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.     

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.     

吸收式化学蓄能的研究综述

吸收式化学蓄能是一种具有蓄能密度高、热损失小的热能储存技术, 在太阳能等可再生能 源的有效利用、工业余热及冷热电联供系统的余热等中低品位能源利用领域具有良好的应用前 景. 介绍了吸收式化学蓄能技术的基本原理和特点, 归纳和总结了国内外对吸收式化学蓄能在工 质对遴选、系统和循环研究及样机研发等方面的研究现状和进展, 并提出了此项技术需要进一步 研究和解决的关键技术问题.     

中医五脏供能物质和能流变化的动力学特征*

目的：介绍一种体现人与自然环境交融且能定量揭示生命、健康和疾病机制的人体结构。方法：依据中医五脏的生克关系建立数学模型,基于新陈代谢的统计数据,数值仿真五脏供能物质和能流的季节性变化,并与中国气候的变化规律做了比较。结果：脾、肺、肾、肝、心五脏的供能物质的波峰分别位于公历的7月、10月、1月、4月和7月,能流的波峰延迟1/4年。在由供能物质和能流张成的相平面上,轨线不断重复但从不真正重复。结论：中医认识的人体结构是以供能物质和能流为实体媒介的五脏生克关系结构。这种结构使得供能物质和能流的变化与中国气候的季节性变化有同样的动力学特征。对供能物质和能流的定量检测可能是揭示生命、健康和疾病机制的新方法。     

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     

川北防护林区地质背景岩土系统的非均衡映射

本文通过对四川盆地北部防护林区岩土系统研究,从物质、能量、信息流角度论证了岩土演化的综合效应。结果表明：风化岩体是植被的信源体,主要反映为物源差异;土壤容库系统的筛检作用制约着物、能流动态,使地下馈供信息流与植被需求信息流常难以匹配;植被作为信宿体,一方面有主动吸聚作用,同时其反馈信息也影响从ＲＷ→ＳＣ→Ｐ物能流。以岩土系统为主的地质背景潜资源综合作用使不同岩土区对不同植被类型呈优势区。     

自组装低维无机/有机异质结纳米材料

一维有机-无机异质结纳米材料因自身具有突出的光学和电学的性能而备受关注.在这种异质结材料内部,有机和无机的组分相互作用形成多个功能界面.这种新材料不仅保留了原来单组分的本征特性,还会通过界面强的作用产生新的特性,真正实现"1+12"的协同性能.认识和解释分子自组装的控调规律;通过分子结构的裁剪和作用力的调控实现小尺度低维分子聚集态异质结构的大面积、高有序组装;理解分子聚集态尺度下分子间弱相互作用产生的协同驱动机制和通过杂化/异质自组装优化原有功能,获得新结构的分子低维聚集态结构并在分子自组装体水平上研究结构变化导向的特殊性质,对基础科学研究的发展具有重大的科学意义.在本文中,我们主要讨论了制备异质结纳米材料的方法以及这些材料在电子和光学领域的应用.     

自组装低维无机/有机异质结纳米材料简

一维有机-无机异质结纳米材料因自身具有突出的光学和电学的性能而备受关注. 在这种异质结材料内部,有机和无机的组分相互作用形成多个功能界面. 这种新材料不仅保留了原来单组分的本征特性,还会通过界面强的作用产生新的特性,真正实现“1+1>2”的协同性能. 认识和解释分子自组装的控调规律;通过分子结构的裁剪和作用力的调控实现小尺度低维分子聚集态异质结构的大面积、高有序组装;理解分子聚集态尺度下分子间弱相互作用产生的协同驱动机制和通过杂化/异质自组装优化原有功能,获得新结构的分子低维聚集态结构并在分子自组装体水平上研究结构变化导向的特殊性质,对基础科学研究的发展具有重大的科学意义. 在本文中,我们主要讨论了制备异质结纳米材料的方法以及这些材料在电子和光学领域的应用.     

水-粮食-能源关联系统述评:文献计量及解析

水、粮食和能源安全是联合国2030可持续发展议程的核心内容.世界范围内水资源短缺、能源短缺和粮食不足导致区域冲突加剧,因此需要重新审视水、粮食和能源安全及内在关联.以往研究大多关注单一独立要素,或在水、粮食和能源中的两元素之间建立二元局部联结,缺乏将三者作为一个系统的研究.本文通过对1995～2018年长时序中水-粮食-能源关联系统进行文献计量分析,应用引文空间(Cite Space)技术,梳理水-粮食-能源关联系统的研究历史与现状,为形成三元协同管理策略提供理论依据和决策支撑.分析发现:系统关联受到国际社会的普遍关注,其中水要素的研究社群相对活跃. 2010～2016年间的研究体现出日益加强的多领域交叉特点.在区分目前文献中"强关联"与"弱关联"的基础上,阐明水、粮食、能源作为彼此的投入与产出要素,相互之间存在密切关联并形成了跨越部门和区域的级联效应;水、粮食和能源3个资源要素构成一个整体的系统,即水-粮食-能源命运共同体.未来仍需针对关联系统的边界、影响因素和生态环境效应等建立研究框架,探讨多要素耦合驱动机制.采用"合奏式"的思路,可以克服现有的单一部门资源管理模式,突破不同部门相互割裂的局限,有利于协调不同自然资源,增加协同效应,提高系统效率.     

