基于斜坡和山体的重力储能技术研究进展

大力发展可再生能源并实现清洁能源变革,是实现碳达峰碳中和的重要途径,电网对各种储能技术的需求日益增长,而规模化储能技术是有效解决可再生能源并网问题的重要技术途径。抽水储能是标杆性的物理储能技术,技术成熟、应用广泛且装机容量最大,是规模化物理(重力)储能技术的典范;重力储能是最近引发广泛关注的新型物理储能技术,按照应用场景的不同分为多种技术类型。本文首先介绍了依托山体、倾斜矿井的斜坡重力储能的原理和结构,并根据应用场景和技术特点进行了分类阐述,包括依托山体斜坡的抽水储能、轨道式重力储能和缆索式重力储能等技术类型;然后回顾了不同类别依托斜坡重力储能技术的研究进展和应用情况,并阐述了每种技术类型的优势和不足;据此提出一种更为优化的斜坡重力储能技术——斜坡缆-轨式重力储能技术,不仅融合了斜坡轨道式重力储能与斜坡悬架缆车式重力储能的优点,且避免了两者的缺点;最后概述了当前斜坡重力储能技术存在的关键问题,并就其发展与推广应用进行了展望。

平抑风电波动的电-氢混合储能容量优化配置

针对电-氢混合系统协同平抑接入新型电力系统的新能源波动问题,提出考虑碱性电解槽运行特性的电-氢混合储能容量优化配置方案。首先,基于经验模态分解,将原始风电功率信号分解为符合波动量限值的直接并网分量和混合储能功率任务;在综合考虑电化学储能和氢储能介质充放电功率约束和存储状态约束的基础上,制定计及碱性电解槽运行特性的混合储能能量管理策略。基于此策略,以综合成本最小为目标,建立用于平抑风电波动的电-氢混合储能容量配置模型,并通过实际数据进行计算分析。算例结果表明,所提策略下的容量配置方案,在满足平抑需求的前提下,可以有效提高系统经济性。

碳中和目标下中国天然气工业进展、挑战及对策

天然气在21世纪中叶将迈入“鼎盛期”,“天然气时代”正在到来。回顾全球天然气工业历程,梳理美国页岩革命启示,总结中国天然气发展历史与成果进展,分析天然气在能源绿色低碳转型中的地位与挑战,提出当前和未来中国天然气工业的发展对策。中国天然气工业经历了起步、增长、跨越3个发展阶段,已成为世界第4大天然气生产国与第3大消费国;天然气勘探开发理论技术取得重大成就,为储量产量规模增长提供了重要支撑。碳中和目标下,推动绿色可持续发展,天然气工业发展挑战与机遇并存。天然气低碳优势显著,“气电调峰”助力新能源发展;同时,开采难度与成本加大等问题更突出。为保障国家能源安全,实现经济社会与生态环境和谐共生,碳中和进程中,立足“统筹布局、科技创新;多能互补、多元融合;灵活高效、优化升级”,完善产供储销体系建设,加速推动天然气工业发展:①加大天然气勘探开发力度,规划部署重点勘探开发领域,突破关键理论,强化技术攻关,持续支撑增储上产;②推进天然气绿色创新发展,突破新技术,拓展新领域,融合新能源;③优化天然气供需转型升级,加大管道气、液化天然气布局和地下储气库建设,建立储备体系,提升应急调节能力和天然气一次能源消费比例,助力能源消费结构转型,实现资源利用低碳化、能源消费清洁化。

基于DeST的超低能耗建筑负荷特性研究

为实现节能减排,进一步降低建筑的能耗,通过DeST软件对严寒地区SJZU超低能耗示范中心建筑的负荷进行模拟计算,对比超低能耗建筑和不同节能水平的建筑负荷特性,分析新风量和内扰对建筑负荷的影响规律,利用数学分析方法研究内扰因素对建筑负荷的显著性。结果表明:典型超低能耗建筑的全年最大热负荷为14.74 kW,全年最大冷负荷为13.23 kW;全年累计负荷较不同节能水平下的节能建筑显著降低;人均新风量增加5 m^(3)/(h·人),全年累计热负荷平均增幅为4.73%,而全年累计冷负荷几乎不变;超低能耗建筑全年累计负荷的影响最显著的内扰因素是人员密度。

水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调及驱动力分析

为加深对我国水资源、能源、粮食、生态系统协同演变趋势的认识,构建水资源-能源-粮食-生态多维系统指标体系,运用耦合协调度模型对我国2005—2020年水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调度进行评价,并采用多因素归因分析法进行驱动力分析。结果表明:我国水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调度从2005年的0.55增长到2020年的0.84,各地区耦合协调度从勉强协调发展水平过渡到中级协调发展水平,各子系统对耦合协调度上升的驱动分别经历了由粮食子系统到生态子系统再到水资源子系统主导的过程;能源子系统的贡献率虽然比较小,但是未来可能是各地区提升水资源-能源-粮食-生态系统多维系统协调发展水平的突破口。

