水和电力系统模型的软(单向)耦合是研究水资源可用性对电网性能影响的主要方法。然而,这种方法并没有明确地捕捉到电网状态与水系统层面的运营决策之间的关键动态相互依赖关系。在这里,我们解决了这一差距,并引入了一个新颖的数值建模框架,该框架将多水库系统模型和电力系统模型硬耦合起来。该框架捕捉双向反馈机制,从而使运营决策能够根据水和能源系统的状态做出。我们根据柬埔寨电网的真实案例研究评估了该框架。鉴于该国计划进一步实现电网脱碳,我们在三种电网配置上测试了该框架——原有电网和安装两种不同太阳能容量的电网。模拟实验在有反馈和无反馈的情况下进行,同时通过 1,000 个随机时间序列的流量、太阳能生产和负载探索外部强迫中的不确定性。正如我们的结果所示,水和能源系统的硬耦合降低了运营成本和二氧化碳排放量,同时增加了可再生能源的整合。在有利条件下(水库流量大且电力需求低),该系统的年运营成本节省了 44%,二氧化碳排放量减少了 53%。对水库运营和输电线路使用情况的时空分析表明,季风时间和各个电网组件之间的互连也在影响系统对硬耦合的响应方面发挥着重要作用。总体而言,像这样的模拟框架提供了一个建模框架,用于测试旨在提高水能系统性能的管理和规划解决方案。
• 国际资本市场协会 ( ICMA ) 绿色债券原则 1 ( GBP ); • 气候债券标准 2 目前为 3.0 版 ( CBS );以及 • 亚太贷款市场协会 ( APLMA ) 绿色贷款原则 3 ( GLP ),(统称市场标准)。 Meridian 深知发挥自己的作用帮助应对气候变化的重要性,该计划也对此表示支持。它使 Meridian 能够将其公司战略和愿景与其融资需求联系起来,并为想要进行符合市场标准的投资的投资者提供进行该投资的机制。 1.1. Meridian 简介 Meridian 通过风能、水能和太阳能产生 100% 的可再生电力,是新西兰最大的发电厂。Meridian 的业务还通过两个独特品牌—— Meridian 和 Powershop 扩展到电力零售。Meridian 拥有 1,000 多名员工,在新西兰和澳大利亚证券交易所上市,新西兰政府拥有 51% 的股份。目前,Meridian 在新西兰拥有 2,353MW 的水电装机容量和 416MW 的风电装机容量(截至本框架发布之日)。Meridian 的宗旨是为更公平、更健康的世界提供清洁能源。Meridian 认识到可再生能源在推动整个经济脱碳方面发挥的关键作用。Meridian 希望成为解决方案的一部分,致力于加快这一转变的步伐,并引领其他企业也这样做。作为 Meridian 对可持续发展承诺的一部分,本框架将用于资助或再融资可带来积极环境成果的项目和资产,这些项目和资产符合并有助于实现相关联合国可持续发展目标 (SDG) — — SDG13 气候行动和 SDG7 可负担的清洁能源 — — 并支持 Meridian 的可持续发展战略。
几乎所有塑料均来自化石燃料(主要是石油和气体)制成的材料(例如乙烯和丙烯)。提取和运输这些燃料的过程,然后制造塑料会产生数十亿吨温室气体。倾倒在垃圾填埋场中的塑料可能需要数百年的时间才能使用称为光降解的过程分解。随着时间的流逝,塑料分解成甲烷和乙烯,这也导致气候变化,尽管缓慢。其他毒素也被释放到局部生态系统中,引起地面污染。塑料产品的废物管理长期以来一直是一个问题。燃烧塑料废物是对人类健康有害的空气污染来源,但也将毒素和二氧化碳释放到影响全球变暖的大气中。在我们的海洋中,塑料直接窒息并窒息了许多海洋动物和栖息地,可能需要数百年的时间才能分解。随着我们的气候变化,行星变得更热,塑料分解成更多的甲烷和乙烯,增加了气候变化速度,因此使周期永存。微小的动力室(微型塑料)在从大气和水中取出二氧化碳并将其隔离在深海水槽中。我们的研究表明,塑料会影响排水,河道和水库的水能能力。这导致邻近土地的洪水以及生物多样性和生计的丧失。要结合塑料污染,需要采取一些步骤,例如政府应该对购物者在购物中心和市场上获得的每个塑料袋征收高费用,因为它会阻止人们一次使用后丢弃他们;人们应接受三个RS的教育:减少,回收和再利用塑料材料;在环境中丢弃水夹和瓶子所施加的危险。应鼓励纸袋;政府应发起一项运动,以打击该国的塑料袋和瓶子;政府应将“塑料污染法案”通过法律,以作为公民的指南。
