stringtranslate.com

Энергетическая система

Физические компоненты общей энергетической системы, поставляющей конечным потребителям топливо и электроэнергию (но не централизованное теплоснабжение )

Энергетическая система – это система , предназначенная в первую очередь для предоставления энергетических услуг конечным потребителям . [1] : 941  Целью энергетических систем является минимизация потерь энергии до незначительного уровня, а также обеспечение эффективного использования энергии. [2] Пятый оценочный доклад МГЭИК определяет энергетическую систему как «все компоненты, связанные с производством, преобразованием, доставкой и использованием энергии». [3] : 1261 

Первые два определения допускают меры со стороны спроса, включая дневное освещение , модернизированную изоляцию зданий и проектирование пассивных солнечных зданий , а также социально-экономические факторы, такие как аспекты управления спросом на энергию и удаленную работу , тогда как третье не делает этого. Третий фактор также не учитывает неформальную экономику традиционной биомассы , которая имеет большое значение во многих развивающихся странах . [4]

Таким образом, анализ энергетических систем охватывает инженерные и экономические дисциплины . [5] : 1  Объединение идей из обеих областей для формирования связного описания, особенно когда речь идет о макроэкономической динамике, является непростой задачей. [6] [7]

Концепция энергетической системы развивается по мере того, как вводятся в действие новые правила, технологии и практики – например, торговля выбросами , развитие интеллектуальных сетей и более широкое использование управления спросом на энергию соответственно.

Уход

С структурной точки зрения энергетическая система похожа на любую другую систему и состоит из набора взаимодействующих компонентов, расположенных в окружающей среде. [8] Эти компоненты основаны на идеях, найденных в технике и экономике . С точки зрения процесса, энергетическая система «состоит из интегрированного набора технических и экономических видов деятельности, действующих в сложной социальной структуре». [5] : 423  Идентификация компонентов и поведения энергетической системы зависит от обстоятельств, цели анализа и исследуемых вопросов. Таким образом, концепция энергетической системы представляет собой абстракцию , которая обычно предшествует той или иной форме компьютерного исследования, например, построению и использованию подходящей энергетической модели . [9]

С инженерной точки зрения энергетическую систему можно представить в виде потоковой сети : вершины соответствуют инженерным компонентам, таким как электростанции и трубопроводы , а ребра соответствуют интерфейсам между этими компонентами. Этот подход позволяет агрегировать коллекции похожих или смежных компонентов и рассматривать их как единое целое, что упрощает модель. После такого описания можно применять алгоритмы потоковой сети, такие как поток с минимальной стоимостью . [10] Сами компоненты можно рассматривать как простые динамические системы . [1]

Экономическое моделирование

И наоборот, относительно чистое экономическое моделирование может использовать отраслевой подход с присутствием лишь ограниченных инженерных деталей. Категории секторов и подсекторов, публикуемые Международным энергетическим агентством, часто используются в качестве основы для этого анализа. Исследование жилищного энергетического сектора Великобритании, проведенное в 2009 году, сравнивает использование высокотехнологичной модели Маркала с несколькими отраслевыми моделями жилищного фонда Великобритании. [11]

Данные

Международная энергетическая статистика обычно разбивается по операторам связи, секторам и подсекторам, а также странам. [12] Энергоносители ( также известные как энергетические продукты) далее классифицируются как первичная энергия и вторичная (или промежуточная) энергия, а иногда и конечная энергия (или энергия конечного использования). Публикуемые наборы энергетических данных обычно корректируются таким образом, чтобы они были внутренне согласованными, а это означает, что все запасы и потоки энергии должны быть сбалансированы . МЭА регулярно публикует энергетическую статистику и энергетические балансы с различным уровнем детализации и стоимости, а также предлагает среднесрочные прогнозы на основе этих данных. [13] [14] Понятие энергоносителя, используемое в экономике энергетики , отличается от определения энергии , используемого в физике.