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。     

功能生物界面的“微纳尺度构建-功能-力学耦合”机制

功能生物界面由于其呈现出的独特功能引起研究者的极大兴趣,而微纳尺度结构是其关键结构基元,它们是界面特定功能的内在本质.然而直到目前描述刻画特定功能的整个形成过程依旧困难.越来越多的证据开始支持功能生物界面上的"微纳尺度构建-功能-力学耦合"的论点.本文重点介绍不同微纳尺度复合功能生物界面上的"形貌和力学耦合行为",以获得对微米纳米复合结构更好的理解.还介绍了自然界中生物体表气/液/固三相生物界面的"形貌-力学耦合行为",生物体内微纳尺度的"形貌-力学耦合行为",微纳尺度人工界面上活细胞的"形貌-力学耦合行为"和微纳尺度形貌、界面曲率与力学微环境的最新研究进展,并提出了一些新的概念,如"基于空间曲率的形貌-力学耦合行为"、"医学功能生物界面"和"生物力药理学"等.     

高效低温热水系统的研究进展

我国城镇建筑热水能耗约占建筑总能耗的27%,目前热水制取以化石燃料和电能直接利用为主,存在能源利用效率低、污染物排放量大的问题.遵循"高品位能作为驱动热源、低温热水满足低温需求、自然能源合理充分利用"的原则,本团队构建了多种高效低温热水系统:(1)燃料驱动型空气源热泵系统,传统供热系统作为热泵驱动力,能实现20%~40%的节能率,投资回收期在3~7年;(2)燃料驱动型水源热泵系统,缓解土壤源系统热不平衡并减少埋管数量,减少水源系统取水量和水泵能耗;(3)复合补热型土壤源热泵系统,利用热管和热泵高效蓄存空气热能,维持土壤热平衡和系统长期高效运行;(4)复合太阳能空气源热泵系统,充分利用不同强度的太阳能和不同品位的空气热能,提高能效并降低初投资;(5)蓄热型空气源热泵系统,实现了太阳能与空气热能的优势互补,提高了可靠性和经济性;(6)数据中心余热回收热水系统,热管/热泵复合空调从机房取热进入水环,水源热泵从水环取热制取低温热水供热,节能率高达60%.上述高效低温热水系统均具有较高的节能性、可靠性和经济性,是建筑热水领域节能减排的有效技术路径.     

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.     

介电/半导体复合薄膜生长控制

当前, 电子信息系统为了实现体积更小、速度更快和功耗更低, 正快速向微小型化以及单片集成方向发展, 其中的各种有源器件(主要为半导体材料支撑)和无源器件(主要为功能材料支撑)的集成尤为重要和迫切. 因此, 将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介质材料(以极化为特征)与具有电子输运特性的半导体材料, 通过固态薄膜的形式生长在一起, 形成介电/半导体复合人工新材料, 这种复合薄膜将具有多功能一体化和介电-半导体异质层间电磁性能的调制耦合两大特点, 这些特征既为实现信息的探测、处理、传输、执行和存储等5种主要功能单元的单片集成提供了可能,又将长期以来人们追求单一材料的物理极限的研究转移到追求异质结构的复合效应中来, 这为研制更高性能的电子器件提出了新的思路. 结合当前国内外在介电和半导体复合薄膜生长的研究进展情况, 介绍和讨论了我们近期在氧化物介电材料与半导体GaN复合薄膜生长与界面控制方面的一些研究结果.     

四川盆地龙岗和罗家寨-普光地区二、三叠系长兴-飞仙关组礁滩体天然气成藏对比研究与意义

四川盆地龙岗和罗家寨-普光地区都发现了二、三叠系礁、滩体天然气藏,但气藏规模、丰度与分布差异较大.二者既有共性,更有差异.共性是:(1)礁、滩储集体岩性、物性及储集空间类型基本一致;(2)都具有良好的盖层条件,流体系统封闭性较好;(3)都存在液态烃早期充注、后期热裂解生气与抬升阶段气藏调整、晚期定型.差异性是:(1)罗家寨-普光地区以油型裂解气为主,多源供给,气源充足;龙岗地区以煤型气为主,气源充分性较差;(2)龙岗地区储层非均质性更强,横向变化较大;(3)罗家寨-普光地区深大断裂发育,源-储-输匹配较好,龙岗地区断层较少,裂缝输导为主,横向变化较大.上述差异导致罗家寨-普光地区发育高丰度构造型气藏,规模与整装性较好,龙岗地区岩性控制更明显,丰度、规模与整装性较差.指出下一步针对礁、滩体气藏的研究应该向川东北、川西北九龙山等地区拓展,应特别加大对龙岗与开江-梁平海过渡区新层系的研究和探索,努力获得新发现.     