毛细管现象在自然界中无处不在,直接参与生命系统的功能。[1] 天然多孔介质的特点是随机(如土壤、海绵)或有序(如木材、肺)结构。人造毛细管介质种类繁多,广泛应用于大多数行业,如过滤器、纺织品(编织和非编织)、吸收剂、陶瓷或组织支架。[2] 人们一直致力于改造多孔材料的毛细管特性,以实现改进的热学、[3] 机械学、[4] 电学、[5] 光学[6] 和生物医学 [7] 性能。除了本质上多孔的材料(如金属有机骨架 [8] )之外,最近的研究还集中于可以精细控制材料添加(如 3D 打印 [1,9] )或从块体材料中去除(如激光蚀刻 [6,10] )的制造工艺,以设计精确的孔隙结构。具有多功能工程设计的多孔材料特别适用于被动式能量转换装置。这些装置通常不需要高质量的能量输入,而且由于没有移动的机械部件,维护成本低,而且具有成本效益。此外,它们最适合离网安装,并且总体上可以促进与水能关系相关的行业的可持续转型。[11] 这些装置可以利用多孔毛细管介质来克服小水头,并在无需主动机械或电气部件的情况下为整个系统提供工作流体。已提出将其应用于蒸汽发电、[12] 海水淡化、[13,14] 盐沉淀、[15] 水卫生、[16] 太阳能热能收集 [6] 和冷却 [17] 等。显然,优化此类被动装置中多孔材料的毛细管特性对于提高其整体性能至关重要:毛细管特性差可能导致连续蒸发过程中干燥,并会严重限制可实现的最大装置尺寸。[18] 因此,毛细管特性不佳会严重阻碍整个系统的生产率和可扩展性。被动能量转换装置通常使用非结构化毛细管材料(如纸或商用纺织品)作为移动工作流体的被动组件。[19] 然而,考虑到
水是地球上最有价值的自然资源,在全球人类的社会经济发展中起着至关重要的作用。水用于各种目的,包括但不限于饮酒,娱乐,灌溉和水电生产。全球范围内预期的人口增长,再加上预测的气候变化引起的影响,需要积极有效地管理水资源。在最近的几十年中,机器学习工具已被广泛应用于各种与水资源管理相关的领域,并且经常显示出令人鼓舞的结果。尽管发表了几篇有关与水相关领域中机器学习应用程序的评论文章,但本评论论文首次对应用于水资源管理的机器学习技术进行了全面的审查,重点是最新成就。该研究研究了先进的机器学习技术的潜力,以改善水资源管理领域内各个部门的决策支持系统,其中包括地下水管理,水流预测,水分配系统,水质和废水需求和水需求和消耗,水电和水电和海洋能源,水能能源,排水系统以及洪水管理系统以及洪水管理和国防。本研究概述了对水工业的最新机器学习方法,以及如何使用它们来确保水供应可持续性,质量以及洪水和干旱。本评论涵盖了最新的相关研究,以提供水行业中机器学习应用的最新快照。总体而言,LSTM网络已被证明可以表现出可靠的性能,通常优于ANN模型,传统的机器学习模型和建立的基于物理的模型。混合ML技术在所有与水相关的领域中均表现出很高的预测准确性,通常显示出优于传统ANNS体系结构的卓越计算能力。除了纯粹的数据驱动模型外,还开发了基于物理的混合模型以提高预测性能。这些努力进一步表明,机器学习可以成为水资源管理的强大实用工具。它提供了见解,预测和优化功能,以帮助增强可持续的用水和管理,并改善社会经济发展,健康的生态系统和人类的生存。
