封面说明

<正>随着城市人口不断增长,能源与环境的矛盾开始制约生态文明的发展,分布式能源网络为解决这一矛盾提供了崭新的视角与方向.构建多能互补、开放共享的分布式能源网络系统,需要相应的科学理论支撑,特别是建立针对能源全生命周期的系统能效理论及其技术体系,指导如何构建信息与能量融合的分布式智能能源网络.甘中学课题组提出分布式能源网络基本定义、技术架构和主要特征,并总结出分布式能源网络     

分布式能源网络系统的探索与实践

随着人类社会的不断进步和发展,人们对能源品质和数量的需求日益提高.长期以来,在中国能源结构中,以煤和石油为代表的化石能源占比过高,导致区域环境问题不断恶化,可再生能源利用与分布式能源普及应用是解决这一问题的重要手段之一.通过对国外分布式能源和微网的发展趋势,以及对国内分布式能源发展现状和面临的困境进行分析,提出基于可再生能源和天然气融合的分布式能源网络将成为分布式能源的重要发展方向之一.本文给出分布式能源网络的定义和特征,并以中德生态园和河北廊坊分布式能源网络为例,介绍两个典型的分布式能源网络项目,包括物理网络结构、系统结构和实施方法与效果.最后提出分布式能源网络系统的未来发展方向将是能源互联网,并总结出以能源互联网为代表的未来能源体系的基本特征.     

“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的研究现状及发展趋势

发展新一代“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统是能源行业高质量发展和提高可再生能源消纳水平的必然需求,加快其发展对构建多能互补、灵活、智慧的能源系统具有重要意义.目前,我国能源系统转型与升级进程加快,能源系统多能流交织、多品位分布、多时空尺度等特征愈发突出,给能源的高效利用带来新的理论和技术挑战.为实现异质能流系统的协同发展,还需要突破单一能流系统能量转换分析的局限,从能质、能量品位的角度,解释不同能源系统间的耦合逻辑并指导能源结构优化和能量管控,解决异质能流多尺度协同响应难等问题.因此,本文以“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的构成和特征为切入,明晰了异质能流系统基础架构及各层间的关系,阐明了按质用能思想和能量品位相匹配对构建高效能量梯级利用系统、实现能量有序按需转化的重要性,总结了异质能流系统动态响应特性与协同调控、结构优化和能量管控等研究现状和挑战,并对未来能源系统的发展提出了一些建议.     

基于多智能体的分布式能源协调控制方法

立足于多智能体系统的相关理论与思想,将其应用到以可再生分布式能源为主的能源互联网系统,实现了分布式无中心化的控制.并针对部件之间的通讯协议进行了设计,制定了可以实现的简单操作协议.在上述思想的基础上,进一步讨论了信息拓扑对算法收敛值的影响,得到了较为准确的结论:完备的信息交互体系有利于系统快速稳定,存在结构缺陷的信息交互拓扑无法达到系统最优.此外,本文分析了具有信息交互能力的部件所形成的系统对于外界扰动的抑制能力,证明了相应的通讯协议能够保证系统在没有中心控制器的情况下,依然能够对外界刺激做出迅速的反应,为能源互联网的设计提供了另一种重要思路.     

化学链燃烧的能源环境系统研究进展

化学链燃烧的能源环境系统是能源科学与环境科学交叉的新兴领域. 它具有零能耗分离CO₂和提高系统效率的特点, 因而被认为是同时解决能源利用与环境协调问题的重要突破口, 也是当前国际学者研究温室气体控制的热点和焦点. 在综述化学链燃烧能源环境系统的研究进展基础上, 剖析了化学链燃烧的氧载体材料的反应特性和再生性方面的难点, 介绍了反应器结构特点及其应用情况. 围绕关键过程机理和系统集成, 探讨了化学链燃烧过程的化学能梯级利用的能量释放机理和系统集成原则. 最后, 针对化学链燃烧能源环境系统研究发展与潜力, 展望了未来的研究发展方向和应用前景.     

