实现净零排放需要经济各个部门进行大规模变革,推动这一转变的努力正在加大。过去几年中,通过“气候创新2050”计划,气候与能源解决方案中心 (C2ES) 与不同部门的领先公司密切合作,研究到 2050 年实现美国经济脱碳的挑战和解决方案。正如我们在《迈向零排放:美国气候议程》中所述,实现净零排放需要进行大规模变革,但也需要我们解决一些独立且紧迫的挑战。为了让政策制定者了解这些近期和长期问题,C2ES 发布了一系列“近距离观察”简报,以探讨脱碳挑战的重要方面,重点关注关键技术、关键政策工具和跨部门挑战。这些简报将探讨政策影响并概述到本世纪中叶实现净零排放所需的关键步骤。
热储能过程可分为化学过程和物理过程[14,15],其中物理储热又细分为显热储热(SHS)和潜热储热(LHS)。SHS 是最简单、最常见的储热形式。在此过程中,热量通过改变材料温度但不改变相态的系统进行交换。床层温度主要通过传导、对流和辐射来改变,从而吸收(或释放)热能。在这些解决方案中,储存材料的温度值变化非常缓慢。显热可以用以下公式描述[14,16,17]:
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传统的能源系统建模和运行方法基于系统设计和性能优化。在系统设计优化中,满足热能或电能需求的系统的热特性或机械特性是单独得出的,没有与能源集成,也没有与需求交互,导致能源性能低效。本文对生物质能热电联产 (BCHP) 系统在区域供热系统中的集成以及与热能存储的耦合进行了重点回顾。在 BCHP 设计中,作为区域供热系统一部分的相关组件的适当尺寸非常重要,以提供最佳调度策略以及在与热能存储配合使用的同时最小化成本和环境影响。本文还研究了在区域系统背景下生物质能能源系统的可行性、评估和集成的未来战略。
能源计划是实现低碳高效能源供应的能源转型过程的核心。它们旨在为能源转型过程提供信息、指导和引导。例如,人们认为能源计划可以为引导转型提供见解 [1] ,在高度不确定的情况下指导决策 [2] ,或促进替代技术路径 [3] 。本文分析了能源计划如何帮助引导那些正在应对不确定和模糊的能源转型的参与者 [4] 。处于持续能源转型中的参与者需要在不了解其行动可能产生的影响的情况下做出决策,因此他们经常求助于知识生成,以减少不确定性、评估其选择或预测其行动的后果。虽然计划在科学和专业能源规划界都得到了广泛使用,但它们的使用方式并未受到太多关注。为了解决这一研究空白,本文采取了一种新颖的方法,研究能源计划如何为投资创新技术的参与者的感知过程提供信息。本文通过反思计划的实际用途,而不是假设其在不确定情况下的实用性,为现有的能源规划文献做出了贡献。这是通过案例研究实现的,该研究遵循了投资热能存储 (TES) 的过程,从将其概述为低碳能源系统的众多重要技术之一,到最终决定投资 TES。
目的:通过光伏燃料电池混合储热控制设计与仿真,进一步优化光伏燃料电池混合储热系统。方法:首先建立光伏发电数学模型,然后采用电压反馈、功率反馈、扰动观测法、电导增量法对系统最大功率进行跟踪;之后建立质子交换膜燃料电池动态模型,采用前文中的最大功率点跟踪控制策略保持电压稳定;最后进行仿真实验,验证所提控制策略及电池模型的有效性及优越性。结果:燃料电池阳极侧氢气压力能以较快的速度维持在0.3MP;在输出过程中,燃料电池电压远小于燃料电池极化电压,其电压从14秒到16秒逐渐下降,一旦光照突变,系统也能准确定位并跟踪最大功率点,输出电量。结论:基于光伏发电数学模型和质子交换膜燃料电池动态模型,光伏燃料电池混合储热系统具有很大的优势,能够保持电压稳定,及时跟踪系统最大功率,对光伏发电的后续研究具有重要意义。关键词:光伏,燃料,热能,储能,
提高我们运输、储存、转换和有效利用热能的能力将在避免全球平均气温上升超过 2°C 方面发挥不可或缺的作用。尽管存在这一关键需求,但目前的热科学研究与深度脱碳所需的研究之间存在显著脱节。在这里,我们重点介绍了五项我们认为可能对全球排放产生重大影响的热科学和工程重大挑战。这些挑战是根据对其潜在影响大小的估计(即通过评估如果该技术最大限度地成功,可以减少的全球温室气体 (GHG) 排放量比例)以及我们自己对科学进步和技术突破机会大小的看法和定性评估确定的。例如,尽管提高固定电力部门热机的效率可能会产生影响,但这里并没有重点介绍,因为目前的热机已经非常接近其热力学极限运行。
1. 更新作者 2018 年 5 月发表的早期论文《英国热能脱碳和“绿色气体”的作用》(Keay 2018a)中的技术讨论。自那以后,英国政府采纳了 2050 年的零净碳排放目标,这是一项重大进展。这使得 2018 年论文中研究的核心方案(用甲烷蒸汽重整产生的氢气替代天然气)不太可能成为实现热能脱碳的可接受途径。即使采用碳捕获和储存 (CCS),排放量对于零碳情景来说也太高了,因为 CCS 通常只能去除蒸汽重整过程中产生的高达 90% 的二氧化碳(尽管将二氧化碳的使用添加到混合物中 - 即 CCUS - 可能会改变这一情况)。然而,早期论文中讨论的核心问题仍然存在 - 热能需求达到峰值,这使得仅依靠电力变得困难。因此,混合方案现在成为政策讨论中的“领跑者”,即大部分热能需求将通过热泵用电来满足,而峰值需求则只通过氢锅炉来满足。如果运行高效,锅炉的使用时间只需要 10% 左右,因此任何排放都可以保持在非常低的水平,因此可以现实地假设这些排放可以通过信用额度(如果允许)或经济其他领域的负排放来抵消。
摘要 热能存储 (TES) 和需求响应 (DR) 通过弥合制冷能源需求与生产之间的差距,为减少电力消耗、碳排放、投资和制冷能源的运营成本提供了独特的优势。为了向政策制定者、系统规划者、投资者、清洁能源倡导者和其他相关方提供全面的指导,以加速 TES 和 DR 技术的发展,本文全面概述了最常见的制冷用途的 TES 和 DR 策略,涵盖了工作原理、优势、发展阶段、技术限制、适用应用和向低碳经济转型的潜在增长机会。还讨论了研究方向和政策建议,以更好地开发和部署 TES 和 DR,特别是在亚洲。能源用户和系统规划者可以选择最合适的 TES 和 DR 技术来减少其能源系统的电力消耗和碳排放,而政策制定者、投资者和清洁能源倡导者可以为消除 TES 和 DR 部署的经济、监管或客户相关障碍做出贡献,这将共同帮助充分释放 TES 和 DR 技术巨大的经济和环境潜力。关键词:热能存储、需求响应、相变材料、低碳、清洁能源 JEL分类:O、O3、O31
卡利卡特国立技术学院是一所公立学院,成立于 1961 年。学院坐落在风景如画的西高止山脉山麓,位于卡利卡特市东北约 22 公里处。这是一所享有盛誉的学院,本科、研究生和研究水平都以卓越著称,培养学生的民族融合精神并与工业界密切互动。