Области применения

Энергетические системы могут варьироваться по своему масштабу: от местных, муниципальных, национальных и региональных до глобальных, в зависимости от исследуемых проблем. Исследователи могут включать или не включать меры спроса в свое определение энергетической системы. Например, Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) делает это, но рассматривает эти меры в отдельных главах, посвященных транспорту, строительству, промышленности и сельскому хозяйству . [а] [3] : 1261  [15] : 516 

Решения по потреблению домохозяйств и инвестициям также могут быть включены в сферу действия энергетической системы. Подобные соображения встречаются нечасто, поскольку поведение потребителей трудно охарактеризовать, но тенденция заключается в том, чтобы включать в модели человеческий фактор. Принятие решений домохозяйством может быть представлено с использованием методов ограниченной рациональности и поведения, основанного на агентах . [16] Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS) конкретно выступает за то, чтобы «больше внимания следует уделять включению в экономические модели [энергетической системы] поведенческих соображений, отличных от поведения, ориентированного на цену и доход». [17] : 6 

Энергоуслуги

Концепция энергетической услуги занимает центральное место, особенно при определении цели энергетической системы:

Важно осознавать, что использование энергии не является самоцелью, а всегда направлено на удовлетворение потребностей и желаний человека. Энергетические услуги – это цели, для достижения которых энергетическая система предоставляет средства. [1] : 941 

Энергоуслуги можно определить как блага, которые либо предоставляются за счет потребления энергии, либо могут быть предоставлены таким образом. [18] : 2  Более подробно:

Потребность должна, где это возможно, определяться с точки зрения предоставления энергетических услуг, характеризуемой соответствующей интенсивностью [b] – например, температурой воздуха в случае обогрева помещений или уровнями люкс для освещенности . Этот подход обеспечивает гораздо больший набор потенциальных ответов на вопрос энергоснабжения, включая использование энергетически пассивных методов – например, модернизацию изоляции и дневного освещения . [19] : 156 

Рассмотрение энергетических услуг на душу населения и того, как такие услуги способствуют человеческому благосостоянию и качеству жизни, имеет первостепенное значение для дискуссии об устойчивой энергетике . Люди, живущие в бедных регионах с низким уровнем потребления энергетических услуг, очевидно, выиграют от большего потребления, но в целом этого не происходит в отношении тех, у кого высокий уровень потребления. [20]

Понятие энергетических услуг привело к появлению энергосервисных компаний (ЭСКО), которые заключают контракты на предоставление энергетических услуг клиенту на длительный период. Затем ЭСКО может свободно выбирать наилучшие средства для этого, включая инвестиции в тепловые характеристики и оборудование HVAC соответствующих зданий. [21]

Международные стандарты

ISO  13600 , ISO 13601 и ISO 13602 образуют набор международных стандартов , охватывающих технические энергетические системы (TES). [22] [23] [24] [25] Хотя эти документы были отозваны до 2016 года, они содержат полезные определения и основу для формализации таких систем. Стандарты описывают энергетическую систему, разбитую на сектора спроса и предложения, связанные потоками торгуемых энергетических товаров (или энергетических товаров). Каждый сектор имеет набор ресурсов и результатов, некоторые преднамеренные и некоторые вредные побочные продукты. Секторы могут быть далее разделены на подсекторы, каждый из которых выполняет определенную цель. В конечном итоге существует сектор спроса, обеспечивающий потребителям услуги на основе энергетического оборудования (см. энергетические услуги).

Модернизация и трансформация энергетической системы

Проектирование энергетических систем включает в себя перепроектирование энергетических систем для обеспечения устойчивости системы и ее зависимых элементов, а также для удовлетворения требований Парижского соглашения по смягчению последствий изменения климата . Исследователи разрабатывают модели энергетических систем и пути трансформации возобновляемой энергетики к 100% возобновляемой энергии , часто в форме рецензируемых текстовых документов, созданных когда-то небольшими группами ученых и опубликованных в журнале .

Соображения включают управление прерывистостью системы , загрязнение воздуха , различные риски (например, для безопасности человека, экологические риски, риски затрат и риски технико-экономического обоснования), стабильность для предотвращения перебоев в подаче электроэнергии (включая зависимость от сети или проектирование сети), требования к ресурсам (включая воду редкие минералы и возможность вторичной переработки компонентов), требования к технологии/ разработке , затраты, осуществимость , другие затронутые системы (например, землепользование, влияющее на продовольственные системы ), выбросы углекислого газа, доступное количество энергии и факторы, связанные с переходом (включая затраты, трудовые ресурсы). сопутствующие вопросы и скорость развертывания). [26] [27] [28] [29] [30]

