气候变化与碳中和

工业化以来化石燃料的广泛使用使大气中的二氧化碳浓度急剧升高,造成全球气候变暖、极端天气气候事件频发。为有效应对和减缓气候变化,国际社会通过《巴黎协定》设定了2℃和1.5℃温控目标,由此提出了碳中和的概念。文章介绍了全球变暖的基本事实、人类碳排放对工业化以来全球变暖的作用,归纳了关于未来气候变化的主要结果,阐释了1.5/2℃温升阈值与碳中和的关系,概述了国际社会为有效应对全球变暖而在减少碳排放方面的努力。

三电平辅助变流器寿命优化控制

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型辅助变流器寿命,提出一种降低结温的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,考虑传统MPCC在每个采样周期需要代入27个电压矢量循环计算,计算量较大,因此将三电平基本电压矢量划分在间隔60°的6个扇区中,通过计算电压矢量在两相静止坐标下的相角,进而判断参考电压矢量所处扇区,将备选矢量数目从27缩减至10,减少了计算量;其次,传统MPCC直接应用于动车组辅助变流器会使IGBT模块的结温较高,老化速度加快,对变流器安全稳定运行产生不可预测的损害,本文对IGBT模块的开关损耗和导通损耗进行近似等效,得到了和集射极电压、集电极电流相关的功率损耗因子。通过预测每相电流的方向,进而预测IGBT模块的开关和导通情况,动态加入功率损耗因子,并在代价函数中约束每相IGBT及其续流二极管(Free Wheeling Diode,FWD)的功率损耗,使得最优电压矢量在降低功率损耗的同时保证一定的控制性能。通过仿真与实验验证,本文所提方法相比传统MPCC策略降低了功率器件的结温,提高了变流器寿命。

基于数学模型的造纸机水针移动控制系统优化研究

为有效应对造纸机水针移动惯性所造成的定位偏差,确保水针精准且快速移动,以拟合优化方法构建了造纸机水针移动控制数学模型。采取变速双控制中性区方法,以反复测试寻找控制中性区数值的合理范围,并针对性建立水针移动与中性区数值的数学模型,以求解控制中性区数值。实际应用验证结果表明,变速双控制中性区方法的引进使造纸机水针移动曲线变化趋向于平缓,且终止位置与设定位置误差控制于0.79%,精确度非常高;相比传统变速单控制中性区方法,水针移动响应时间缩短了25s。

中国经济增长与煤炭消费脱钩及影响因素分析

结合中国各省(区、市)2005~2019年的煤炭消费数据及社会经济发展数据,借助Tapio脱钩模型分析了各省(区、市)煤炭消费与经济增长之间的脱钩情况及时空演变.结果表明:各省(区、市)煤炭消费脱钩状态总体呈现出从增长负脱钩、增长联结向弱脱钩、强脱钩转变的较好趋势,大部分地区处于弱脱钩状态.从空间分布来看,东部地区煤炭消费与经济增长脱钩情况明显优于中部地区与西部地区,强脱钩省(区、市)呈现出由北京市、上海市和四川省这3个省(区、市)向外扩张的趋势,而宁夏与新疆的脱钩状态尚不理想,在增长联结与增长负脱钩之间波动.在此基础上,通过拓展的STIRPAT模型和空间杜宾模型分析了影响各省(区、市)脱钩情况的主要因素,并发现能源结构、能源强度、R&D强度、人口密度、对外开放水平、新造林面积、产业结构因素对煤炭消费脱钩指数具有显著影响.未来应加强减煤工作的顶层设计、技术投入与研发和调整能源结构来促进煤炭消费脱钩.

基于T型三电平整流器的改进模型预测功率控制

为解决传统模型预测功率控制(MPPC)的谐波含量高、计算量大、权重因子设计困难等问题,提出了一种改进MPPC。首先使用一种低运算量的最优扇区判断方法,再通过代价函数最小化原则来确定其作用时间。为平衡中点电位(NP-V),将矢量序列分为P型序列和N型序列,它们对NP-V的影响相反,使用一个代价函数选择下一时刻选用的矢量序列类型,从而达到动态平衡NP-V的目的,同时消除了权重因子带来的影响。为提高输出电压的动态响应速度,使用改进滑模控制(SMC)来代替传统MPPC中的PI控制对直流侧电压进行控制。最后,仿真与实验验证了所提控制策略在电网侧电流、直流输出电压、输出功率及算法运算时间方面具有有效性。