并行与分布式科学可视化研究与实现

本文综合阐述了并行与分布式科学可视化发展概况,系统论述了并行与分布式科学可视化技术,讨论了体可视化的并行策略,提出了一种基于光线投射体绘制的并行可视化算法,并在SGI INDY工作站网络环境下,高效实现了该并行算法,最后,探讨了并行与分布式科学可视化的发展趋势。     

含高比重可再生能源电力系统功率波动性平抑策略的探讨

含高比重可再生能源电力系统的功率波动性给电网的安全可靠运行带来了巨大挑战,采有何种方法平抑可再生能源发电的功率波动性,保证电网的安全经济运行已成为世界各国研究的重点.本文在对以风能和太阳能为主的可再生能源发电功率波动性、高耗能负荷的调节特性、以及天然气和石油管网特性进行详细调研的基础上,提出了平抑含高比重可再生能源电力系统功率波动性的总体思路.结合我国能源资源发展和负荷分布的特点,提出通过转移中东部地区的高耗能负荷至可再生能源发电集中开发的西北部地区,并开发高耗能负荷潜在的功率调节能力,实现大规模可再生能源发电的部分就地消纳和波动性在电网送端的平抑.提出在可再生能源分布式利用的电网受端,利用天然气管网和石油管网与电网混合运行,构建家庭和商业混合用能系统,实现分布式可再生能源发电功率波动性在电网受端的平抑.在此基础上,论文详细阐述了在电网送端平抑可再生能源集中发电功率波动性的原理以及在配网侧平抑可再生能源分布式发电功率波动性的原理,并评估了两种方式平抑可再生能源功率波动性的潜力.     

广域网视角下的城市能量系统及其规划

城市是国家能源网络中的重要节点,其内部又包含多个层次的能源生产-转换-输配-存储-消费子系统.在多能互补集成优化理念引领下,将特定范围内多类供用能子系统统筹规划,构建综合能源系统的理论和方法引起了广泛关注.对于庞大而又复杂的城市供用能网络,探明其内部的层次结构及其与非能源系统间的交互关系,并将其分解为多个适于分析的子系统,是对其进行规划优化的前提.为此,本文从能源链条的终端用户出发追溯至能源资源获取,结合我国城乡规划建设模式和空间层次,梳理了整个能源供需链条和能流网络的自身结构.借用一次和二次能源市场的概念阐述供应侧与需求侧能源规划的区别与联系,基于规划对象和内涵的差异,提出了双层四阶段的城市能源规划体系.结合各类能源梯级转化和能量转移规律,剖析了城区各能源局域网间的相互关系,根据个体-部分-整体生成关系,提出了支撑城市供用能系统规划的基础信息系统框架.结合城市能流网络自身特性和既有研究进展,给出了城市能源系统深度集成优化面临的体制和技术障碍.     

天然气耦合煤炭的低碳能源系统:中国向低碳能源过渡时期的解决方案?

基于我国向低碳能源过渡时期所面临的以高碳能源为主的能源结构与绿色、低碳发展迫切需求之间的巨大矛盾,本文根据绿色碳科学的概念,提出了"天然气耦合煤炭的低碳能源系统"的设想,即根据我国煤层气、页岩气、致密气等天然气资源和煤炭资源地理分布的一致性,就地利用低碳高氢的天然气与高碳低氢的煤炭耦合制合成气,取消水煤气变换装置,提高系统的碳效和能效,使得碳氧化生成CO2反应发生于能源使用过程而非能源工业自身,最终实现二氧化碳的减排,使其成为近期我国向低碳能源过渡时期最有可能实现的低碳能源战略解决方案.在此基础上,构建了集成煤-天然气制油系统(CGTL)、集成煤-天然气制甲醇-MTG制汽油系统(CGTG)和集成微藻生物质-煤-天然气制油系统(BCGTL),并对其进行相应技术评价.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