能源资源开发区域大气CO_(2)时空变化及影响因素分析

分析能源资源开发区域大气碳浓度的时空变化和影响因素,对于探索“碳达峰”“碳中和”背景下能源资源开发高质量发展路径至关重要。新疆维吾尔自治区是我国重要的能源和战略资源基地,本文面向新疆维吾尔自治区的能源资源开发现状,采集并预处理了2015—2021年轨道碳观测卫星-2(Orbiting Carbon Observatory-2,OCO-2)二氧化碳L3数据产品,分析研究区大气碳浓度的时间变化趋势和空间分布格局,构建深度森林回归模型,并分析各影响因素对碳浓度时空变化的驱动作用。结果表明:(1)新疆维吾尔自治区、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地XCO_(2)浓度在2015—2021年均呈周期性上升趋势,增长率呈“先减后增”,且季节变化趋势呈现明显的“春季高冬季低”;(2)在春、秋和冬季,新疆XCO_(2)浓度空间格局呈现“北高南低”的趋势,在盆地区域及能源资源开发区域出现XCO_(2)高浓度积聚现象,夏季则呈现“北低南高”趋势;(3)地形起伏、风场流速、NDVI、地表温度、降水量、10 mV风、10 mU风和能源开发强度对区域XCO_(2)浓度时空分布有显著影响,各因素呈现明显的空间异质性和显著差异。研究结果有助于理解能源资源开采区域的大气碳浓度时空演变机制,在国家碳减排目标的实现、指导碳中和策略、追踪碳减排效果等方面具有深远意义。

基于改进模拟退火遗传算法的高速公路服务区自洽能源系统高能效优化

针对高速公路自洽能源系统高能效优化的问题,基于改进模拟退火遗传算法(SA-GA),提出了一种综合考虑经济目标和环保目标的自洽能源系统高能效优化运行策略。首先根据高速公路服务区自洽能源系统中各电力单元特性,建立一种综合考虑系统经济性和环保性的能效目标函数;其次根据高速公路服务区自洽能源系统的分类,建立了不同类型系统对应的约束条件;为避免遗传算法易陷入局部最优的缺陷,引入模拟退火算法,对改进后的SA-GA算法采用降温函数,寻找全局最优解;利用新疆某高速公路服务区自洽能源系统发电和负荷数据,并在传统服务区负荷的基础上进一步考虑新能源汽车充电站的影响。测试函数测试结果表明:SA-GA算法在求解速度和稳定性方面有明显提升,改进SA-GA算法对夏季、冬季典型日能效优化的结果,相较于遗传算法,在寻优精度提升约为20.33%。

中国“新能源矿产目录”厘定研究

全球能源体系正在加速从传统能源向新能源转变,新能源产业发展需要的矿产资源已成为大国博弈的焦点。科学厘定我国“新能源矿产目录”,对于保障国家能源安全和经济安全意义重大。首先,界定了新能源、新能源“产-储-运-用”体系、新能源矿产的概念,据此进一步提出了涵盖重要性、关键性及新能源领域对矿产需求影响程度3个维度的中国“新能源矿产目录”评价体系和评价方法;然后,按照“产-储-运-用”的4大环节梳理出新能源领域主要使用的43种矿产作为备选矿产清单,并通过系统评价确定了涵盖锂、铜、钒、硅(高纯石英)、钕、镝、镨、铽、铀、铂等19种矿产的中国“新能源矿产目录”;最后,分析了我国新能源矿产的供应保障情况,指出我国8种新能源矿产高度紧缺、依赖进口,另外11种矿产目前能够保障需求,未来极有可能面临供不应求、依赖进口的局面,亟需提前布局,加大勘查开发和投资力度,确保国家新能源矿产资源稳定供应。

2023年中国储能技术研究进展

本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

平衡多维度的能源转型——2024年剑桥能源周主要观点

2024年第42届剑桥能源周以“多维能源转型:市场、气候、技术与地缘政治”为主题,深入探讨应对动荡世界的能源策略。本届能源周就复杂地缘政治格局下保障能源安全,推动公正、可持续能源转型展开讨论,议题涵盖地缘政治、全球经济、油气市场、能源融资、应对气候变化、碳市场及产业政策,以及生成式人工智能(AI)、氢能、生物燃料、甲烷控排、碳捕集利用与封存技术(CCUS)、地热和核聚变等技术发展问题。同时也展现了各国低碳与新能源政策的差异,以及石油公司在应对低碳转型、技术创新等问题时的战略思维和实施路径差异。建议中国能源企业、智库和研究机构积极参会并发出中国声音,增强与国际公司和国外机构的合作交流,以商界和学界纽带对冲政治压力;密切关注国际石油公司归核化趋势,积极开拓海外优质新项目,把握发展中国家市场增长机遇;中国炼化企业应加快走向海外市场,扩大出口规模,提升炼化产能利用率和资产回报率,更好地实现业务的转型与战略接替。