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流、高次谐波、零序分量以及频率分布等故障特征。研究结果表明:改进后Cassie-Mayr联合模型不但解决了电弧电流从大电流到小电流的转换突变问题,且不同模型权重占比的分配更能准确地表征实际燃弧弧道阻抗变化的随机性;通过设置电弧燃弧时间长短,准确地描述间歇性重燃的随机性;电弧断续时刻为非整数周期下的过电压、过电流幅值高于整数周期;电缆线路增大了故障线路电流,过电流可达3.81~7.20pu,不利于熄弧;大电流系统故障相零序电流主频在0~400Hz,小电流系统故障相零序电流主频在1200~1600Hz。

中国建筑业碳排放影响因素及碳达峰碳中和预测分析

以2005—2021年中国建筑业碳排放量为研究对象,运用STIRPAT模型和岭回归识别其碳排放影响因子,在此基础上设置多种情景,预测中国建筑业2022—2060年碳排放量。研究发现:(1)城镇化对中国建筑业碳排放的影响最大,次之为人口规模和能源结构;(2)中国建筑业碳排放量自2015年进入平台期,低碳、基准、激进情景下,建筑业达峰时间分别为2025年、2030年和2040年;但是,2060年建筑业自身难以实现碳中和,需要多行业协同,多主体推进。

我国城镇职工养老保险精算因子测算与比较——基于退休制度改革的探讨

为缓解老龄化趋势下养老金支出不断增加的压力,以我国城镇职工养老保险体系的可持续发展为着眼点,探讨延迟退休的养老金待遇给付标准设计。建立养老金财富精算模型,从精算中性的视角测算我国9个省份精算因子Φ值和α值,并测算利率变化对精算中性调整系数α值的影响。实证结果表明,在北京、海南、河南和黑龙江,按照目前的养老金给付制度,延迟退休会增加参保人的养老金财富。若改革退休制度、延迟退休年龄,对不同退休年龄参保人养老金待遇的给付标准可以参考α值设定。

双碳背景下居民快递包装回收行为研究

在“双碳”背景下,针对目前中国快递包装回收率低的问题,利用湖南省高校学生家庭的308份调研数据,研究居民快递包装回收行为影响因素。以拓展的计划行为理论为基础,通过构建结构方程模型(structural equation model,SEM)进行验证分析,并替换不同模型,用线性回归对结果进行稳健性检验。研究结果表明:感知行为控制和低碳自我认同感对居民快递包装回收意愿的影响程度明显高于回收态度、主观规范;实施垃圾分类会显著正向调节回收意愿与回收行为之间的关系,并且实施垃圾分类的程度越高,发生快递包装回收实际行为的可能性越大。

电容电压平衡的四电平有源中性点钳位逆变器的改进模型预测电流控制

多电平有源中点钳位(ANPC)逆变器具有功率器件电压应力小、电流谐波低和器件损耗可调控等优点,被广泛应用于工业驱动中。针对四电平ANPC(4L-ANPC)逆变器的控制与调制研究相对较少,现有的调制方案实现复杂,中点电压(NPV)控制难度较大。因此,该文针对三相4L-ANPC逆变器,提出一种改进的有限集模型预测电流控制(FS-MPCC)算法,避免了复杂的调制过程。首先,使用仅包含电流误差的代价函数对位于六边形顶点的6个大电压矢量进行寻优;其次,对参与第一步寻优的大矢量划分扇区,使用包含电流误差和电容电压误差的代价函数对最优大矢量所在扇区的所有电压矢量滚动寻优,得到目标电压矢量并作用于逆变器;最后,仿真和实验结果表明,与传统的FS-MPCC相比,所提方法在降低系统计算负担的同时,还具有较好的控制性能和电容电压平衡能力。

