提出的梯度下降算法比传统方法快50倍，适用于城市规模网络。
• 作为移动储能系统增强电网弹性方面，利用AEV可显著增加灾害后的恢复面积和电力供应，恢复收益可增加369.53%，空间调度策略比仅时间调度策略多31.75%的恢复收益。

核心观点与结论

• 电力与交通系统的协同是未来智慧城市的主要特征，AEV进一步强化了这种协同，尤其在电力网络拥堵时，通过选择更便宜的电价可促进可再生能源整合和增强电网弹性。