新型能源体系发展背景下煤炭清洁高效转化的挑战及途径

当今世界地缘政治风险加剧、气候环境问题凸显,能源转型变革加快。在此背景下,构建更加适应形势变化的能源体系对提高我国能源供应系统的可持续性及安全稳定性意义重大。目前我国化石能源仍占据主体地位。油气资源存在能源安全问题及新能源技术水平有待提升,中国短期内对煤炭能源仍将保持较高依赖性。因此,推进煤炭清洁高效转化对于新型能源体系的构建具有重要意义。首先对新型能源体系的具体内涵与构建方向展开讨论,并在此基础上,对新时代中国煤化工产业的发展现状以及面临的机遇与挑战进行了阐述,以期为煤炭的清洁高效转化技术的进步及煤化工产业的未来发展提供建议。新时代要求赋予新型能源体系更多的内涵。因此从战略上看,未来能源体系应具备“安全高效、清洁低碳、多元协同、智能普惠”多个特征,这也对煤炭产业的清洁高效发展提出了更高的要求。我国的煤炭清洁高效转化已取得显著进步,但多个关键技术仍亟待突破。结合煤炭产业转型发展与“双碳”目标关系的系统性认识,在新型能源体系建设的需求下,推进煤炭清洁高效转化对于社会经济发展、助力“双碳”目标实现具有重要意义,其关键在于加强该领域相关学科专业的基础研究和煤炭清洁高效转化技术的创新开发。

“东数西算”背景下多数据中心联合消纳可再生能源途径研究综述

“碳达峰、碳中和”和“东数西算”战略目标背景下,新能源装机占比和数据中心机架数量持续增长,数据中心的负荷调节能力可有效促进新能源消纳。与传统的可中断、可转移负荷不同,数据中心作为一种用电量可观的新型负荷,在时间、空间尺度上均有调节潜力。因此,立足于现有研究成果,该文首先对数据中心能耗模型进行分析,对比了几种常见的建模方法;其次,通过对数据中心时空转移特性的定性分析和对消纳可再生能源潜力定量评估方法的总结,揭示了数据中心的消纳潜力;再次,分别从技术和管理2个层面梳理了数据中心消纳可再生能源的途径;最后,展望了“东数西算”背景下多数据中心联合消纳可再生能源的途径,为可再生能源消纳提供新的思路,助力我国“双碳”目标的实现。

2023年全球能源行业发展特点与未来展望

2023年,全球能源行业在调整重塑中渐进式复苏,总体上呈现出能源价格整体回落、能源供需基本平衡和能源转型稳妥推进的3个特征。介绍影响全球能源行业发展的主要原因,分析全球和中国的能源行业发展特点和展望,提出促进全球能源行业发展的建议。主要观点:(1)2023年,受地缘政治、气候变化、低碳转型和技术变革等多重因素的影响,全球能源行业的发展环境日趋复杂;(2)经历2022年地缘政治风险冲击,各国对能源安全的重视明显增强,对能源转型的认识更趋于理性;(3)中国统筹能源安全与转型发展,以构建新型能源体系为契机,在推动自身能源行业高质量发展的同时,也在积极促成全球能源合作和推动全球能源转型。

基于多元储能的分布式能源系统优化调度方法研究

为进一步构建清洁低碳、经济节能的供能系统,研究建立了含风、光以及多元储能的分布式能源系统,针对北京某办公园区,采用DeST预测用户负荷以及当地风、光条件。以经济性、节能性和环保性三方面的综合效益最大为目标,提出一种自适应优化运行策略,分别采用穷举搜索法和遗传算法对系统优化调度方案进行优化。同时,采用以电定热运行策略作为对照,对比分析几种不同运行策略下系统的综合效益。结果表明:传统以电定热运行模式下的综合效益平均值为0.41;而在自适应优化运行策略下,使用遗传算法得到的调度方案,其综合效益平均值可达0.5,穷举搜索法得到的运行方案,其综合效益平均值可达0.51。

