碳中和与综合智慧能源

　　综合智慧能源是实现能源低碳转型的重要抓手和必然选择。本书宏观与微观相结合，系统展示了不同 学科交叉下综合智慧能源“产、学、研、用、金、政”等方面的新技术、新业态与新模式。 全书共 12 章，前 6 章介绍了综合智慧能源的内涵外延与发展历程、关键技术与典型形态、科学研究 与产业发展、科技成果与国内外案例；后 6 章则对综合智慧能源的规划方法和软件工具、关键设备及其理 论模型、系统优化评价指标和典型规划案例进行了展示，并对我国综合智慧能源的理论基础、技术体系与 政策趋势进行了分析。 本书内容以理论概述、信息传播及生态概览为主，理论与实践相结合，辅以具体操作指南，逻辑清晰， 难易适度，是综合智慧能源领域从业人员的一本科普工具书。

　　王永真，博士，北京理工大学机械与车辆学院能源与动力工程专业副教授，博导、硕导，副所长。兼任中国工业节能与清洁生产协会综合能源系统委员会委员。1）主要从事：1）低碳能源系统转型路径分析、综合智慧能源的能源战略咨询；2）综合智慧能源的热电解耦、通用建模及优化评价；2）氢能、地热能、太阳能/共享储能等能源的综合与梯级利用；3）产消型数据中心的能量转化机制及可持续性评价；2）工作经历：曾任清华大学能源互联网创新研究院助理研究员，清华大学国家治理与全球治理研究院助理研究员，清华大学电机系博士后。3）项目经验：主持国家自然科学基金项目、全国博士后面上项目、国重开放课题项目等项目。同时参与国家能源局及能源企业综合能源和能源互联网战略转型相关项目20余项。 相关文章、观点多次被《新华社》、《中国能源报》、《中国电力报》、《能源》等重要媒体采访报道，浏览量达百万次以上；在《电力系统自动化》、《工程热物理学报》、《电机工程学报》、《能源》等重要媒体发表综述性观点论文。4）主要学术贡献：创新基于循环拆分的正逆热力循环热性能解析方法，获得热力循环热性能计算关联式；创新产消型数据中心正逆循环综合能源系统的新构型，实现数据中心的能效联动优化。5）论文发表：先后发表论文50余篇，其中一作/通讯SCI高水平论文10余篇。先后申请专利10余项；作为主要参与人制定能源行业标准1项，参与能源互联网、综合能源系统相关标准多项。先后全程参与了《国家能源互联网发展白皮书2018》、"国家首批55个能源互联网示范项目的验收工作”、《多能互补综合能源系统集成优化技术导则》等能源互联网相关标准制定等。参与雄安新区能源互联网顶层规划、园区综合能源系统的关键技术与产业发展相关项目10余项，完成央企及能源企业的"综合能源系统”顶层设计。发表《先行先试阶段下能源互联网的"热响应”与"冷思考”》、《综合能源系统的发展历程、典型形态及关键技术》、《当前能源互联网与智能电网选题研究的继承与扩展》等观点论文。

第1章 能源、能源革命与综合智慧能源时代 1
1.1 能源 1
1.1.1 能源及其属性 1
1.1.2 能源的量与质之分 4
1.1.3 能源的不确定性 6
1.1.4 能源的开发利用成本 7
1.2 能源、经济与环境 8
1.2.1 能源与经济 8
1.2.2 能源与环境 10
1.3 能源发展史与能源革命 12
1.3.1 能源发展史 12
1.3.2 现代能源革命 14
1.4 能源数字时代 16
1.4.1 数字化及互联网时代 16
1.4.2 能源遇上数字化与互联网 19
1.5 综合智慧能源及其发展阶段 22
1.5.1 孕育阶段 25
1.5.2 概念阶段 25
1.5.3 起航阶段 26
1.5.4 升华阶段 26
1.6 综合能源系统的关键技术及典型形态 27
1.6.1 能的梯级利用及其代表形态 27
1.6.2 能的因地制宜及其代表形态 28
1.6.3 能的多能互补及其代表形态 30
1.6.4 能的互联互济及其代表形态 31
1.7 综合能源系统的基本特征 32
1.7.1 清洁能源高比例渗透 33
1.7.2 横向多能源互补利用 33
1.7.3 纵向源网荷储协调运行 34
1.7.4 物理与信息深度融合 35
1.8 发展综合智慧能源的意义 35
1.8.1 构建新型能源系统的要求 36
1.8.2 构建智慧运营体系的要求 37
1.8.3 产业协同融合发展的要求 38
1.9 参考文献 38
第2章 综合智慧能源的高级形态—能源互联网 41
2.1 能源互联网概念辨识 41
2.2 熵视域下能源互联网的再认识 45
2.2.1 熵理论 45
2.2.2 熵视域下能源互联网的理论架构分析 46
2.3 熵视域下的能源互联网提质增效机制 48
