空间能源生产:新能源时代城市空间低碳转型新路径——基于光伏能源生产与城市空间互动融合视角

新能源革命正深刻改变人类的能源结构,将对城市发展产生深刻影响,塑造全新的未来城乡人居环境图景。在“旧能源”向“新能源”变革进程中,城市正从能源“消费者”开始具备能源“生产者”职能,将推动低碳导向下的城市空间与能源互动模式从“减少化石能源消耗”转为“增加新能源生产”。本研究基于光伏能源生产特征,提出空间能源生产的概念,明确了城市空间能源生产体系特征,构建了面向空间能源生产的宏观城市空间发展评估模型和微观城市空间开发利用模型。研究认为,能源生产空间构成比例、能源生产空间产能效率和能源生产空间规模门槛是影响城市空间能源生产的关键问题。为了推动空间能源生产,研究建议:(1)应推动城市空间传统功能产权与能源生产空间产权“两权并设”;(2)应建立面向城市全域空间的阳光资源协调机制;(3)应建立空间能源生产导向的城市空间布局与形态设计。

"冷机"——人类驻足地外空间能源的设想

对以低于环境温度的热源为低温热源,以具有环境温度的热源为高温热源的热机可行性进行初步分析,考虑到很多地外天体其热区与冷区以及热时与冷时的温度具有巨大差异,因而理论上此类冷机适于作为人类在地外空间基地的能源。

非晶硅太阳电池作为空间能源的性能特点

总结了非晶硅太阳电池在器件物理、制造工艺、大规模生产和应用方面所取得的重大进展。文章分析了非晶硅太阳电池作为空间能源系统技术上的主要优势;很高的质量比功率和可弯曲特性;极好的抗辐照性能;良好的高温性能;较高的空间效率和低的制造成本,这是其它太阳电池不具有的优势,使得非晶硅太阳电池能源系统在低成本通信卫星、平流层气球通讯平台,以及空间太阳能电站应用领域内具有较强的竞争力。

廿一世纪的空间能源

本文介绍了地球能源的使用状况,提出了解决能源危机的办法,文章认为向空间要能源,即建造太阳能卫星、在月球上建造太阳能采集站和开采月球上的氦-3用于地球聚变反应堆是解决地球能源危机的大有希望的办法。航天技术的进步,使人类从空间获取洁净的能源成为可能。

永恒对称的宇宙 无穷的空间能源

宇宙是永恒的、对称的、从无到有的和无限回环的。它拥有一个并不复杂的开始,并在一个基本规律的规范下发展至今,它也会在这个规律的制约下走向衰亡。衰亡后的宇宙又将再现它初始时的状态,又再次新一轮宇宙的创生,如此周而复始。 一、虚无的早期宇宙 不同类型的“夸克”充满着宇宙空间,他们按正负组对有序的排列在宇宙空间。正“夸克”具有质量,负“夸克”具有负质量,正负“夸克”质量相抵,因而每组“夸克”均无质量,整个宇宙质量为零。 正“夸克”具引力,正“夸克”之间相互吸引,它体积极其微小,不可再分。负“夸克”具斥力,负“夸克”之间相互排斥,它体积膨大,为不可见弹性体。正、负“夸克”成对组合,其形状就如一个蒲公英的种子,坚实微小的“种实”部分为正“夸克”,庞大虚无的部分为负“

空间站能源系统与新型电力系统的关系与启示

空间站能源系统和新型电力系统都是我国面向未来能源系统的重要应用场景。在关键技术方面,两者的系统结构均趋于复杂化、容量等级均趋于大型化、性能要求均趋于高可靠性和高安全性;与此同时,两者的内涵特征不同、电源类型不同、应用场景不同、技经重点不同。在此基础上,进一步论述两者彼此关系,从宏观战略来看,两者都是国家战略的组成部分;从技术路线来看,空间站能源系统是一种特殊、零碳排、微型的新型电力系统;从学术研究来看,2者都有众多值得开展科学研究的学术领域;从未来发展来看,两者在安全可靠性和技术经济性方面互有借鉴意义等结论。

珠江流域“西电东送”能源空间配置的综合效益分析

"西电东送"作为跨区域能源合作工程,引发了区域间经济利益关系格局的重新调整,也日益突显出区域环境利益间的关系。在区域协调发展的战略背景下,从能源配置的经济效益目标、环境效应与社会效益三方面,以珠江流域"西电东送"为案例,测算跨区域能源合作所产生的综合效应即总体净福利。研究结果表明西电东送工程建设改善了西部的交通条件和投资环境,增加了当地财政收入和就业机会。缓解了东部即广东省的电力紧缺局面,优化广东的能源结构,已产生减排SO2、缓解酸雨危害等环境效应。针对西部电能输出区大规模开发水电可能改变地质构造引发地震、产生水库移民以及高耗能产业向西部聚集形成新的污染源等环境问题,提出以提高社会总体净福利作为能源配置合理有效性的重要依据的观点,所探讨的跨区域能源合作多方共赢的动力机制,如生态补偿的市场化建议期望能对跨区域能源合作提示有益的启发。

