元能源系统——能源网络与元宇宙的碰撞

能源是人类文明发展的基石,也是推动全球经济和社会进步的核心驱动力,涉及世界各国的根本安全和万物众生的福祉昌延。回溯历史,跨越时空,我们见证了人类如何通过掌控能源种类形式,一次次地推动社会变革与文明进步。从起初依赖自然的“钻木取火”,跃进到“煤炭与蒸汽机结合”开启工业革命的序幕,再到现代化的“石油与内燃机”带来产业革命。能源利用的演进经历了天翻地覆的变化,塑造了以化石能源为主导的传统能源体系。然而,过度依赖化石能源和传统能源运营的固有时空限制,导致供能的脆弱性和不稳定性,导致能源浪费、环境污染和生态危机等严重问题。因此,以“双碳战略”为引领,探索新路径、转变能源模式,构建“清洁、低碳、安全、高效”的现代能源体系,已成时代亟需,也将是未来的必然选择!

综合能源网络的时域Bergeron等效计算模型

在综合能源网络分析的统一能路模型的基础上,通过假设能源网络为无损传输网络,建立了综合能源网络时域分析的Bergeron等效计算模型,推导了无损综合能源网络波速度和波阻抗的计算公式,进一步地给出了基于节点分析法的综合能源网络暂态响应的计算流程,为复杂网络的时域分析提供了一种新的思路。

综合能源网络建模与运维技术研究综述

在当前多种异质能源耦合程度不断加深,清洁能源高比例渗透的背景下,综合能源网络耦合电、气、热、冷等多种能源类型,实现不同能源网络之间的协调规划与互济调控,被认为是促进可再生能源消纳和提高能源利用效率的重要手段之一。首先从综合能源网络的特性分析开始,对其多能流差异特性、天然气网络的管存特性、热力网络的热延迟特性进行重点分析;其次在综合能源网络建模方面,分别介绍3种建模方法:机理分析建模法、数据驱动建模法、统一能路建模法;在综合能源网络状态估计方面,梳理综合能源网络状态估计发展历程以及状态估计主要方法,并对综合能源网络运行可靠性评估的国内外研究现状进行阐述。最后对综合能源网络建模方法与状态估计两方面进行展望,可以为该方向的科研人员提供参考。

电-气-热耦合能源网络的互动逻辑时序优化仿真

为规避电-气-热耦合能源网络互动逻辑冲突,确认电-气-热耦合备用容量,提出电-气-热耦合能源网络的互动逻辑时序优化仿真方法。建立由电力和燃气2个部分组成的电-气-热耦合能源网络动态模型,依据电-气-热耦合能源网络动态数据建立其互动逻辑时序模型,按照该模型的约束条件,使用帝国竞争算法对电-气-热耦合能源网络互动逻辑时序模型进行帝国形成、通化机制、帝国竞争分析,完成优化求解和时序优化互动逻辑。实验结果表明,该方法可有效优化电-气-热耦合能源网络的互动逻辑时序,使其火电开机容量得到有效降低,同时也提升了耦合能源网络的备用容量。

钢铁企业多能源网络优化调控的研究与思考

钢铁企业“煤气-蒸汽-电力”能源系统网络的优化调控是提高二次能源利用率,降低能源成本,减少排放的重要措施。描述了钢铁能源系统网络特征,从方法论和模型方法介绍了钢铁企业能源调度研究进展,指出了在能源产生、使用过程中“质”和“量”不确定波动的客观存在,对求解问题和做决策有着不同程度的影响。提出了基于鲁棒优化构建一种多时段动态决策模型方法,以解决多能源系统中不确定因素的优化问题,提高模型的全局优化性和易操作性。

“双碳”目标下光伏产业发展的新机遇与光伏在能源网络中的运用解析

为最大限度对环境进行保护,确保能够实现人和环境的和谐发展,我国一直致力于碳中和相关项目,并且加大了对“双碳”目标的推动力度。在此环境中,光伏产业及其他新能源产业开始得到广泛关注。文章以光伏产业为研究对象,通过对我国“双碳”战略发展现状的分析,对“双碳”目标下光伏产业发展机遇及光伏在新能源中的运用方法进行深度探讨,旨在推动光伏产业发展,保证能源网络发展质量。

船舶制造行业能源网络化改造与实现

针对当前船舶制造业信息化能源管理水平不高,能源消耗种类繁多、能耗点分布不均、负荷波动大等问题,以及节约能源的现实需求,深入探讨了船舶制造行业的能源管理信息系统改造方案。通过实施分布式能耗数据采集技术,建立符合船舶制造行业特点的能源管理信息网络,进一步开发包含能源信息管理、能源收集与监控、能耗预警、能耗平衡与调控、能耗评估以及系统基础与安全等功能的综合能源管理平台。该平台可实现船舶制造业能耗数据的实时采集、监测、管理与预警,有效提升船厂能源管理的综合水平。最后,分析了本系统在提升能源利用率、作为能源管理技术支撑等方面的显著优势。