2.3.1 多能互补综合能源系统的热力学熵机制 48
2.3.2 数字孪生能源物联网的信息熵机制 49
2.3.3 熵视域下的能源互联网与信息物理融合系统 49
2.4 信息流改造能量流的赋能案例 51
2.5 能源互联网的产业生态架构 53
2.6 能源互联网的特征及愿景 55
2.6.1 能源互联网的特征 55
2.6.2 能源互联网的愿景 56
2.7 参考文献 57
第3章 能源互联网的科学研究及产业发展 60
3.1 能源互联网的科学研究概览 60
3.1.1 研究对象的设置 60
3.1.2 能源互联网获批基金项目的逐年变化趋势分析 61
3.1.3 能源互联网发展的驱动力分析 65
3.1.4 能源互联网基金项目的获批高校分布 65
3.1.5 能源互联网基金项目的获批类别分布 67
3.1.6 能源互联网与智能电网和微电网 68
3.2 能源互联网的产业发展 70
3.2.1 能源互联网产业发展的政策环境 70
3.2.2 能源互联网的产业行动 73
3.3 参考文献 77
第4章 综合智慧能源科技成果一览 79
4.1 能源互联网 79
4.1.1 大型城市能源互联网资源共享协同关键技术与示范工程 79
4.1.2 城市能源互联网中储能规划布局与协调运行关键技术及应用 80
4.1.3 商业建筑虚拟电厂构建与运行关键技术及应用 81
4.1.4 面向能源互联网的电动汽车柔性智能充电关键技术及应用 81
4.1.5 面向能源互联网的综合能源复杂网络协同规划理论及应用 82
4.2 综合能源 83
4.2.1 适应多元需求的用户侧综合能源接入设计、优化控制技术及工程应用 83
4.2.2 基于分布式低碳能源站的综合能源系统互联互济高效利用技术与应用 83
4.2.3 分布式综合能源系统规划与运行优化技术及其应用 84
4.2.4 以电为主的综合能源供给智能量测体系研究与应用 85
4.2.5 面向智慧城市的综合能源数据分析平台构建与应用 86
4.3 多能互补 86
4.3.1 大规模新能源消纳的多能互补研究及应用 86
4.3.2 多能互补微网高品质与高效供能关键技术及工程应用 87
4.3.3 基于大数据的多能互补分布式能源系统及工程应用 88
4.3.4 多能互补独立供热技术与系统研究 88
4.3.5 海岛兆瓦级多能互补分布式微网技术研究与示范 89
第5章 综合智慧能源典型工程—国内案例 91
5.1 园区级综合能源系统 91
5.1.1 苏州同里园区综合能源系统示范项目 91
5.1.2 泰州海陵新能源产业园智慧能源工程示范项目 94
5.1.3 广州从化明珠工业园多元互动示范项目 96
5.1.4 福耀智慧能源示范项目 98
5.2 新能源微电网与智慧能源 99
5.2.1 广州大型城市智慧能源工程示范项目 99
5.2.2 上海电力大学临港新校区智能微电网示范项目 101
5.2.3 宁夏嘉泽红寺堡新能源智能微电网示范项目 102
5.2.4 广州南沙高可靠性智能低碳微电网示范项目 102
5.3 源网荷储友好互动与多能互补 103
5.3.1 江苏大规模源网荷友好互动系统示范工程 103
5.3.2 辽宁丹东“互联网+”在智能供热系统中的应用研究及工程示范项目 105
5.3.3 河南郑州智慧供热 106
5.3.4 海西州多能互补集成优化示范项目 108
第6章 综合智慧能源典型工程—国外案例 109
6.1 德国 109
6.1.1 eTelligence项目 110
6.1.2 RegModHarz项目 111
6.1.3 Smart Watts项目 112
6.1.4 E-DeMa项目 113
6.1.5 C/sells智能电网工程 114
6.2 日本 115
6.2.1 大阪市岩崎智慧能源网络项目 115
6.2.2 千住混合功能区能源互联网项目 116
6.2.3 东京丰洲码头区域智慧能源网络项目 117
6.2.4 NEDO微电网示范工程 118
6.2.5 基于纯氢燃料电池的日本东京奥运会选手村项目 119
6.3 美国 120
6.3.1 未来可再生电力能源传输与管理系统 120
6.3.2 布鲁克林能源区块链项目 121
6.3.3 OPOWER 122
6.3.4 SolarCity 123
6.3.5 加利福尼亚州里士满凯撒医院微电网项目 124
6.4 丹麦 125
6.4.1 电力灵活性交易平台FLECH在iPower和
Ecogrid 2.0中的开发及示范 125
6.4.2 Energylab Nordhavn项目中的城区能源互联网 126
