分布式能源网络系统总体架构

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,分布式能源是解决这一矛盾的重要方向之一.根据国内外分布式能源的发展趋势,针对我国分布式能源发展所面临的困境,本文提出分布式能源网络系统的基本定义、总体技术架构和主要特征,并分别对各重要组成部分进行了阐述,介绍了分布式能源网络节点的四环节结构设计方法,总结出适用于分布式能源网络系统的协同控制方法.在此基础上,提出了针对分布式能源网络系统的"系统能效理论",并就系统能效理论的三个科学问题进行了阐述,包括结构有序化对系统能效的影响机制,分布式能源网络系统的提质、增量和循环原理,以及基于信息与能量协同的分布式能源网络系统的协同控制原理,指出基于信息与能量耦合的分布式能源网络,是一种具有代表性的新型能源系统发展方向.     

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.     

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。     

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.     

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.     

“双碳”目标愿景下我国能源战略形势若干问题思考

“双碳”目标下,解决我国建成社会主义现代化强国目标与在生态环境和气候变化约束下能源短缺的矛盾,主要对策是建立化石能源清洁低碳化、可再生能源规模化、提效节能系统化的三足鼎立架构,构建灵活清洁煤电+二氧化碳捕集、利用与封存和风光+调节两大能源供给模式,形成“三足鼎立、双模驱动”的中国式新型能源体系.     

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.     

土地资源智能管控

土地认知向综合性、系统性、立体性转变,需要发展基于土地新范式的土地资源智能管控理论与技术体系,重点探索土地系统感知、数据传输与共享网络构建、国土大数据集成融合与管理、智能分析与决策应用等技术.     

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.     

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.     

基于产业结构调整的资源型城市空间重组——以山西晋城市为例

我国大部分资源型城市面临资源开发与环境保护、能源节约与经济发展的矛盾,以及产业结构单一等问题.文章结合经济结构调整与城市空间发展理论,以山西晋城市空间结构重构为例,主要探讨其城市空间结构重组动力机制、方法与支撑体系,为城市空间结构的确立提供参考和借鉴.     

美国的能源互联网与电力市场

受早期计算机工业发展的启发,美国北卡罗莱纳州立大学的Alex Q.Huang教授在2007年提出了"能源互联网"(Energy Internet)这一概念,并主持开发了未来可再生电能传输及管理系统(FREEDM Systems).作为一个全新的居民配电基础设施,能源互联网支持大规模的分布式可再生能源的即插即用.能源互联网的发展依赖于一系列萌芽期的新兴技术,如双向通信、双向潮流,电力系统控制和电力电子器件技术等.能源互联网的全面建设发展给我们带来了机遇和挑战.值得一提的是,在能源互联网的蓝图下,能源细胞(Energy Cell)作为全新的电力市场参与者,将大大促进了多样化,高度市场化的零售电市场发展.个体居民用户将在未来的电力市场当中扮演及其重要的角色.     

氢气传感器研究的进展与展望

发展氢能产业对于构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,实现“双碳”目标和经济高质量发展有着重要意义.氢的安全使用问题一直备受关注.氢气传感器可以快速准确地测量氢气浓度,有效预防氢气在生产、存储、运输和使用等过程的泄漏、爆炸等安全问题.氢气传感器按原理可以分为催化型、电学型、光纤型、声学型等几种类型.其中,催化型和电学型氢气传感技术已经发展成熟并实现了商业化.近些年,随着氢能的推广应用和物联网技术的高速发展,对氢气传感器在安全性、远程监控及分布式测量等方面的要求日益提升.相较于传统的电学原理传感器,光纤型氢气传感器具有更高的安全性和抗干扰性,且便于实现分布式测量等优良性能,已成为当前的研究热点.本文将从不同类型氢气传感器的原理、适用性和研究现状等方面对氢气传感器进行综述与分析,并对其发展趋势进行展望.     

异质相金属烯表面分子修饰实现可充电锌-硝酸盐/乙醇电池

<正>氨及其衍生物,作为地球生物圈氮循环的重要组成部分,对人类可持续发展具有重要意义.开发新型的高效氨合成技术以替代传统高能耗的Haber-Bosch制氨法是构建能源经济性社会的一条重要途径^[1].锌-硝酸盐电池是近年来提出的一种兼具氨电合成、能源存储及污水处理能力的环境友好型电化学能源系统,     

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。     

“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.     

中国下一代移动通信研究

随着无线通信网络的迅速发展,第四代移动通信(4G)正逐渐成为通信系统的主流技术.4G通信系统力图克服第三代移动通信(3G)的局限性,为用户提供更高的带宽、更好的服务质量以及更低的资费.本文讨论了4G网络中的关键技术,并且着重调研了国内学者所开展的4G技术研究.所调研的4G技术涉及多载波传输技术、多天线技术、载波聚合技术、中继技术、认知无线电技术、分布式天线系统、网络融合技术以及网络自优化技术.上述4G关键技术为满足国际电信联盟(ITU)提出的高级全球移动通信标准(IMT-Advanced)提供了重要的技术支撑.本文将详细介绍每一种技术的作用、研究内容和现有解决方案.最后,探讨了4G系统面临的挑战以及未来研究方向.     

在1T'-二硫化钼上生长单原子分散的铂实现高效电催化产氢

<正>随着全球环境和能源危机的不断加剧,开发能够取代传统化石燃料的高效、清洁、可再生的新型能源成为21世纪人类社会的重要发展方向.氢气是一种绿色清洁的新型能源载体,氢能的发展是构建清洁低碳的新型能源体系和实现能源安全与可持续发展的重要途径,有助于国家实现碳达峰、碳中和的目标.电解水包括阴极析氢和阳极析氧两个半反应,     

楼宇型分布式冷热电联产系统互联运行节能优化

针对互联运行的分布式冷热电联产系统进行节能优化研究,在分布式冷热电联产系统网络中通过系统间的电、冷、热的互相传输,提升网络的整体节能性能.建立了两个并网运行的分布式冷热电联产系统的互联运行优化模型,该模型以总相对节能率最大为目标对系统进行运行优化.选择宾馆和写字楼的两个分布式冷热电联产系统进行案例分析,系统分别根据宾馆和写字楼的冷热电负荷进行优化设计,然后利用互联运行优化模型对其运行状态进行优化,使总相对节能率进一步提升.通过优化,该案例的总相对节能率由互联前的23.9%提升到28.5%.     

The development of new solar energy

随着我国经济的飞速发展,对能源的需求也越来越大,但传统能源的不可再生性又制约着经济的发展,同时,生态环境、经济能源的矛盾也越来越凸显,而太阳能则是一个行之有效、取之不尽的清洁能源,是人们发展低碳经济不可或缺的重要手段.文章就此阐述了笔者对发展太阳能新型能源的一些见解.