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.     

氢能与燃料电池汽车

由于经济发展、人口增长、环境保护、化石能源枯竭等原因,发展洁净型可再生能源已成为非常紧迫的任务.20世纪形成的以化石燃料为主体的世界能源结构,在21世纪将转变为以可再生能源等为主的新的能源结构.洁净型可再生能源中最引人注目的是氢能,2000年世界氢能大会认为,21世纪将进入氢能时代.     

北京市碳黑气溶胶排放清单估算及预测

碳黑气溶胶是含碳燃料不完全燃烧的产物, 能够改变大气辐射性质, 并能危害人体健康. 北京是以煤炭为主要能源的特大城市, 目前正在调整能源结构、减少污染排放以达到绿色奥运的目标. 使用2000年的北京市能源统计数据, 结合碳黑排放因子, 计算北京市的碳黑气溶胶排放清单, 排放总量估算为7.77 Gg. 焦炭、原煤、非商品能源秸秆是北京碳黑排放清单中最重要的排放源. 根据北京奥运能源规划, 预计2008年北京排放碳黑气溶胶2.97 Gg(不包括非商品能源). 如果2008年农村非商品能源的碳黑排放量保持2004年水平不变, 农村非商品能源将是2008年北京碳黑的最大排放源.     

绿色梦想正在实现——生物质能发展动向

石油资源逐渐衰竭,原油价格节节攀升,全球变暖和环境污染日益凸显,促使人们不得不去寻找可以替代石油的可再生清洁能源.生物质能源就是世人寄予厚望的替代能源.     

我国深地储能机遇、挑战与发展建议

<正>能源清洁化和低碳化是全球能源发展的不可逆趋势^[1].图1给出了全球可再生能源装机容量及其增长速率(2017～2022年)^[2],年平均增长速度为8.88%.其中,风电和光伏发电装机容量增加幅度最为显著,其次为生物质发电,水力发电增加不显著.中国作为能源消费大国,能源消费主要以煤炭为代表的化石能源为主,但能源清洁化已经成为国家能源发展重大的战略部署.     

未来的人类能源

作为现代人类赖以生存的第一能源,石油正在以飞快的速度被消耗,为此,世界各国的能源专家都致力于寻找和开发石油的替代能源.除了广为人知的太阳能、潮汐能等能源外,还有许多种能源也被科学家设想为可以有效利用的"石油后"能源.     

新能源

地球上的各种能源,有的已被大规模开发和广泛利用,如煤炭、石油、天然气、水力等,称常规能源;还有一些能源,如太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、生物质能等,是正在研究开发和利用的能源,被通俗地称为新能源.其实太阳能、风能等,人类很早就已开始利用,这里把它称作新能源,是指在新技术的基础上进行大规模开发利用而言.新能源与常规能源的区分也是相对的,今天的新能源将来也会成为常规能源.如核裂变,过去是新能源,现在由于技术基本成熟,许多国家已把它看作常规能源.上述这些新能源都是可再生能源和清洁能源,被作为未来经济和社会可持续发展的能源基础,受到了高度重视.     

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.     

浅谈建筑中的节能

文章从建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源,使周围的自然与生态环境不断恶化.阐述了面对如此严峻的能源形势,国家的能源政策还是节能和新能源开发、再生能源利用并重.     

德国农民种庄稼生产沼气

近年来,德国联邦可再生能源联合会大力在农村推广沼气.由于有不菲的政府补贴,不少农民都乐意把庄稼用于生产沼气.据联邦可再生能源联合会的专家估计,沼气在不远的未来将成为一种经济型能源,不仅能满足农村的能源需求,还可将多余的能源输送到城市.     

能源科技发展前沿及未来方向

<正>1能源革命的大趋势在讨论能源科技发展方向之前,我们首先需要展望一下中国和全球能源变革的趋势.中国能源革命的方向可概括为能源消费革命(由粗放低效逐步转向节约高效)和能源生产革命(由黑色高碳逐步转向绿色低碳);而能源科技革命是它们的支撑,智能化、电气化、低碳化、高效化是能源技术革命的方向.     

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.     

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.     

开发应用农村沼气 拓展能源利用空间

文章介绍了我国农村能源的现状和问题,阐述了能源在农村发展中的作用,指出沼气的开发应用是处理农村能源和环境难题的重要方法.     

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.     

编后

能源问题是当今一个世界性课题,如何开发新能源和节约使用能源是解决能源问题的两个方面.本期我们汇集了三篇文章就此进行了介绍和探讨.核能这一新能源我国还未利用,了解一下它在解决能源问题上的意义、作用、发展趋势和存在问题,谅是有益的.     

向海洋要能源

每年夏天,当我们在海边游玩的时候,我们是否意识到海洋是一个巨大的能源宝库呢?几十年来,各国政府加大了对开发海洋的投入.一望无际的汪洋大海,不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量. 5种主要的海洋能源 由于海洋能源是一种可再生的绿色能源,所以海洋科学家、能源学家和环保专家都对开发海洋能源有强烈的兴趣.海洋能通常包括潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等.根据联合国教科文组织的统计数据,这5种海洋能的总功率为766亿千瓦,相当于25万个秦山核电站的发电功率.更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等.     

植物细胞壁与生物质资源

从某种意义上说,整个人类发展史就是一部能源利用方式的进步史.人类第一个熟练掌握的能源载体就是生物质(biomass).自从人类学会了钻木取火,树木就成为人类最主要的能量来源,也是早期人类最喜欢的能源载体.     

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...     

快速发展的微纳能源技术

正能源是人类社会可持续发展的最基本驱动力,也是人类赖以生存的重要物质基础.随着传统化石能源日益枯竭,能源问题成为当前人类面临的主要难题之一.从环境中实现水能、风能和太阳能等可再生清洁能源的高效利用是解决能源危机的有效途径.随着纳米材料与纳米技术的进步,新型清洁能源利用技术得到高速发展,形成了以微纳技术为基础的新一代清洁能源技术与系统,即微纳能源,包括能量的收集、转换、存储与利