При проектировании энергетической системы можно также учитывать потребление энергии , например, с точки зрения абсолютной потребности в энергии, [31] сокращение отходов и потребления (например, за счет снижения энергопотребления, повышения эффективности и гибкого графика), повышение эффективности процессов и рекуперацию отходящего тепла . [32] Исследование отметило значительный потенциал для типа моделирования энергетических систем, чтобы «выйти за рамки отдельных дисциплинарных подходов к сложной интегрированной перспективе». [33]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Глава МГЭИК, посвященная сельскому хозяйству, называется: Сельское хозяйство, лесное хозяйство и другое землепользование (AFOLU).
  2. ^ Термин «интенсивность» относится к величинам, которые не зависят от размера компонента. См. интенсивные и экстенсивные свойства .

Рекомендации

  1. ^ abc Гроскурт, Хельмут-М; Брукнер, Томас; Кюммель, Райнер (сентябрь 1995 г.). «Моделирование систем энергоснабжения» (PDF) . Энергия . 20 (9): 941–958. дои : 10.1016/0360-5442(95)00067-Q. ISSN  0360-5442 . Проверено 14 октября 2016 г.
  2. ^ О'Мэлли, Эоин; Соррелл, Стив (2004). Экономика энергоэффективности. Издательство Эдварда Элгара. ISBN 978-1-84064-889-8. Проверено 20 июня 2022 г.
  3. ^ аб Оллвуд, Джулиан М ; Бозетти, Валентина; Дубаш, Навруз К; Гомес-Эчеверри, Луис; фон Стехов, Кристоф (2014). «Приложение I: Глоссарий, аббревиатуры и химические символы» (PDF) . В МГЭИК (ред.). Изменение климата 2014: смягчение последствий изменения климата. Вклад Рабочей группы III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания, и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета . стр. 1249–1279. ISBN 978-1-107-65481-5. Проверено 12 октября 2016 г.
  4. ^ ван Рейвен, Бас; Урбан, Фрауке; Бендерс, Рене MJ; Молл, Анри С; ван дер Слейс, Йерун П.; де Врис, Берт; ван Вуурен, Детлеф П. (декабрь 2008 г.). «Моделирование энергетики и развития: оценка моделей и концепций» (PDF) . Мировое развитие . 36 (12): 2801–2821. doi : 10.1016/j.worlddev.2008.01.011. hdl : 1874/32954. ISSN  0305-750X. S2CID  154709268 . Проверено 25 октября 2016 г.
  5. ^ Аб Хоффман, Кеннет С; Вуд, Дэвид О (1 ноября 1976 г.). «Моделирование и прогнозирование энергетической системы» (PDF) . Ежегодный обзор энергетики . 1 (1): 423–453. дои : 10.1146/annurev.eg.01.110176.002231 . hdl : 1721.1/27512. ISSN  0362-1626 . Проверено 7 октября 2016 г.
  6. ^ Берингер, Кристоф; Резерфорд, Томас Ф. (март 2008 г.). «Объединение снизу вверх и сверху вниз» (PDF) . Экономика энергетики . 30 (2): 574–596. CiteSeerX 10.1.1.184.8384 . doi :10.1016/j.eneco.2007.03.004. ISSN  0140-9883 . Проверено 21 октября 2016 г. 
  7. ^ Хербст, Андреа; Торо, Фелипе; Райтце, Феликс; Йохем, Эберхард (2012). «Введение в моделирование энергетических систем» (PDF) . Швейцарский журнал экономики и статистики . 148 (2): 111–135. дои : 10.1007/BF03399363 . S2CID  13683816 . Проверено 4 ноября 2016 г.
  8. ^ «Определение системы». Мерриам-Вебстер . Спрингфилд, Массачусетс, США . Проверено 9 октября 2016 г.
  9. ^ Анандараджа, Габриал; Страчан, Нил; Экинс, Пол; Каннан, Рамачандран; Хьюз, Ник (март 2009 г.). Пути к низкоуглеродной экономике: моделирование энергетических систем — Отчет UKERC Energy 2050 Research Report 1 — UKERC/RR/ESM/2009/001. Великобритания: Центр энергетических исследований Великобритании (UKERC) . Проверено 22 октября 2016 г. .
  10. ^ Кельяс, Ана; Гил, Эстебан; Маккалли, Джеймс Д.; Райан, Сара М. (май 2007 г.). «Многопериодная обобщенная модель сетевых потоков интегрированной энергетической системы США: Часть I. Описание модели». Транзакции IEEE в энергосистемах . 22 (2): 829–836. Бибкод : 2007ITPSy..22..829Q. дои : 10.1109/TPWRS.2007.894844. ISSN  0885-8950. S2CID  719700 . Проверено 22 октября 2016 г. .
