农业能源互联网背景下,在农业生产中进行电能替代可有效减少碳排放,提高环境质量,是实现“碳达峰”与“碳中和”目标的重要路径。基于大量新型农业电力负荷数据,分析了电能替代在农业生产中的潜力。提出通过接纳分布式可再生能源,将农业与能源深度耦合,建立低碳农业系统,通过数字孪生技术实现对农作物生产系统的智慧管控,在农业园区中构建虚拟电厂,削弱新能源输送带来的负面影响,提高能源利用率以及园区效益,从而实现农业能源互联网清洁、低碳、高效发展。
由于电力电子设备和新能源的高渗透率,电力系统存在惯性减小、系统强度变弱的趋势,稳定性问题也越来越严重。为提升系统稳定性,提出一种构网型变流器技术,可发挥变流器灵活可控的优势,补偿系统缺失的惯性阻尼,为系统提供可靠的电压、频率支撑。比较了构网型控制技术与跟网型控制技术的差异,介绍了几类构网控制策略与构网型高压储能技术。指出该技术目前面临的瓶颈与挑战以及可实现的解决思路。研究结果显示,构网控制技术能够有效提升电网惯量阻尼特性,为系统提供电压和频率支撑,在高比例新能源和高比例电力电子设备的新型电力系统中有广阔的应用前景。
为实现国家碳中和、碳达峰的能源战略目标,利用光伏/风电等绿色能源制氢是一条重要技术途径,但光伏/风电等绿色能源的强波动性会严重影响电解水制氢系统的动态适应性和运行可靠性。介绍了风力、光伏及风光互补等波动性电源制氢技术的特点,对比分析了电解水制氢技术的原理及经济性。针对波动性电源电解水制氢面临的发展困境,提出了高效稳定的风光波动性电源电解水制氢的技术路线预想,聚焦系统优化配置、运行过程稳定控制和高效延寿控制3个核心技术,以延寿控制管理为最终目标,有力保障风光波动性电源电解水制氢系统安全、稳定、经济运行,以期为风-光-氢产业链的良性发展提供思路。
储能是实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”的关键技术，压缩空气储能具有储能容量大、系统效率高和运行寿命长等优点，是一种适合大范围推广的规模化电力储能技术，也是电网侧规模化消纳可再生能源发电的重要手段。通过对压缩空气储能技术的发展过程进行综述，全面阐述不同形式压缩空气储能系统的工作原理、研究现状以及目前所面临的挑战，从压缩热储存角度分析压缩空气储能未来发展趋势，为压缩空气储能系统的设计提供参考。研究结果显示，随着高温储热技术的发展，高温绝热压缩空气储能技术因其效率优势成为未来压缩空气储能技术发展的热门方向。使用低熔点熔盐作为压缩空气储能系统中储存高温压缩机压缩热的储热介质，可以将压力水的储存温度降低，显著降低压缩空气储能系统的初投资成本。
在国家“30·60”战略推动下,虚拟电厂成为开展新型电力系统建设、解决能源变革的重要手段,是实现“双碳”目标的一个重要发展方向,为新能源电力的安全高效利用开辟了一条新的路径。首先,对虚拟电厂的内涵概念进行阐述,并在此基础上分析了我国虚拟电厂产生的客观大背景,结合目前我国虚拟电厂的外部政策环境剖析了当前虚拟电厂的主流业务板块;然后,简要介绍了国内外已经开展的虚拟电厂应用案例,进而归纳出虚拟电厂当前和未来快速发展所必须的可控资源、关键技术、市场机制等支撑要素;其次,对虚拟电厂的3个发展阶段进一步阐述,并对我国虚拟电厂发展中的现实问题进行了概况分析;最后,在完成对虚拟电厂基础特征内涵与发展现状概述的基础上对虚拟电厂在未来的发展进行了展望。