适应:在本报告中用作自然或社区为减少气候变化的有害影响而做出的一种调整 BEV:电池电动汽车 生物柴油:一种源自植物或动物的柴油燃料 生物燃料:源自生物质(如植物或藻类材料、木材或动物粪便)的燃料 生物质:一般在本报告中,我们提到的生物质均指木质生物质,木质生物质是任何木材衍生产品(软木或硬木),能够通过直接燃烧或气化转化为能量;通过制粒转化为固体燃料;或通过无数过程转化为液体燃料。生物质也可以是来自植物和动物的可再生有机物质。 蓝碳:被沿海生态系统(如盐沼、海藻和海草床)埋藏或隔离在大气之外的碳 碳中和:森林和其他生态系统对二氧化碳的吸收平衡了排放 清洁能源:利用可再生或低碳资源(如太阳能、风能、水能、生物质或地热能)生产电能或热能。清洁能源的广义定义中还可能包括提高能源产出或减少能源消耗的节能措施以及储能等创新电网技术。 CHP:热电联产 气候:特定地点在一段时间内的平均天气状况。例如,气象学家经常将其与 30 年的时间段进行比较,这被称为气候正常值。 气候变化:数十年或更长时间内的气候差异。长期的气候变化/转变可能是自然和人为因素造成的。 CPRG:碳污染减少补助金 DEP:缅因州环境保护部 DER:分布式能源资源。生产和供应电力或可控负载的小型资源,它们连接到本地配电系统或安装在主机设施中,可能分布在广阔的区域。这些资源要么为电网提供能源,要么允许更好地控制电力需求,并且位于电网系统的各个地理位置,有时位于“电表后面”。 EPA:环境保护局
毛细血管本质上是无处不在的,直接参与了生活系统的功能。[1]天然多孔培养基的特征是随机(例如,土壤,海绵)或有序(例如木材,肺)结构。他们的人造顾问在大多数行业,例如过滤器,瓷砖(编织和非织造),吸收剂,陶瓷或组织脚手架中广泛采用。[2]工程设计了多孔材料的毛细管特性,以提高热量,[3]机械,[4]电气,[5]光学,[6]和生物医学[7]性能。除了本质上多孔的材料(例如,金属有机框架[8])外,该研究还集中在制造过程上,这些工艺可以很好地构成物质添加(例如3D打印[1,9])或去除(例如,从Bulking [6,10])从Bulk buts from Bulk Interal in Bulk Interipition from bualte interctuction。具有工程多功能性的多孔材料对被动能源转换设备特别希望。这些设备通常不需要高质量的能源输入,并且由于没有移动机械零件,需要低维护,并且具有成本效益。此外,它们对于离网装置是最佳的,通常,它们促进了与水能Nexus相关的行业的可持续过渡。[11]这些设备可以利用多孔毛细管介质克服小液压头并在整个系统中提供工作流体,而无需进行主动的机械或电气组合。[19]这些材料提供了有限的优化程度已经提出了用于蒸汽产生的应用,[12]淡化,[13,14]盐沉淀,[15]水卫生,[16]太阳能热能收集,[6]和冷却,[17]等。清楚地,优化这种被动设备中多孔材料的毛细血管特性对于提高其整体性能至关重要:较差的毛细管可能会导致连续蒸发过程中的干燥,并且会显着限制最大可实现的设备尺寸。[18]因此,亚最佳毛细血管特性将显着阻碍系统总体的生产率和尺度能力。被动能量转换设备通常使用非构成毛细管材料(例如纸张或商业纺织品)作为移动工作流体的被动组件。
前言 为了解决环境污染、全球变暖和能源不安全问题,世界正走上从化石燃料向清洁可再生能源转型的道路。然而,除非这种转型迅速、有效且几乎无处不在,否则世界将面临死亡率、气候变暖和经济不稳定程度大幅上升的风险。这本教科书从科学、技术、经济、政治和社会方面阐述了如何迅速将世界转变为完全清洁的可再生能源,以满足所有目的。这本书是我在斯坦福大学教授的一门课程的衍生品,其中包括如何将世界上目前的燃烧能源转变为 100% 清洁、可再生的风能、水能和太阳能 (WWS) 电力和热能,以满足所有能源目的;如何储存电能、热能、冷能和氢气;如何保持电网稳定;以及如何解决非能源排放源问题。虽然许多教科书教授清洁、可再生技术,但这本书还教授了如何将城镇、城市、州、省和国家完全转变为清洁可再生能源和储存所需的条件。它还描述了如何为城市、州和国家制定基于科学的清洁、可再生能源计划。许多国家、州和城市已使用这些计划来证明 100% 可再生和零排放法律和政策(包括绿色新政)的合理性。许多跨国公司也使用它们来证明 100% 可再生承诺的合理性。教科书进一步讨论了 100% 运动的历史,该运动源于科学家、文化领袖、商人和社区领袖之间的合作。最后,它讨论了迄今为止向 100% WWS 过渡的进展以及完成过渡所需的政策。过渡的动机本书的动机是空气污染、全球变暖和能源安全是当今世界面临的三大问题。大多数科学家认识到必须迅速实施这些问题的解决方案。室内和室外空气污染持续的每一年,都有 400 万至 900 万儿童和成人死于此。如果到 2030 年不能消除至少 80% 的导致全球变暖的排放,到 2050 年或更早不能消除 100%,全球平均气温可能会上升至少 1.5