能源产能空间集聚对区域能源效率的影响

中国能源分布存在显著的非均衡性,随着能源的不断开采及国家能源布局的调整,能源产能快速呈现出空间集聚的态势。在世界能源格局巨变和全球环境恶化的背景下,研究能源产能空间集聚对区域能源效率的作用机理和效应,能够为中国制定相关能源政策和能源战略提供有益指导。文章利用2000—2017年省级面板数据,通过构建能源产能空间集聚测度模型、全要素能源效率测度模型、能源产能空间集聚对区域能源效率的影响模型和中介效应检验模型,研究能源产能空间集聚对区域能源效率的作用机理和效应。结果表明:①中国东、中、西部地区能源产能空间集聚呈收敛态势。其中,东部地区集聚度逐渐减小,西部地区集聚度逐渐增大,中部地区集聚度先增后减。②中国区域能源效率差异明显,整体表现为东部>中部>西部的态势。③能源产能空间集聚对能源效率的影响具有明显的区域异质性。从全国看,能源产能空间集聚对能源效率具有显著正向效应;分区域看,东部地区能源产能空间集聚对能源效率具有促进作用,而对中、西部地区具有抑制作用。④能源结构和技术创新是能源产能空间集聚影响能源效率的重要因素。根据研究结论,文章提出了贯彻落实“抑制东部、控制中部、发展西部”的煤炭发展战略;加快推进中西部地区新能源发展,扩大碳交易机制范围,优化能源消费结构;大力推进中西部地区节能技术创新和节能产业发展,加大能源效率考核力度等政策建议。

能源工业网络空间安全风险与模型研究

随着能源工业技术体系在开放性、互联互通性和标准化工作等方面的需求越来越强烈,能源工业控制系统物理隔离的传统封闭环境面临着被逐步打破的压力。从关键基础设施和关键信息基础设施的角度,分析了能源工业控制系统的安全定位和不同能源工业体系的安全防护水平的差异性,研究了能源工业网络空间下基于信息物理系统的运营技术(OT)与信息通信技术(ICT)融合控制的安全风险,以及能量流、业务流和信息流深度融合的安全特征,提出了能源工业网络空间安全管理模型,力求实现能源工业网路空间的智能化感知、主动防御和预测性维护,提升能源工业网络空间防护能力。

消费总量控制下的能源空间配置路径及优化策略

本文尝试性将能源集中化配置模型引入到能源消费总量控制的研究框架,使用规模报酬不变与可变DEA模型,对山东省17地市2005—2015年的工业能源利用效率进行测度,进而结合各地市的边际节能成本(边际能源贡献)分析对能源进行优化配置,找出最优能源利用路径。研究发现:(1)山东省工业并未出现能源利用的规模报酬递减趋势,各地市实现了工业发展与能源优化利用的同步。(2)济南、青岛、烟台工业具有较高的能源效率,能够为其它地市的产业转型升级提供技术、经验与资金支持,形成技术扩散效应。(3)位于省区边界的滨州、聊城、临沂、枣庄能源利用效率不高,与其靠近内陆且缺乏中心城市辐射带动有关。(4)各地市最优消费路径比较实际消费路径,都呈现不同程度的偏移。偏移最大的为能源效率较高的青岛、烟台、威海等与能源效率较低的枣庄、日照、淄博与莱芜,特别是能源利用效率较低的上述四地市,必须缩减原始能源消费量20%以上,此分配结果与这些地区工业能源利用效率较低的表现相一致。据此可知,经济发达地区实际能源消费量普遍低于最优能源消费量,为负向偏离,可采用持续宽松的能源消费约束;经济次发达地区实际能源消费量相对最优能源消费量偏离较小,应维持现有能源消费量,保持能源消费低速增长的路径;经济不发达地区实际能源消费量普遍高于最优能源消费量,为正向偏离,应改变其能源依赖的发展模式,形成规制型的能源消费路径。

低碳城市建设对中国能源生产消纳耦合协调性的影响

运用2003—2020年全国288个地市级城市的面板数据,检验低碳城市建设对能源生产消纳耦合协调性的影响。研究发现:低碳城市建设能够通过加大地方主政官员晋升压力、促进企业绿色技术创新和推进居民生活绿色转型,对中国能源生产消纳耦合协调性产生正向促进作用;地方政府对能源安全的关注度将弱化低碳城市建设对能源生产消纳耦合协调性的促进作用;可再生能源生产消纳耦合协调性提高并不意味着资源型城市将丧失资源禀赋,资源型城市在不断寻求能源转型的过程中,能够形成新的发展优势。因此,需要继续加强低碳城市建设,统筹能源安全与绿色低碳发展,加快资源型城市能源转型,实现中国能源生产消纳空间格局的优化。