熔盐是一种理想的储热介质，具有黏度低、蒸汽压低、热稳定性高、储热密度高等优点，因此熔盐储热技术可以广泛应用于太阳能光热发电、火力发电机组的调峰调频、供暖与余热回收利用等领域。目前对熔盐储热关键技术的研究普遍以太阳能光热发电为中心展开，针对其他场景的研究与应用不够充分。在不同的应用场景下，熔盐的工作温度区间、加热方式、关键部件的选择和系统流程的布置都有区别。概述了熔盐储热技术的优势特点与技术关键，总结了在不同场景下的研究现状和最新的应用示范，分析了目前熔盐储热技术需要加强研究的关键方面，并提出了未来的发展趋势与目标。
在推进落实“双碳”目标,构建新能源为主体的新型电力系统背景下,以风能、太阳能为主的可再生能源发电技术发展迅速。由于这类可再生能源具有的间歇性和波动性,破坏了电力电量平衡,电解水制氢是解决能源波动性、实现能源在更长时间、更广空间上再平衡的关键技术手段之一。介绍了电解水制氢电堆的主要形式,对比分析了碱性电解池、质子交换膜电解池以及固体氧化物电解池的区别;基于电解水制氢的反应机理,突出电催化剂在此过程中的重要性;重点介绍了合金材料、金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物、金属碳化物和碳化物等各类新型催化剂的研究进展和改进策略;介绍了原位表征技术在研究电催化剂中的重要作用;最后,根据目前新能源制氢发展趋势,为电解水催化剂的现有问题做出总结,并对其未来发展做出展望。
储能是能源革命的关键性支撑技术。在碳中和背景下，储能技术快速发展，其作用和价值也日益凸显。对现有储能技术的类型和发展状况进行全面分析和总结，着重分析了不同储能技术的特点及差异性，并对其应用场景及经济性做了综合比较。分析认为，电池储能的研究重点是引入新储能材料，解决非传统电化学问题。热化学储能由于过程可逆性能耗小，适合长期存储，但需注重循环动态特性、建模、控制造价成本等。抽水蓄能和压缩空气储能技术成熟、储能容量高，适合大规模储能容量开发，但面临选址受地形限制、前期基建成本高、运维成本差异性大等问题。飞轮储能适用于频繁启动和储能释能周期短的场合，研究关键是如何减少转化过程中能量损耗。氢能应用则受存储运输环节及能源转换效率偏低等因素制约。分析可为储能领域相关研究工作的开展和政策的制定提供一定参考。
在实现“双碳”目标的过程中，电动汽车的规模不断增大，其充放电对电网运行产生显著影响。考虑当前对单一电动汽车调度造成的控制指令下发数量较大的问题，分别从电动汽车侧与配电网侧2个角度，提出可调度能力评估指数与效益评估指数。构建电动汽车综合可调度潜力评估模型，对电动汽车群体划分优先调度区并下发指令，减少调度电动汽车的次数。为缓解电动汽车区域流动性给模型求解带来的困难，使用了一种以W-GAN以及 k-means聚类算法为基础的电动汽车分类方法。以3个削峰填谷算例为基础，分析了4个电动汽车群体的可调度潜力与调度效果。仿真结果表明，所提出的可调度能力评估指数、调度效益评估指数具有一定的合理性，且运用综合可调度潜力评估模型划分优先调度区可在较少调度电动汽车的情况下完成较好的削峰填谷效果。
智慧园区系统内各层次时刻遭受网络攻击的威胁,为提高智慧园区系统面向网络攻击威胁的应对能力与恶意攻击事件识别的精度和效率,提出面向智慧园区系统的网络攻击关联分析方法,其是采用频繁模式增长（FP-Growth）算法的网络攻击异常事件关联规则分析技术。首先利用FP-Growth算法快速挖掘异常事件频繁项集,训练关联规则;其次利用灰色关联分析算法生成实时异常事件对于网络攻击异常表现形式的元素集合;接着结合关联规则实现网络攻击场景的在线识别;同时针对匹配的攻击场景所对应的环节提出网络攻击防护策略,进行网络攻击防御,消除攻击影响;最后在不同数据量下验证所提方法在关联规则训练方面效率的优越性,并以智慧园区系统负荷频率控制（LFC）业务为场景验证所提网络攻击防护策略的可行性和有效性。