  11. ^ Каннан, Рамачандран; Страчан, Нил (апрель 2009 г.). «Моделирование жилищного энергетического сектора Великобритании в рамках долгосрочных сценариев декарбонизации: сравнение энергетических систем и подходов к отраслевому моделированию». Прикладная энергетика . 86 (4): 416–428. doi :10.1016/j.apenergy.2008.08.005. ISSN  0306-2619.
  12. ^ Международные рекомендации по статистике энергетики (IRES) — ST/ESA/STAT/SER.M/93 (PDF) . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Статистический отдел Департамента по экономическим и социальным вопросам Организации Объединенных Наций. 2016. ISBN 978-92-1-056520-2.Аннотировано как окончательная отредактированная версия перед набором текста. Также охватывает учет выбросов парниковых газов, связанных с энергетикой.
  13. ^ Основная мировая энергетическая статистика (PDF) . Париж, Франция: Международное энергетическое агентство (МЭА). 2016 . Проверено 15 декабря 2016 г.
  14. ^ World Energy Outlook 2016 — Резюме (PDF) . Париж, Франция: ОЭСР/МЭА. 2016 . Проверено 30 ноября 2016 г. .
  15. ^ Брукнер, Томас; Башмаков Игорь Алексеевич; Мулугетта, Якоб; и другие. (2014). «Глава 7: Энергетические системы» (PDF) . В МГЭИК (ред.). Изменение климата 2014: смягчение последствий изменения климата. Вклад Рабочей группы III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания, и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета . стр. 511–597. ISBN 978-1-107-65481-5. Проверено 12 октября 2016 г.
  16. ^ Виттманн, Тобиас; Брукнер, Томас (28–30 июня 2009 г.). Агентное моделирование городских систем энергоснабжения, сталкивающихся с ограничениями по защите климата (PDF) . Пятый симпозиум по городским исследованиям 2009 г.: Города и изменение климата: ответ на неотложную повестку дня. Марсель, Франция: Всемирный банк . Проверено 11 ноября 2016 г.
  17. ^ За пределами технологий: усиление энергетической политики с помощью социальных наук (PDF) . Кембридж, Массачусетс, США: Американская академия искусств и наук (AAAS). 2011. Архивировано из оригинала (PDF) 29 августа 2017 года . Проверено 25 октября 2016 г.
  18. ^ Моррисон, Робби; Виттманн, Тобиас; Хейзе, Ян; Брукнер, Томас (20–22 июня 2005 г.). «Моделирование энергетической системы, ориентированное на политику, с помощью xeona» (PDF) . В Норвежском университете науки и технологий (NTNU) (ред.). Материалы ECOS 2005: формирование наших будущих энергетических систем: 18-я Международная конференция по эффективности, стоимости, оптимизации, моделированию и воздействию энергетических систем на окружающую среду . ЭКОС 2005. Том. 2. Тронхейм, Норвегия: Tapir Academic Press. стр. 659–668. ISBN 82-519-2041-8. Проверено 14 октября 2016 г.
  19. ^ Брукнер, Томас; Моррисон, Робби; Хэндли, Крис; Паттерсон, Мюррей (июль 2003 г.). «Моделирование систем поставок энергоуслуг с высоким разрешением с использованием deeco: обзор и применение для разработки политики» (PDF) . Анналы исследования операций . 121 (1–4): 151–180. дои : 10.1023/А: 1023359303704. S2CID  14877200 . Проверено 14 октября 2016 г.
  20. ^ Хаас, Рейнхард; Накиченович, Небойша; Аянович, Амела; Фабер, Томас; Кранцль, Лукас; Мюллер, Андреас; Реш, Густав (ноябрь 2008 г.). «На пути к устойчивости энергетических систем: руководство по применению концепции энергетических услуг для определения необходимых тенденций и политики» (PDF) . Переход к устойчивым энергетическим системам . 36 (11): 4012–4021. doi :10.1016/j.enpol.2008.06.028. ISSN  0301-4215. Архивировано из оригинала (PDF) 5 июля 2017 года . Проверено 22 октября 2016 г. .