基于飞艇的能源空间站构想

能源系统是影响临近空间飞行器长时驻空的重要因素。论文提出了基于飞艇平台构建能源空间站的构想,从而给飞行器提供一种新型能源获取方式。论文首先介绍了能源空间站的基本组成与工作原理,在此基础上分析了能源空间站的关键技术。

质子交换膜燃料电池及其空间应用

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)、可再生燃料电池(RFC)的工作原理、性能和空间应用特点,以及发展航空航天器用可再生PEMFC系统的必要性和可行性。讨论了PEMFC和可再生PEMFC系统所面临的技术难点。最后,针对我国的实际情况,提出了分阶段发展PEMFC和可再生PEMFC的建议。

地球同步轨道空间双轴追日跟踪系统设计

为了实现在地球同步轨道上空间太阳能采集系统高精度对日定向,本文设计了基于C8051F040芯片的高精度双轴太阳跟踪控制器。该控制器首先根据当前时刻和空间位置获得太阳的基本位置,然后根据光能感应探测器的探测结果对太阳跟踪角度的偏差进行自动定位和校准。本系统地面实验效果良好,跟踪精度能够优于0.5%。

空间高技术产业的回顾与展望

空间高技术是21世纪初科学技术中发展最快的尖端技术之一,是一个国家科学技术水平的重要标志,对于经济发展和国家安全具有至关重要的作用。本文回顾了空间高技术产业现状,对未来新兴的空间产业进行了展望,分析了空间高技术产业的特点,简要阐述了对我国发展空间产业的几点启示。

珠江流域“西电东送”跨区域能源合作的动力机制研究

在区域协调发展的战略背景下,以珠江流域"西电东送"为案例,分析了跨区域能源合作的动力基础,即东西部均获得良好的经济效益、能源效益。根据未来广东、广西、云南、贵州4省区电力能源供需预测,从理论上分析能源规划的动态性与风险性,指出西电东送对于输出区即西部产生的生态环境影响是未来能源合作的制约因素,并进一步提出跨省区能源合作的可持续性在于参与方均能获得双方认可的等价交换。

城市居民生活能源消费研究进展综述

近十年来中国城市消费领域能耗年增长率已达到7.4%,超过中国总能耗量5.9%的年增长率。随着中国逐渐完成工业化进程,其工业用能将呈现增速放缓甚至总量减少的趋势,而居民生活及交通能源需求将随着人民生活水平提高而稳步增长,最终呈现总量与比重逐渐增加的态势。城市居民活动与其能源消费的定量化分析已成为当前多学科的研究热点。本文以家庭室内和室外直接能源消费作为研究对象,对城市居民生活能耗的影响因素、能源足迹核算方法、时间-室内能耗模拟,及空间-交通-能源耦合模拟等关键问题的研究进展进行综述。研究发现,第一,家庭能源消费属于派生性需求,不同的时间利用方式会产生能源消费水平和结构上的差异,但现有研究较少从时间及活动链分析角度展开。第二,由于家庭预算及时间约束的存在,室内外能源消费行为密切相关,但少有研究对上述两个城市生活部门的能源消费进行整体性分析核算。第三,基于活动的建模方法可以提供一种将居民室内外用能行为进行整合的分析框架。最后对今后该领域的研究开展进行了展望:第一,从活动分析和时间利用视角,建立自下而上的居民室内外用能活动仿真模型,在更小的时间和空间尺度模拟家庭能源需求,识别家庭能耗的主要来源、控制的重点人群、时段和区域,指导能源政策制定;第二,深入剖析能源回弹效应产生的决策机理,以及怎样的政策或政策组合可以有效减少回弹;第三,将社会网络分析引入居民生活能耗研究,更加全面理解影响家庭用能行为的机制,为家庭能源消费管理提供新思路。

一种变流限压式航天器间并网供电方法

提出一种变流限压式飞行器间并网供电方案,用于实现两个同电压体制飞行器间能量的可控、可靠传输。区别于国际空间站恒压限流式并网供电方案,变流限压式并网供电方法更有利于实现母线电压的稳定控制和能量的有效利用。本文分析了变流限压式并网供电方法的工作原理,通过仿真分析验证了方案的可行性,并通过搭建试验平台对并网供电的正常和极端工况进行测试验证。实验结果表明,变流限压式并网供电方案用于实现两个独立飞行器间功率并网是可行的,并网时母线电压稳定。