考虑P2G及多能融通的分布式能源网络优化调度

研究分布式能源网络(Distributed Energy Network,DEN)是解决传统分布式能源系统(Distributed Energy System,DES)动态供应错位问题的迫切需求。电转气(Power-to-Gas,P2G)技术及多能源融通在促进DEN发挥最大价值的同时,使其协调控制变得更加复杂。基于此,文章研究考虑P2G及电热气融通的DEN调度问题。以DEN运行成本最小建立数学模型,并在目标函数中考虑弃风、弃光成本,采用一种改进粒子群算法进行求解。结果分析表明,模型可通过优化能源供给方式,以最小运行成本满足不同用户的动态能源诉求;引入P2G实现富余电能的大范围时空平移,带来一定环保效益;构建多能融通网络,能够协调不同用户供需之间的差异性;考虑P2G及多能融通的DEN调度更为灵活、精准,综合性能优异。文章研究为未来DEN建设提供一定参考。

箱式变压器与能源网络系统的设计

阐述箱式变压器在现代电力能源网络发展中的特点,包括数字化、节能化、大容量、标准化、小型化、结构多元化,探讨箱式变压器的集成化特点。

“双碳”目标下光伏产业发展的新机遇与光伏在能源网络中的运用浅析

文章针对光伏产业发展问题进行探究,从发展光伏产业的重大意义出发,分析了“双碳”目标下光伏产业发展新机遇,阐述了光伏产业在能源网络中的运用,并对光伏产业的未来发展提出对策建议。希望为我国光伏产业的发展提供新思路,助力“双碳”目标尽早实现。

基于前推回代优化算法的社区能源网络有功实时调配策略

针对含户用光伏系统的社区能源网络有功调配需求,提出一种前推回代优化算法。该方法将光伏发电单元、储能单元与公共连接点(point of common coupling,PCC)整合成参数时变的虚拟网络模型,以"约束条件逐层回代,优化目标逐层前推"的优化方式,求解社区能源网络多目标组合优化问题。在此基础上,依托社区能源网络示范工程,开发能量管理平台对前述算法进行验证。测试结果证明,前推回代优化算法可以根据设备的工作状态,智能调整变量区间,重构优化算法,实现社区能源网络有功统一调配,并在充分考虑储能设备生命周期内剩余工作能力的条件下,实现社区能源网络光伏利用率最大化、储能利用率最大化、PCC有功功率波动最小化的组合优化目标。

煤制天然气的能源网络分析图

能源网络图作为能源统计数据分析的有效工具和方法,是评价企业用能效率、发掘能耗薄弱环节、科学制定能源管理政策的重要手段。本文以国内某煤制合成天然气企业为研究对象,并以美国大平原项目为参照,基于能量平衡建立能源网络图对两者能量转化的4个重要环节——购入储存、加工转换、输入分配和最终使用的能量转换效率进行详细地对比分析。结果表明,大平原项目能量转换效率为53.16%,而国内该企业能量转换效率为48.20%,主要体现在终端环节中4个系统的用能效率偏低,需进一步挖掘节能瓶颈和改善用能水平。

基于生态网络分析法的城市水与能源网络结构解析

水和能源是城市发展的重要基础性资源,节水节能是实现高质量发展的重要目标。基于投入产出和生态网络分析方法,构建了天津市水网络和能源网络核算框架,从社会经济角度分析城市水和能源的利用情况和演进规律。研究发现,作为资源输入型城市,2007~2017年天津市三产业直接用水减少7.7%,用能增加81.7%,本地终端隐含水和隐含能消费量分别增加79.0%、84.9%;天津市的能源网络循环效率优于水网络,但水网络的鲁棒性强于能源网络,且更为稳定;不同部门间资源流通体现了水与能源相互需求的特点。最后,从节水节能角度提出实现水与能源协同发展的对策建议。

汽车电动化与汽车交通电-氢二元二次能源网络构建

对新能源汽车技术现状、现有氢、电能源基础及基础设施建设等能源转型的先决条件进行了分析,提出了汽车交通“电-氢二元二次”能源网络的概念,以期实现交通运输中能量转换效率链的优化和物质利用的封闭循环,并对能源网络转换带来的可再生能源发电入网的稳定性、能源消纳和电动汽车大规模并发充电这3个关键技术问题进行了分析,提出了相应的解决方案。由于电能和氢能具备来源广泛、可再生、排放及污染可控的特征,构建以电动化为核心的汽车动力系统和以电、氢两种二次能源为核心的能源网络成为未来汽车交通体系的关键策略。