在“双碳”背景下，综合能源系统不断地推进可再生能源灵活消纳、低碳化供热供冷、工业余热利用及配合电网灵活调峰等领域的技术改革。热泵因具有高效率、低污染的特点，在综合能源系统中得到广泛应用。热泵可作为系统的供能及储能单元。在综合能源系统中，以能量来源为依据，热泵被分为空气源、水源、土壤源及余热4类，对作为供能单元的4种热泵分别进行描述；按照储能类型，热泵可被分为储热（冷）及储电2种。热泵的使用实现了综合能源系统的低碳化及高效化运行，但在其应用过程中存在能源匹配以及优化运行等方面的问题。最后，对热泵在综合能源系统中的发展趋势进行了展望。
“碳达峰、碳中和”背景下,利用风、光等可再生能源就地制取氢气,是突破制氢成本困境、拓展电能利用途径、应对新能源随机波动、提高可再生能源就地消纳能力的关键技术之一。为优化风-光-氢能源系统的合作收益,减少系统弃风弃光造成的绿色能源浪费及中断负荷造成的用户损失,考虑系统投资,运维成本,售氢售氧、售购电能的成本和利润,附加弃风弃光及中断负荷的惩罚费用,建立风-光-氢系统收益最大化模型。在弃风弃光及中断负荷惩罚函数中考虑风-光-氢系统售购电能至主网的最大限额,避免因功率越限而导致系统失稳。引入自适应惯性权重,设计自适应粒子群算法,求解收益模型的最优容量配置方案,可有效避免算法陷入局部最优。仿真结果表明,在相同投运成本下,典型月中该优化策略可最大限度减少系统弃风弃光及负荷中断现象,且可有效提高系统整体收益。
电解水制氢可将大规模可再生能源转化为绿氢,广泛用作各式各样的低碳终端能源,如燃料、化工能源和运输等,对碳减排具有重要意义。碱性电解水制氢作为一种最有潜力、大规模化应用的技术,在电解水行业中占据主导地位。基于降低电解制氢过电位的目的,开展了隔膜和阳极电极材料的性能研究。结果表明,高分子复合隔膜Zirfon比聚醚硫醚无纺布具有更低的膜电阻,可将电解水过电位降低0.3 V以上,主要因为Zirfon隔膜具有更低的膜电阻和更高的亲水性,而隔膜的亲水性会影响电极活性位点的利用率,且亲水性越高,电堆的活化阻抗越低。通过比较镍网和泡沫镍的性能,发现镍网用作阳极电极时的电阻低于泡沫镍,具有更低的电解水过电位。可为电解槽关键部件隔膜和电极的优化提供一定参考,利于电解成本的降低。
以可再生能源为主的综合能源系统利用多能源之间的耦合机制实现多能互补,促进可再生能源消纳,提升系统的能源利用效率,助力实现碳达峰、碳中和目标。建立了电-气-热耦合综合能源系统的混合能流计算模型,采用牛顿-拉夫逊迭代算法进行混合能流计算。为验证混合能流算法的有效性,构建了724节点电-气-热耦合综合能源系统混合能流仿真算例,其中275节点电力网络接入了14处分布式电源,228节点热力网络包含了99节点供蒸汽热力网络及129节点供生活热水网络。仿真结果表明,该算法既可以实现时间断面的混合能流仿真,同时具备连续时间混合能流仿真能力,可用于综合能源系统运行状态以及多能源网络供能品质等场景的评估。
随着碳中和目标下分布式新能源发电的快速增长以及多能协同技术的不断成熟,多能源系统（MES）得到了快速发展,成为未来能源的主要承载形式。但MES包括生产、存储、消费等复杂环节,其经济运行面临挑战。在MES框架下构建了包含新能源发电站、电池储能装置和冷热电联供装置的经济优化模型,以弃风弃光惩罚成本、电池储能装置放电损耗成本、燃气轮机燃气成本、碳排放惩罚成本等最小为目标函数,以电池储能装置的充放电特性、光伏与风力发电机组的出力特性、冷热电平衡等为约束条件,采用一种新型的自适应学习率萤火虫算法（ALRFA）对优化模型进行求解,通过引入自适应学习率参数,可避免陷入局部最优、收敛速度慢等问题。以某园区的用户冷热电负荷为例,验证了所提模型和优化算法的有效性和可行性。
