近日，西安交通大学建筑环境与建筑节能研究科研团队在Nature旗下期刊《Communications Earth & Environment》（《地球与环境通讯》）在线发表题为“User-centric renewable energy framework for self-sufficient zero-carbon infrastructure in high-altitude regions”的研究论文。西安交通大学为论文第一完成单位，人居环境与建筑工程学院关博文副教授为第一作者，清华大学张涛副研究员为通讯作者。合作单位包括清华大学、中铁第一勘察设计院集团有限公司。论文于2026年7月28日在线发表。

高海拔地区太阳能资源丰富，为基础设施利用可再生能源、降低运行碳排放提供了良好条件。然而，高原铁路站点的能源供需存在明显的季节性不匹配：冬季采暖需求高、用电负荷大，而在非采暖季，建筑负荷下降，屋顶光伏产生的部分电量难以在站内充分消纳。单纯扩大光伏装机或增加储能容量，可能面临投资成本高、经济回报有限等问题；氢储能和地下季节储热等方案还分别受到转换效率、建设条件及生态环境等因素制约。

针对上述问题，研究团队基于青藏高原铁路站点的竣工图纸、实际能耗和客流数据，结合海拔3570米的屋顶光伏实验平台，对15座在运营高原铁路客运站的能源系统进行了分析。在此基础上，团队提出以用户需求为导向的“光伏—电池—电动汽车”（PVB2V）系统框架，将屋顶光伏、短时电池储能和站区电动汽车充电设施进行协同配置。核心创新有三点：

1. 把可预测的客流当作资源：旅游旺季（即非采暖季）客流激增，站区充电需求同步上升——恰好与屋顶光伏富余时段吻合，成为天然的弹性负荷。

2. 用“车”替代“跨季节储能”：富余光伏就地给电动汽车充电，而非长期储存，从而避开氢储能与地下储热的成本与生态代价。充电桩单向供电，不参与V2G反向放电，电网兜底保障。

3. 客流与天气一起进入优化：将客票信息、客流预测和天气预报纳入日前预测，通过两阶段多目标优化，同步确定电池容量、充电桩规模与日前运行策略，在降低电网用电、提高自消纳、改善经济性之间求平衡。

图1 “光伏—电池—电动汽车”（PVB2V）系统框架

结果表明，与不配置电动汽车充电设施的传统“光伏—电池”系统相比，PVB2V框架可使光伏自消纳率提升14.3%—20.3%，系统净现值提高55.3%—61.1%，同时支持高原铁路站点实现近零碳运行。相关收益主要来自富余光伏电量的进一步利用、外购电量的减少以及充电服务带来的收入。

研究表明，高海拔基础设施的低碳能源系统设计不仅需要关注能源供给侧，还应充分考虑实际用户需求及其时序特征。通过将可预测的交通出行和充电需求纳入能源系统规划，可以在不过度依赖跨季节储能的情况下，改善可再生能源利用水平和项目经济性。相关方法也可为高山景区、通信基站、生态监测站等偏远地区基础设施的低碳能源系统设计提供参考。

论文信息

Guan, B., Fu, X., Liu, X. et al. User-centric renewable energy framework for self-sufficient zero-carbon infrastructure in high-altitude regions. Communications Earth & Environment (2026).

DOI:10.1038/s43247-026-03867-4