人类社会的快速发展导致能源消耗大幅增加,导致全球能源短缺以及由于使用不可持续的化石燃料而引起的严重环境问题。例如,大量使用煤炭和石油导致碳排放,这是全球变暖和气候变化的主要因素。发展绿色和可持续的能源道路比以往任何时候都更加紧迫。在这方面,阳光、风能和水能等能源对于建设清洁和可持续的未来至关重要。例如,人们可以通过太阳能电池装置从太阳中产生电能。之后,这种电能可以通过电池或超级电容器以电荷的形式储存,也可以通过电化学催化转化以化学物质的形式储存,可以远距离运输或长期储存以供最终使用。这些新能源技术和设备(包括光伏、储能和能量转换)的效率是决定它们能否大规模实施的关键。高性能材料在确定这些技术的效率方面起着核心作用,因此在很大程度上影响着这些清洁能源技术的使用以及实现全球碳中和使命的道路。在这期以能源转型迈向碳中和为重点的特刊中,我们收集了 27 篇论文,讨论了这些重要的能源过程,并展示了先进材料及其制造如何影响这些技术的效率,包括太阳能电池、电催化装置和储能装置。太阳能电池是一种可以吸收太阳光并通过活性成分将其转化为电能的装置,活性成分包括钙钛矿材料 [1–5]、有机分子 [6,7] 和无机材料 [8,9]。活性材料或电荷传输层中的缺陷以及不同组分之间的界面质量是需要优化的重要因素,以提高太阳能电池的光电转换效率 (PCE)。Yi 等人。 [1] 报道了使用多功能磷乙醇胺来抑制电子传输层 SnO 2 中的缺陷,并提高柔性钙钛矿太阳能电池的 PCE。为减少缺陷处的非辐射复合损失,Wang 等人 [2] 使用阴离子表面活性剂硬脂酸铯来钝化缺陷并提高金属卤化物钙钛矿太阳能电池对光和湿气的耐受性,使 PCE 达到 23.41%。考虑到离子迁移是柔性钙钛矿太阳能电池中的一个问题,
• 卫星观测对于监测地球生态健康至关重要,但它们需要进行太空发射,而这引发了使用固体推进剂排放温室气体和有毒气体的悖论 [1、2]。太空活动还会产生空间垃圾,这些垃圾越来越被认为是低地球轨道活动的祸害 [3]。限制微碎片的产生和设计能够承受其动态相互作用的航天器结构 [4-6] 已成为航天工业面临的新挑战。航天飞机发射仍然主要使用碳基推进剂。预计在不久的将来会出现更环保的发射方法;液氢可能会创造新的前景 [7]。 • 能源生产仍然是我们技术世界的一个关键问题,而到 2050 年需要将温室气体排放量与 1990 年相比减少近 90% 也限制了能源生产。可再生能源是有助于实现成本、环境、安全和就业机会四重困境的可能方法之一 [8]。然而,能量收集很大程度上依赖于风能、太阳能或水能,而这些能源无法在每天甚至整个季节都提供恒定的效率,尤其是在当地需求强劲、能量储存不足的情况下。可再生能源可以通过无碳能源提供,例如氢能[9、10]和核能[11],同时考虑生命周期评估[12]。•交通运输也在进行重组。这个行业也深陷成本、环境、可靠性和就业机会的四难困境。随着电动汽车的普及,汽车行业与可运输能源紧密相连。液氢作为无碳能源的最新发展也带来了挑战[13],甚至在飞机推进领域也是如此[14]。•未来的工业将由新材料和创新生产工艺组成,这些材料和工艺必须应对能源和回收限制,同时保持成本效益。如果没有先进技术的参与,这是无法实现的。在新材料中,微结构材料、纳米结构材料、超材料和晶格材料引起了科学界的广泛兴趣。诸如依靠电磁源高脉冲功率 [15] 和脉冲激光源 [16] 的金属成型领域的创新工业工艺正在彻底改变制造业。近年来,增材制造方法 [17] 和加工技术(如电磁和爆炸焊接 [18, 19] 和搅拌焊接 [20])也取得了进展,从而扩展了成型极限和多材料组装。无论如何,最终产品和新材料的可靠性需要根据机械行为来表征。