太阳能、风能等分布式能源具有间歇性与波动性的特点，储能技术可有效地减少输出功率的波动性，提高能源的可控性。在分析风光储微电网系统出力特性的基础上，以系统总投资成本、年负荷缺电率、弃风弃光率最小为优化目标，建立风光储微电网储能系统容量优化配置模型。在不同约束条件和运行策略下，采用非支配排序遗传算法（NSGA）对模型进行求解，得到最优容量配置方案。算例结果表明，采用储能能量调度策略和NSGA对风光储微电网系统进行容量配置，显著降低了系统投资成本，提高了系统的供电可靠性和能源利用率。
在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,海上风电制氢是能源技术领域的一次重大创新,对海上风电和氢能发展将是一种双赢的解决方案,分析研究其发展趋势可为未来能源安全提供新的发展方向。调查了国内外海上风电制氢发展现状,通过对比海上风电制氢、储氢、输氢、用氢的可行技术方案,确定“海上制氢站+运输船输送氢气”方案在现阶段具有推广应用价值。结合各国政府的发展规划,对海上风电制氢发展前景进行了展望。最后指出：风电制氢有望加速海上风电进一步降低成本,顺利进入平价上网时代;海上风电与氢能产业结合,将推动海上风电和绿氢产业发展,助力实现碳达峰、碳中和目标。
CO2减排及可再生能源的快速发展,催生了CO2加H2合成CH4的市场需求。分别从H2源、CO2源、甲烷化反应催化剂和反应器等方面阐述了CO2加H2合成CH4的技术原理,并分析了该技术的应用前景和经济性。可再生能源储存和转运是综合能源系统的重要支柱,利用风光弃电制H2中和捕集的CO2,实现碳中和。生成的CH4可就近补充至天然气管道中,大大降低了能源的储存和转运成本,提高了能源利用效率。未来可提高的CO2交易价格及可降低的可再生能源价格预示发展CO2加H2合成CH4在国内具有很好的应用前景。
能源互联网建设成为支撑新型电力系统、促进可再生能源规模化发展、助力“双碳”目标实现的重要趋势。针对能源互联网中独立储能技术应用于新型能源系统面临技术经济性差以及容量难以匹配的问题,提出了共享储能收益与能源互联网络用能成本的双目标优化;针对能源互联网络内不同分布式冷热电能源系统间利益分配不均衡的问题,引入纳什议价进行利益分配。1个共享储能服务商和4个分布式冷热电能源系统组成的能源互联网络案例分析表明：随着共享储能容量的增加,共享储能收益与能源系统运行成本组成的非劣解变优,但非劣解改进优化的空间越来越小;加入纳什议价后,分布式冷热电能源系统之间成本降低更为均衡,可提高用户参与共享储能的积极性,避免用户因参与共享储能后获益较低而不参与共享,但由于纳什议价对用户的运行成本进行了约束,共享储能收益与能源系统运行成本整体变劣。
我国已提出创造条件尽早实现能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”的转变,但如何科学合理地制定相关政策并有效实施还存在诸多问题。在分析我国能源消费与碳排放总量和强度现状的基础上,梳理了能耗“双控”政策提出的背景以及不同时期的内涵及执行情况。结合经济/社会发展水平、能源消费结构、碳排放来源组成、绿色技术发展现状等因素,剖析了能耗“双控”向碳排放“双控”转变的必要性及面临的挑战,从核算体系、实施路径、实施阶段3个方面提出了推进的措施。最后,研究了碳排放“双控”政策对我国能源电力消费的影响,从煤电绿色转型、发展非化石能源、推动负碳技术应用、加强碳资产管理、加快碳中和人才培育5方面提出了发电企业的应对策略。
