深圳研究生院趙鵬軍和張浩然團隊在《自然·通訊》發文，為城市綠色交通的落地提供新規劃管理思路
論文截圖
綠色交通是交通規劃和城市與區域規劃的重要前沿議題。隨著《巴黎協定》推動全球向低碳經濟轉型，電動汽車（EVs）的普及成為減少溫室氣體排放的關鍵策略。為解決用戶的“里程焦慮”，超快充（UFCS）技術正加速部署，尤其在中國，有望將充電時間縮短至5—10分鐘，這將推動電車使用行為、城市能源基礎設施分布和城市空間等轉型。然而，超快充的普及可能在價格切換的瞬間引發集中的、破壞性的充電高峰，對城市電網的穩定性構成嚴峻挑戰。
北京大學趙鵬軍教授與張浩然助理教授課題組構建了一個大數據驅動的模擬框架，利用來自北京、上海、廣州三大城市共計超過76萬條的公共充電記錄大數據，精確地量化評估了超快充大規模推廣對城市電網的動態影響。該研究不僅創新了綠色交通的研究方法，模擬了不同規模超快充部署下的電網負荷變化，而且引入了配套儲能系統（ESS）在不同市場監管情景下的運行策略，為城市綠色交通的落地提供了新規劃管理思路。同時，本研究也拓展了人們對新能源系統下的未來城市交通發展與城市轉型規律的科學理論認知。
研究發現，盡管分時電價成功地將大部分充電需求轉移至夜間，但超快充站的引入將顯著加劇充電負荷的波動性。由于超快充可以在短時間內完成大規模能量補給，眾多用戶會在電價由高轉低的瞬間（如晚上10點或11點）開始充電，從而形成“二次高峰”甚至“深夜尖峰”。模擬數據顯示，當一個城市部署2000座超快充站，可能導致公共充電負荷的日峰谷差相對基線情景增加高達31.61%（圖1）。這種需求的集中爆發不僅削弱了分時電價平滑負荷的初衷，還對電網的靈活性和充足性構成了嚴峻挑戰。
三座城市在2030、2035及2050年情景下，部署超快充前后的日充電負荷曲線
超快充的大規模部署顯著增加了電網的運行風險，主要體現在調節儲備（Regulating Reserve）和容量儲備（Capacity Reserve）兩個方面。研究表明，超快充引發的劇烈充電負荷爬升，尤其是在早晚分時電價切換時段，極有可能耗盡系統的調節儲備，從而引發頻率或電壓失穩。此外，隨著超快充站數量的增加，總充電負荷超過容量儲備的概率也急劇上升。模擬結果顯示，當部署1000座超快充站時，15%的容量儲備裕度將變得不再充足；當部署規模接近2000座時，即使是25%的儲備也面臨嚴峻挑戰（圖2）。
超快充部署引發的電網穩定性風險
研究進一步探討了在超快充站配置儲能系統的影響。儲能系統可以通過在電價低谷時充電、高峰時放電（即“能量套利”）來平滑日間負荷并提升經濟效益。然而，在一個不受監管的市場環境下，以套利為目的的儲能操作模式同樣會帶來新的風險。當電價進入低谷期時，大量儲能系統會集中充電，形成新的、甚至更劇烈的負荷高峰。模擬結果顯示，部署1000座帶儲能的超快充站可能導致峰值負荷在基線情景上增加超過70—85%，到2050年，峰值負荷甚至可能增長至7.5倍（圖3）。相比之下，在引入容量電價或需求響應等管制措施的情景下，儲能系統則能有效平抑負荷波動，展現出穩定電網的潛力。這表明，如果不加以適當的引導和管控措施，儲能系統不僅無法發揮其穩定電網的潛力，反而可能成為加劇電網不穩定的新因素。
不同市場監管情景下集成儲能系統的超快充站對充電負荷的影響
該研究強調，超快充技術是推動交通電動化進程的催化劑，但其與現有電力市場機制的融合暴露出關鍵的結構性脆弱點。為了充分釋放電動出行的環境效益，政策制定者和電網運營商必須超越傳統的靜態分時電價，轉向更具動態性和適應性的定價模型與市場框架。同時，必須制訂綜合性的政策來規范儲能系統的運營，確保將其作為電網資產而非不受約束的經濟主體來運行。通過這些前瞻性的策略調整，才能確保在新能源技術下，綠色交通發展同現有基礎設施運營維護、城市運行系統優化、城市社會經濟與空間轉型等的高效協調，最終實現環境、經濟與社會的多目標協同可持續發展。
本研究為交通規劃和城市與區域規劃領域的科學研究提供了大數據驅動的新研究范式，為電動汽車的運營推廣提供了新的技術支撐和決策依據，拓展了綠色交通與城市系統協調發展的理論認知。
該研究成果以“China's urban EV ultra-fast charging distorts regulated price signals and elevates risk to grid stability”為題于2025年9月26日在線發表于Nature Communications期刊上。趙鵬軍、張浩然為論文共同通訊作者，余慶博士后、趙鵬軍、李家興為論文共同第一作者。該研究受到國家自然科學基金（52472316）等資助。
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