  21. ^ Дюплесси, Бруно; Адно, Жером; Дюпон, Максим; Ракапе, Франсуа (июнь 2012 г.). «Эмпирическая типология энергетических услуг на основе хорошо развитого рынка: Франция». Энергетическая политика . 45 : 268–276. doi :10.1016/j.enpol.2012.02.031. ISSN  0301-4215.
  22. ^ Технические энергетические системы: основные понятия — ISO 13600:1997 — Первое издание . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 15 ноября 1997 г.Статус снят.
  23. ^ Технические энергетические системы: основные понятия — ISO 13600:1997 — Техническое исправление 1 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1 мая 1998 года.Статус снят.
  24. ^ Технические энергетические системы: структура для анализа: секторы спроса и предложения энергоносителей — ISO 13601:1998 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 11 июня 1998 г.Статус снят.
  25. ^ Технические энергетические системы: методы анализа: часть 1: общие сведения — ISO 13602-1:2002 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1 ноября 2002 г.Статус снят.
  26. ^ Богданов, Дмитрий; Гулаги, Ашиш; Фасихи, Махди; Брейер, Кристиан (1 февраля 2021 г.). «Полный переход энергетического сектора на 100% возобновляемое энергоснабжение: интеграция секторов энергетики, тепла, транспорта и промышленности, включая опреснение». Прикладная энергетика . 283 : 116273. doi : 10.1016/j.apenergy.2020.116273 . ISSN  0306-2619.
  27. ↑ Клиффорд, Кэтрин (21 декабря 2021 г.). «США могут получить 100% чистую энергию с помощью ветра, воды, солнца и без атомной энергии», — говорит профессор Стэнфорда. CNBC . Проверено 16 января 2022 г.
  28. ^ Фонсека, Хуан Д.; Комменж, Жан-Марк; Камарго, Маурисио; Фальк, Лоран; Гиль, Иван Д. (15 мая 2021 г.). «Анализ устойчивости при проектировании распределенных энергетических систем: многокритериальный подход к оптимизации». Прикладная энергетика . 290 : 116746. doi : 10.1016/j.apenergy.2021.116746. ISSN  0306-2619. S2CID  233552874.
  29. ^ Джейкобсон, Марк З.; фон Крауланд, Анна-Катарина; Кофлин, Стивен Дж.; Палмер, Фрэнсис К.; Смит, Майлз М. (1 января 2022 г.). «Нулевое загрязнение воздуха и нулевой выброс углерода от всей энергии при низких затратах и ​​без отключений электроэнергии в переменчивую погоду на всей территории США со 100% ветро-водо-солнечной энергией и хранением энергии» . Возобновляемая энергия . 184 : 430–442. doi :10.1016/j.renene.2021.11.067. ISSN  0960-1481. S2CID  244820608.
  30. ^ «Сборник 47 рецензируемых исследовательских работ о системах, полностью использующих возобновляемые источники энергии» (PDF) . Проверено 25 января 2022 г.
  31. ^ Клемм, Кристиан; Визе, Фрауке (6 января 2022 г.). «Индикаторы для оптимизации устойчивых городских энергетических систем на основе моделирования энергетических систем». Энергия, устойчивое развитие и общество . 12 (1): 3. дои : 10.1186/s13705-021-00323-3 . ISSN  2192-0567. S2CID  256233632.
  32. ^ Фан, Йи Ван; Пинтарич, Зорка Новак; Клемеш, Иржи Яромир (январь 2020 г.). «Новые инструменты проектирования энергетических систем, повышающие экономическую и экологическую устойчивость». Энергии . 13 (16): 4062. doi : 10.3390/en13164062 .
  33. ^ Кирстед, Джеймс; Дженнингс, Марк; Сивакумар, Аруна (1 августа 2012 г.). «Обзор моделей городских энергетических систем: подходы, проблемы и возможности». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 16 (6): 3847–3866. дои : 10.1016/j.rser.2012.02.047. hdl : 10044/1/10206 . ISSN  1364-0321.

Внешние ссылки

В Wikiquote есть цитаты, связанные с энергетической системой .