建筑环境人因工程学:人体热舒适研究的展望

人体热舒适理论是建筑环境人因工程学中最早形成的科学理论之一.在工业化过程中,它有效地引导了建筑热环境控制方法、技术、产品的发展.当今,面向全球气候变暖与低碳建筑的新时代,这门理论科学又承载着推动建筑技术学科发展的新使命,有着更为广阔的空间.人体热舒适研究存在两个重要发展方向:一是对人与多因素形成的热环境之间复杂关系的深入科学认识,不仅针对人的舒适需求,而且更加关注对健康的影响;二是这些新的科学认识可能形成的技术创新,新技术在为人们带来更加个性化的热舒适提升的同时,还应有效降低建筑热环境控制的能源需求.上述第一个发展方向需要将传统工学学科与医学、公共卫生学结合,即医工交叉;第二个发展方向则需要在建筑环境学科与材料、信息、能源等多个工学学科之间进行跨学科合作.本文基于人体热舒适领域的发展历程,对上述两个方向已有的研究探索、形成的主要观点、待解决的问题及未来的发展趋势进行了介绍.     

火灾自动报警系统综述

文章主要介绍了火灾自动报警系统的构成和作用,在此基础上对火灾自动报警系统的四个发展阶段进行分析比较,着重阐述了现今应用最为广泛的分布式智能火灾自动报警系统,最后对火灾自动报警系统的发展方向提出一些建议.     

浅谈网络安全之漏洞

随着计算机网络和通讯技术的高速发展,利用开放的网络环境进行全球通信已成为时代发展的趋势.但是网络在提供便利的共享资源的同时也带来了各种各样的安全隐患.因此,网络安全问题越来越引起人们的广泛关注,并成为当今网络技术研究的重点.通常黑客和病毒是通过安全漏洞渗入目标系统的,因此只要找到并修补所有的安全漏洞.就可以抵御绝大部分的黑客攻击.安全漏洞扫描技术能够检测网络系统潜在的安全漏洞.使网络管理者可以预先了解网络的脆弱性所在,从而确保网络系统的安全.通常.一次成功的网络攻击,首先要收集目标网络系统的漏洞信息,然后才能进一步对目标实施有针对性的有效攻击.而对目标系统漏洞信息的获取,目前主要是通过网络漏洞扫描工具实现的.     

膜蒸馏技术在能量转换过程中的应用: 基础与展望

膜蒸馏技术是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种新型高效分离技术. 根据膜蒸馏的机理和能量转换过程的特点, 通过焓-浓度图等方法, 对膜蒸馏技术应用于典型能量转换过程的热工学和制冷技术中的原理及可行性进行了分析, 主要包括利用膜蒸馏技术对溶液的浓缩分离特性, 提出了基于真空膜蒸馏技术的盐类溶液的真空膜蒸馏解吸/再生过程, 可应用在溴化锂吸收式制冷系统和蓄能系统中, 也可应用在温/湿度独立控制空调系统中溶液除湿剂的再生循环系统中, 目的是使系统能充分利用低品位的废热、余热以及可再生能源如太阳能、地热能等廉价能源, 提高热源的可利用温差; 利用膜蒸馏技术中因传质而携带的潜热传递作用和膜间导热作用, 提出了基于直接接触式膜蒸馏的新型膜式热交换器, 可应用于溴化锂吸收式制冷系统的溶液热交换器和可进行热量与纯净水双重回收的特种换热器中. 对于膜蒸馏技术能量转换过程的工程应用问题, 指出了今后的主要研究重点和内容.     

我国发展面临能源与环境的双重约束分析及对策思考

<正>改革开放40年来,我国经济和社会发展取得了举世瞩目的成就,但经济社会高速发展与能源资源供给和生态环境的矛盾日益突出.随着能源生产与消费革命的推进,需要根据中国自身能源禀赋特征精准制定符合国情的能源战略,确保国家制定的宏伟发展目标所需求能源的有效供给和安全,保障经济社会可持续发展,满足人民日益增长的美好生活需要.中国是世界上能源消费大国和碳排放大国,面临着能源安全、环境污染、生态损伤、气候变化等诸多挑战.但中国在能源结构优化、能源供给与消费侧精准配置、能效提升、节能减排、能源技术创新等方面有着巨大的发展空间和潜力,这将是解决中国未来宏伟发展目标与能源支撑不足的尖锐矛盾和问题的关键.     