煤炭地下气化开发利用现状与发展趋势

煤炭地下气化(UCG)作为一种可以将固体煤转化为气体燃料的技术,将煤炭在地下进行气化反应,可以缓解由于在地上燃烧煤炭而产生的大气污染,助力碳减排社会效益,对于实现低碳发展具有重要作用。以建立“清洁、低碳、安全、高效”的能源获取方式为出发点,介绍了我国煤炭地下气化的研究历程、发展目标和政策方针,对我国发布的关于煤炭资源利用和煤炭地下气化技术的相关政策进行了分析解读。分别从经济、环境、社会效益3个维度对煤炭地下气化的开发利用价值进行分析,指出煤炭地下气化技术的开发利用可以为我国煤炭行业带来一定的效益。同时,在推动煤炭地下气化技术的发展过程中,还要注重环境保护和管理措施,确保技术实施的安全性和可持续性。基于PESTEL模型从政治、经济、社会、技术、环境、法律5个方面对煤炭地下气化技术的开发进行全面、系统的分析,并阐述了我国煤炭地下气化技术发展的不利因素。最后根据PESTEL模型分析结果,从技术、政策和环境3个方面对我国煤炭地下气化的发展提出了相应的解决方案和政策性建议。结果表明,煤炭地下气化技术具有潜在的经济和环境优势,需加强国内高校、企业与能源公司的协同合作,扩大国际合作范围,并制定和执行环境保护措施,以推动煤炭地下气化技术的发展,实现可持续能源开发和环境保护的双赢。

基于知识图谱的中性几何模型装配特征语义重建方法

现有企业的产品模型主要以中性几何模型文件格式储存。由于中性几何模型是以点、线、面等几何语义形式来储存信息,在实际装配过程中,中性几何模型不具有装配特征语义,不能够为装配环节提供指导作用。针对这一问题,首先提出了基于知识图谱的中性几何语义模型KG-NGSM,规范化地表示中性几何模型中的几何语义;提出一种面向中性几何模型的几何语义抽取方法,抽取几何语义元素并映射为数据层中的实体;基于知识图谱与图匹配网络进行相似度计算,从而实现中性几何模型装配特征语义的重建;最后,以某企业风力发电机产品为例,研发了装配特征语义构建系统并进行验证,结果表明,所提方法对于风机产品的实际装配操作环节具有一定指导作用。

露天煤矿碳排放核算及碳中和实现路径:以魏家峁煤矿为例

厘清露天煤矿碳排放特征是实现露天煤矿“双碳”目标的前提和基础。在分析识别露天煤矿碳排放源的基础上,基于煤炭开发碳排放源清单分析方法构建了露天煤矿碳排放核算模型。以魏家峁煤矿为例,分析了不同排放源的碳排放特征,并提出了露天煤矿碳中和实现路径。研究结果表明:露天煤矿碳排放源包括直接碳排放源(能源消耗(以燃油和炸药为主)、逃逸和非受控燃烧)和间接碳排放源(电力消耗和水消耗)两类。2022年,魏家峁煤矿的碳排放总量为112785.978t,其中,直接碳排放量为79874.508t,间接碳排放量为32911.470t。燃油消耗为魏家峁煤矿碳排放的主要贡献者,由其产生的碳排放量占煤矿碳排放总量的47.152%。基于碳排放特征,魏家峁煤矿可采取四大路径实现低碳发展:优化煤矿生产系统和能源利用模式,减少能源消耗带来的碳排放;综合利用矿山智能化和物联网技术,降低不必要的设备损耗和能源消耗;促进传统能源和新能源的耦合利用,降低能源消耗的碳排放系数;通过生态恢复,增强矿区生态系统的固碳增汇效益。研究结果可为露天煤矿碳排放核算和减排策略制定提供参考。

时空因素对政策执行的影响与高效执行机制的构建——基于A省与B省“双碳”政策执行的案例分析

超大治理规模条件下,政策执行空间与执行周期是影响公共政策执行不可忽视的重要外在因素。为验证、探讨时间与空间因素如何影响我国长周期的政策执行,选取A省与B省的“双碳”政策执行过程为案例进行分析。研究发现:执行偏差产生和加剧的主要机理在于时空因素,即执行空间与执行周期影响政策执行目标的模糊性与冲突性;技术因素具有时间缩短与空间扩大双重叠加效应;基于时空因素的高效执行机制缺位是运动式执行的重要原因。构建高效政策执行机制必须同步考虑时间与空间的因素,建立相应具有时间和空间缩减功能的机制,提高政策执行力;技术手段(尤其是数字赋能)可通过缩短政策执行周期、扩大政策执行目标的适应空间的方式来降低执行目标的模糊性与冲突性。