6.5 参考文献 127
第7章 综合能源系统规划方法及工具 128
7.1 综合能源系统规划的类型 128
7.1.1 勾勒蓝图型 129
7.1.2 指导建设型 129
7.1.3 测算指标型 130
7.1.4 政企谈判型 130
7.2 综合能源系统规划思路 131
7.2.1 确立目标 131
7.2.2 能耗分析 131
7.2.3 资源评估 132
7.2.4 建模求解 132
7.2.5 方案比选 132
7.3 综合能源系统规划工具 133
7.3.1 国外软件 133
7.3.2 国内软件 137
7.4 展望 141
7.5 参考文献 143
第8章 综合智慧能源系统的关键设备 144
8.1 动力单元 144
8.1.1 燃气轮机 145
8.1.2 燃气内燃机 147
8.1.3 斯特林机 148
8.1.4 燃料电池 149
8.1.5 氢内燃机 152
8.2 光伏发电 155
8.3 风力发电 157
8.4 电转气 159
8.5 制冷 161
8.5.1 吸收式制冷机组 161
8.5.2 压缩式制冷机组 163
8.6 供热系统 165
8.6.1 余热锅炉 165
8.6.2 燃气锅炉 166
8.7 余热发电 168
8.8 能量存储单元 169
8.8.1 储热 169
8.8.2 抽水蓄能 176
8.8.3 压缩空气储能 178
8.8.4 飞轮储能 180
8.8.5 卡诺电池储能 182
8.8.6 电化学储能 184
8.8.7 共享储能 186
8.9 参考文献 189
第9章 综合智慧能源评价指标 191
9.1 综合智慧能源的评价指标及评价体系架构 191
9.2 综合智慧能源绩效评价指标 192
9.2.1 能源利用效益评价 192
9.2.2 环境友好效益评价 198
9.2.3 经济社会效益评价 202
9.2.4 综合智慧效益评价 210
9.3 综合智慧能源评价指标选取原则 226
9.3.1 目的性原则 226
9.3.2 独立性原则 226
9.3.3 重点性原则 227
9.3.4 可比性原则 227
9.3.5 可操作性原则 227
9.3.6 显著性原则 228
9.4 综合智慧能源的评价及优化方法 228
9.4.1 多属性评价方法 229
9.4.2 多目标优化方法 231
9.5 参考文献 233
第10章 综合智慧能源系统规划优化案例 236
10.1 低碳分布式综合能源系统的能值、经济和环境优化评价 236
10.1.1 研究背景及意义 236
10.1.2 研究对象 237
10.1.3 能值分析法 237
10.1.4 数学模型及计算方法 239
10.1.5 案例分析 246
10.2 基于纳什议价的共享储能能源互联网络双目标优化 252
10.2.1 引言 252
10.2.2 基于共享储能的MDES构型 253
10.2.3 多目标优化及其求解 257
10.2.4 共享储能对冷热电MDES的影响 259
10.3 参考文献 266
第11章 综合智慧能源工程设计案例 267
11.1 规划区用户情况 267
11.1.1 新增用户概况 268
11.1.2 存量用户概况 268
11.2 规划区用能需求分析 268
11.2.1 空调冷负荷 269
11.2.2 空调热负荷 270
11.2.3 电负荷 271
11.3 综合能源系统规划方案 272
11.3.1 供冷供热系统方案 272
11.3.2 供冷供热设备电气配置方案 278
11.3.3 主要设备清册 278
11.4 光伏与储能 280
11.4.1 总体布置 280
11.4.2 技术方案 280
11.4.3 接入系统方案 292
11.5 投资估算及财务评价 292
11.5.1 投资估算 292
11.5.2 财务评价 294
11.6 社会经济效益分析 296
第12章 综合能源服务的市场态势、体系架构及政策分析 297
12.1 我国综合能源服务的市场特征分析 297
12.1.1 我国综合能源服务的总体市场特征 297
12.1.2 我国综合能源服务的行业和省域特征 299
12.2 我国综合能源服务的业态及特征分析 300
12.2.1 我国综合能源服务的业态分析 300
12.2.2 我国综合能源服务的业态特征 302
12.3 我国综合能源服务的体系架构与理论基础 307
12.3.1 我国综合能源服务的体系架构 307
12.3.2 综合能源服务的理论模型与关键技术 308
12.4 我国综合能