基于内聚力模型的再生沥青混合料低温断裂性能研究

内聚力模型(CZM)在沥青混凝土开裂研究中得到了广泛应用,但采用内聚力模型对再生沥青混凝土断裂的研究还很少。本文采用随机算法和坐标控制法建立包含旧集料和新集料的再生沥青混合料半圆弯拉模型,将模型分为集料同分布模型和集料随机分布模型两类。研究-10℃时不同RAP掺量(0、25%、50%、75%、100%,质量分数)对再生沥青混合料SCB试件应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)的影响。研究结果表明:无RAP掺入的SCB试件具有较好的断裂性能;随着RAP掺量增大,应力强度因子K_(IC)、断裂能G_(F)和抗裂指数I_(CR)均减小,表明RAP的掺入会削弱沥青混合料的低温断裂性能;采用有限元模型得到的断裂参数与室内试验结果一致;相比于集料同分布模型,集料随机分布模型各评价指标的变异性系数整体更大,表明集料分布状态对开裂结果有一定影响;当计算样本足够多时,这两类模型获得的抗裂参数变化规律一致,可有效评价再生沥青混合料断裂性能。

基于虚拟储能的综合能源系统用能协调控制策略

多能互补综合能源系统(Integrated Energy System,IES)是提高分布式新能源渗透率和增强终端能源消费灵活性的重要手段,针对现有技术在多能系统对外能量特性建模和多系统交互策略方面研究的不足,文章提出了一种基于虚拟储能的综合能源系统用能协调控制方法,基于多代理技术构建楼宇-代理商-配网三层能量交互架构,以描述系统对外特性的虚拟储能模型为交互接口,量化分析管控多楼宇和并网储能、微燃机等多能分布式资源的代理商的虚拟储能。在此基础上,按照系统空间范围扩大递进分析,构建基于多代理的综合能源系统用能协调控制策略,该策略能够根据决策目标最大化利用以配电网为核心的楼宇、园区等各层级综合能源系统的资源,尽可能实现自治运行。

油气企业销售业务和加油站转型路径设计

“双碳”目标背景下,国内能源结构加速调整,新能源汽车开始发力,对传统油气企业业务影响深远,尤其是给终端销售环节带来的冲击和影响巨大,油气企业的销售业务与加油站经营亟待转型。文章分析光伏发电、充电、换电、加氢四大赛道无法承载销售业务转型的原因;并探讨油气企业打造电氢新能源产业链的设想,销售业务以补能为中心纵向延伸、横向拓展构建培育“车—能—路—云”融合发展新生态服务模式。销售业务转型需要以加油站和站外站为依托,站点通过分步、分类、分层、有序转型推动销售业务转型。提出了智慧化建设、投资策略、考核引领、机构设施、人才培养以及跟踪研究等方面的建议。

中国能源政策2023年回顾与2024年调整研判

2023年,在世界地缘政治动荡、能源价格中高位徘徊、应对气候变化以及绿色低碳转型等多种因素持续交错叠加背景下,中国能源政策坚持战略定力,进一步聚焦能源安全保障、促进多品种能源融合发展、能源与数字信息化技术耦合协同、推动天然气加快发展,以及进一步加快绿色低碳能源布局和规模发展。2024年,中国将继续深化能源体制改革,提升能源产业链供应链韧性和安全水平;提升天然气在能源结构中的地位,促进天然气全产业链发展;推动新型能源体系建设,促进电力市场与新能源发展;加快碳市场体系建设,遏制碳排放上升态势,最终为构建新型能源体系和促进能源产业现代化发展夯实政策基础。

考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度

为有效应对海上风电固有的间歇及波动性给港口多能微网带来的不确定性风险,提出一种考虑移动氢能存储的港口多能微网两阶段分布鲁棒优化调度模型。首先,结合Wasserstein距离实现风电出力概率分布模糊集的精确刻画,并通过非参数核密度估计拟合海上风电预测误差概率分布,获得不同置信水平下风电出力区间及场景。其次,分析氢能船舶、汽车等移动氢能存储资源对间歇性风电出力的能源存储潜力,并结合用能心理、交通属性差异,将两者分别建模为激励型、价格型需求响应,实现港口移动氢能存储灵活性资源的高效聚合。再次,针对含移动氢能存储的港口多能微网,构建基于概率分布模糊集的日前-日内两阶段分布鲁棒优化调度模型,并运用线性决策规则与强对偶理论将其转换为混合整数线性规划模型求解。最后,基于海上风电实测数据进行仿真验证。结果证明,移动氢能存储可显著提升港口多能微网的低碳灵活性,所提模型在兼顾港口多能微网经济性的同时,可进一步保证风电不确定性风险下的鲁棒性。

太阳能光伏发电技术发展现状与前景

太阳能光伏发电技术综合了半导体材料、电力电子技术、现代控制技术、蓄电池技术和电力工程技术,已成为当前新能源发电领域备受研究关注的综合性技术,具有发电过程简单、电能供应稳定、使用范围广、清洁无污染等优点的太阳能光伏发电技术。在当前绿色能源背景下,太阳能光伏发电技术在我国取得了长足发展,重要性日益凸显。介绍光伏发电基本原理、常见技术,阐述国内外现有光伏发电技术现状,探讨光伏发电技术应用,展望光伏发电技术的发展方向。