西安地区开放式办公建筑夏季人体热舒适调查研究

以西安地区6栋典型开放式办公建筑为研究对象,通过热环境参数测试和主观问卷调查相结合的方式进行了现场调研,分析了实际办公建筑中人员的热舒适需求,并将调研结果与现有标准及其他气候区现场研究进行了对比。结果显示,西安地区夏季办公建筑受访者的中性温度为25.4℃,偏好温度比中性温度低0.2℃,80%可接受温度上限为28.2℃。

基于STIRPAT模型的广东省碳排放峰值预测分析

为切实减少碳排放,有效应对气候变化,我国计划于2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。广东省是我国经济第一大省,预测分析其未来碳排放对实现碳达峰碳中和具有重要意义。本文充分考虑诸多因素对碳排放的影响,构建STIRPAT模型,以1998—2019年数据作为样本进行岭回归,从而得到广东省碳排放预测方程,并通过情景分析法设定3种情景。结果表明,广东省在基准情景下无法于2030年前实现碳达峰目标,在低碳情景和强化低碳情景下则能顺利实现该目标。

基于MODELS的工频弧光接地过电压的仿真

弧光接地过电压是中性点不接地系统中危害最大的过电压之一。目前,关于弧光接地过电压的研究大都采用系统仿真,基于工频熄弧理论,通过控制开关的闭合来模拟电弧的熄灭和重燃,观察弧光接地过电压情况。由于电弧的熄灭和重燃具有强烈的统计特性,电弧不一定是在工频过零时熄灭,也不一定是在电压达到最大值时重燃。因此,按一个工频周期来设定开关的开闭时间模拟弧光接地过电压时,模型不够准确。鉴于这种情况,在对弧光接地过电压产生机理深入研究的基础上,提出了一种新的开关控制方法,采用EMTP中的控制系统暂态分析TACS模块和MODELS模块对开关的控制部分进行处理。运用MODELS模块中特定的MODELS语言编写控制程序,输出一个信号作为TACS开关的输入控制信号,当满足给定电压和电流门槛值时,开关便会相应地闭合及断开。不必按一个工频周期来设定开关的开闭时间,提高了仿真模型的精确性。将其应用于10kV中性点不接地系统及小电阻接地系统的弧光接地过电压的研究,取得了预期效果,具有很好的应用前景。

中国的碳中和: 技术经济路径与政策选择

2020年中国政府向国际社会承诺了2060年实现碳中和的战略目标,这将对我国中长期经济增长模式、能源转型和碳排放路径产生深远的影响.在此背景下,本文构建了技术扩展的能源-经济-环境系统集成模型,综合评估了我国实现2060年碳中和目标的能源技术路径和经济可行性,并给出了相应的政策选择.研究发现了2030年的非化石能源发展目标与碳中和目标的高度一致性,且碳中和要求高排放的“平台期”大幅缩短.单纯的碳价或非化石能源补贴政策均不足以支持碳中和目标的如期达成,而退煤脱油机制下碳价干预与负排放技术的发展激励为这一目标的实现提供了可行的政策选项.碳中和下,太阳能和风能成为能源系统的主力,其合计供能比重需达到53%,其次是水电和装配CCS技术的生物质能,分别占比13.7%和12.5%.研究进一步指出,经济代价不应该成为我国推进碳中和目标达成的主要顾虑,在“对勾”型政策成本轨迹下,预估的累积经济成本不超过相应GDP的1.9%,且在政策目标达成之前即可享受到碳中和带来的经济发展红利.

基于全局时序因子分析的中国区域绿色技术创新环境评价

为探究绿色技术创新环境水平及其提升路径,基于2017—2021年中国31个省份的数据样本,从区域层面构建绿色技术创新环境评价指标体系,引入全局时序因子分析法识别其中实际起作用的主要维度,对绿色技术创新环境水平进行评分,并用蝴蝶模型对比区域间差异。结果表明:基本公共服务、城市发展、政策效率、资源供给与绿色生活是影响绿色技术创新环境的4个主要维度;各区域绿色技术创新环境水平整体差异大,资源供给与绿色生活和城市发展方面差异最显著。建议通过政策引导、加大投入、扩大开放等措施实现资源跨区域流动,提升绿色技术创新环境。

基于UbD模式的“双碳”议题的教学设计与实践

以“双碳”这一社会议题为情境,综合运用教材及《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书为教学内容,基于UbD模式进行教学设计,引导学生建立碳循环模型、分析气候问题的形成与危害,提出应对策略,形成生态意识,提升社会责任感,让学生了解相关专业就业前景,实现学科育人价值。