基于功交互作用的耦合系统随机能量共振控制

分析了耦合系统与外界作用力的交互作用, 从做功与能量的角度提出了控制随机能量 共振的方法. 根据二维耦合Langevin 方程的随机动力学特性, 采用微观动力学和宏观热力学 方法, 建立了基于单一随机轨线的耦合系统的热力学关系. 通过调节施加于控制系统的周期 性外力, 定量刻画了作用于被控系统的输入力对耦合系统做功的大小与能量转换关系. 结果 表明, 控制信号能控制耦合系统与输入力和噪声之间的相互作用, 能有效地控制耦合系统的 随机能量共振.     

我国典型区域二氧化碳和细颗粒物精细化协同减排路径

随着碳达峰、碳中和目标的提出,我国环境保护进入减污降碳协同治理新阶段.目前研究主要探寻空气质量政策或气候政策对二氧化碳和细颗粒物的减排效益.而从二氧化碳和细颗粒物排放终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素等角度出发,来探究我国典型区域协同减排路径精细化方法的研究则鲜见报道.本研究基于2000～2020年我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲典型区域能源消耗数据,首先探明了3个典型区域二氧化碳和细颗粒物终端能源消费的重点排放行业均为工业;并进一步甄别了终端能源消费重点行业中PM_2.5排放主要能源为煤类能源,而CO₂排放主要能源由煤类能源逐渐转向煤、气类能源,但煤类仍为主导地位;随后使用因素分解模型解析了能源强度、技术进步等主导因素对单位国内生产总值的二氧化碳以及细颗粒物的影响效应;最终利用能源-环境核算预测模型,基于上述研究识别的终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素进行情景分析,旨在判断典型区域不同情景下碳达峰情况,进而寻找协同减排最优路径.结果发现,“技术进步”因素在前期减排效果最好;“能效提升”因素的减排效果在长时期碳污协同减排将起到...     

燃气轮机与可再生能源互补的分布式供能

天然气燃气轮机与可再生能源互补组成的分布式供能,既有天然气分布式供能系统负荷调节范围大、能源利用率高的特点,又有可再生能源就地消纳、充分利用的优势。首先介绍了天然气燃气轮机分布式热点联供的发展和使用情况,分析了多种能源互补的分布式供能技术特点,展望了燃气轮机与可再生能源互补的分布式供能的发展前景。     

大气污染与防治的过去、现在及未来

大气污染危害性本质上是大气污染物对人体健康和人类生存环境的影响.文章将大气污染与防治分为物理过程、化学过程和生物过程,阐述了如何用数学方法与计算机技术描述和计算这3个过程,对其发展历程及相互关联进行了系统评述.综合论述了大气物理、大气化学、源排放清单、大气环境监测、气象场预报、空气质量预报、源解析与溯源、大气污染对人类健康的影响、大气污染控制等方面的理论、技术和方法的发展沿革、现状与存在的问题.由于大气污染与防治物理过程、化学过程、生物过程及其数学描述方法和计算原理等极为复杂又交错影响制约,文章提出了大气污染危害性识别与控制的理论框架及核心科学问题,指出动态排放源清单反演与生成、颗粒物毒性识别、化学过程数据同化、健康风险预报预警、应急来源解析、动态优化控制等方面的理论、技术、方法和标准还不成熟,是未来发展的主要方向.另外,文章指出将大气污染物毒性与健康风险直接关联,可为大气污染应急优化控制和产业结构调整、能源结构调整与重污染源布局的优化问题提供更加直接和有效的科技支撑.本文提出的理论框架及核心科学问题的实现,将为找准污染源头、实现靶向治理、促进生态文明建设的客观需要发挥基本作用.     

对于我国电力规划设计技术的探讨

电力作为能源和信息的代表是现代居民生活的命脉,对于确定发展的起点和未来的方向起着非常重要的作用.文章就电力规划设计技术的一些理论和技术流程,以及如何协调电网规划与国家总体规划等进行了一些初步探讨.