基于(火积)守恒方程的可逆热力循环(火积)分析及其应用

将(火积)分析应用于热力循环性能的分析和优化中.首先在可逆热力过程和热力循环的分析中提出了热(火积)流和功热(火积)流的概念,并建立了相应的(火积)守恒方程.其次通过对可逆热机热泵联合循环中(火积)守恒的分析表明,与通常的热泵循环不同,热机-热泵联合循环的功能类似于电学中的变压器(电压变换器),因此可把此类联合循环称之为变温器或温度变换器.此外,取决于联合循环热源的温度,在某些条件下联合循环必须向环境输出功热(火积)流,从而降低联合循环的性能;而在另外一些条件下则可以从环境吸收功热(火积)流,从而提高联合循环的性能.最后,基于热质理论指出了热(火积)实际上是热质能的简化表达式,因而热(火积)流和功热(火积)流则分别是热质能流和功热质能流的简化表达式,它们实际上都是相对性能量.因此,类似于电压变换器中电能与磁能满足能量守恒定律,热机热泵联合循环中不仅热量和功量满足能量守恒定律,热(火积)流和功热(火积)流还满足相对性能量守恒定律,从而(火积)分析方法可用于分析可逆热力循环的性能,而熵分析及?分析方法则无法分析可逆热力循环的性能.最后,本文以两种典型的热机-热泵联合循环为例分析了联合循环的性能评价方法.     

澳大利亚墨累-达令河流域水文气候变化的影响与适应对策

应澳大利亚联邦科学与工业研究组织(Commonwealth scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO)邀请,2018年4月清华大学组织科技考察团赴澳大利亚墨累-达令河流域开展为期一周的科学考察。考察团从墨累河出海口逆流而上,通过学习交流、现场考察和访问农场等方式,与澳大利亚同行们进行了深入交流,对澳大利亚墨累-达令河流域的气候变化与水的影响与适应对策研究,尤其是陆面水文-气候、极端水文研究、水资源管理体系的最新动态,及其气候变化应对与减缓、极端水文事件风险管理等进一步了解。此次考察对认识多时空尺度的气候-陆面-水文相互作用机理及其对自然强迫和人类活动(含人为强迫和下垫面人类活动)的响应机制,揭示全球气候系统能量-水循环动态演变规律和极端水文事件变化成因,构建全球增暖背景下应对极端水文事件的风险管理体系,提出中国适应性对策具有重要的借鉴意义。     

夏季亚洲-太平洋热力差异年代-百年尺度变化与太阳活动

利用重建的近千年亚洲-太平洋涛动指数和太阳辐照度时间序列, 用统计方法研究了夏季亚洲与其周边的海陆热力差异在年代-百年际时间尺度上的变化特征及其与太阳辐照度的关系, 结果表明: 亚洲季风区热力差异存在着90 a 左右、10~13 和3~7 a 的周期振荡; 在百年尺度上, 热力差异表现出3 次明显突变, 它们分别发生在1305~1315 年、1420~1430 年以及1625~1635 年. 海陆热力差异与太阳辐照度之间有显著正相关, 并且在250, 120~160, 60~70 a 以及15 a 变化周期上, 二者的联系更显著. 热力差异的3 次突变分别对应着太阳辐照度的明显减弱或加强, 并且滞后太阳辐照度突变时间12~22 a, 可能反映了太阳辐射对亚洲季风气候百年尺度突变的一种影响; 在年代尺度上, 热力差异突变与太阳辐照度关系不紧密, 说明太阳活动可能不是影响亚洲-太平洋热力差异年代际突变的主要因子. 与亚洲-太平洋热力差异比较, 北半球年平均表面气温的年代际突变与太阳活动的关系更紧密, 而气温百年尺度的突变与太阳活动关系较弱.     

肖特基型自驱动光电探测器件及其多场耦合性能调控

小型化和多功能化是微纳传感器件及其集成系统的主要发展目标.构建无源的自驱动传感器件是实现这一目标的有效途径.利用异质结接触形成的内建电场分离光生电子空穴对从而形成响应电流是实现自驱动光电探测的一种直接有效的方式.在异质结结构的自驱动光电探测器研究中,肖特基型自驱动光电探测器因具有光谱选择性强、响应频率快等特点而备受关注.本文重点介绍了近年来利用低维纳米材料构建的肖特基型自驱动光电探测器,阐释了利用应变/应力、通过界面调控优化器件性能的基本原理,展望了肖特基型自驱动光电探测器发展方向和研究目标.     

五心圆柱面网壳工程实例的性态分析

文章采用数值分析方法,以江西丰城电厂二期干煤棚网壳为研究对象,分析了该结构的动力特性及其在自重、地震、风载作用下的最大位移响应.从而找出该结构的控制荷栽,可为相关设计和研究提供参考.