多能源网络稳态能量流分析与计算方法

适用于不同能源形式通用的数学描述和统一的能量流计算方法是多能源网络规划运行的理论基础。文中在构建多能源网络三维拓扑结构图的基础上,提出能量传递的统一描述,借用热力学中强度量和广延量的概念构建多能源网络中支路的能量传递方程。以最常见的圆柱形传递管道为例,推导交直流电能传递、不可压缩黏性流体、可压缩气体,以及热传导、流体传热的支路能量传递过程,并建立描述节点广延量守恒的网络方程。通过采用牛顿-拉夫逊法分别对独立能源子网和多能源网络的稳态能量流进行求解,算例验证了所提方法及模型的可行性。

基于AutoCAD和能源网络图的能源审计软件

企业能源审计是一种加强企业能源科学管理和节约能源的有效方法,能源网络图是评价企业用能效率、指出能耗薄弱环节、解决能源管理中存在问题的重要手段,在能源审计中占有重要地位;能源网络图的绘制繁琐、数据量大、耗时长,影响能源审计工作效率。因此,根据企业能源利用的四个环节、能量平衡表和能源网络图的绘制方法原则,基于EXCEL和AutoCAD二次开发了能源网络图辅助绘图软件。该软件实现了对数据的读取、计算处理、绘制,以及对图层、字体、图纸大小等的自动控制,节省了能源网络图绘制的工作量,提高了能源网络图数据的可靠性,在实际工作中将发挥积极作用。

中国国际能源合作战略重点之——能源技术、能源网络共享与绿色发展

中国的国际能源合作重点正经历从传统能源向新能源与可再生能源逐步过渡,与各国家及地区间的能源战略合作也各具特点:与中东各国的合作重点一直是油气领域,合作规模保持较高水平;中俄则主要集中在煤炭、石油、天然气和电力等领域;中亚五国中,与哈萨克斯坦、土库曼斯坦和乌兹别克斯坦3个富油气国的合作有较深传统,项目较多;中非集中与煤炭、油气等传统能源;与亚太地区合作发展较慢,摩擦竞争与合作并存;中欧之间的传统能源合作集中在煤炭行业转型及油气稳定供应上,油气领域正由贸易转向能源治理,新能源逐渐成为合作重点;中美则以新能源为主。国际能源战略合作正朝着"能源技术与能源网络共享、绿色发展"方向前进:与欧美地区深化能源技术合作;全球能源互联网在亚太地区率先取得突破;我国将发挥绿色技术优势、成本优势,努力推动构建绿色低碳的全球能源治理格局。

德国能源网络进入模式的演变及其对中国的启示

在欧盟的倡议和推动下,德国通过颁布2005年《能源经济法》,在与网络管道相连的能源市场上逐步确立起竞争性的市场结构。《能源经济法》的核心是通过改善能源市场在上、下游市场的竞争,降低能源网络管道部分的成本,形成合理的网络进入费用,以及实现垂直一体化能源企业的合理拆分,构建新的监管体系等措施来保障能源市场尽可能地实现充分的竞争。德国能源市场化发展经验对中国正在进行的能源市场化改革以及能源法律法规的完善提供了有益的启示。

综合能源网络统一建模及其应用(一):时域二端口模型

综合能源网络的统一建模通过构造相同数学形式的能流模型从而降低求解难度,有利于实现电气热系统标准化运行分析技术。该文基于源荷二端口网络等值的思想构建了描述电气热能流传输与分布特性的综合能源网络时域统一模型。首先,采用中心隐式差分格式将电气热网络统一方程代数化,并利用差分网格的对称下三角特性提出基于初始和边界条件传递矩阵的建模方法,推导支路首–末端状态量的解析表达式,进而建立时域支路统一模型。接着,结合支路统一模型和拓扑关联方程,构造基于广义时域导纳矩阵的网络统一模型,最后根据电气热系统的运行特征推导各状态量的时域二端口方程。算例分析表明,文中方法准确性高,计算效率远高于传统差分方法。

基于多能源网络路由算法的区域能源广域网协同规划

能源路由器作为能源互联网相关技术应用的重要载体,可以实现能源局域网内部或能源互联网之间能量与信息的互联、交换和路由。该文基于虚拟能源路由器技术对含有多个能源路由器构成的区域能源广域网进行了设备容量和网络路由的规划。首先,介绍能源路由器基本概念,并提出能源传输转换扩展模型;其次在混合潮流模型和能源路由器能源传输转换扩展模型的基础上,构建虚拟能源路由器的多能耦合关联模型,并在虚拟能源路由器的概念上提出虚拟能源路由器路由算法的概念;最后,提出基于路由算法的区域能源广域网各能源路由器元件容量规划和能源网络路由规划的方法。算例表明,基于路由算法的规划方法可以得到能源路由器内部能源设备的容量规划和能源广域网能源网络路由规划结果,同时提升区域能源广域网的能源、环境及经济效益。