stringtranslate.com

Энергетическая система

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

Энергетическая система — это система , в первую очередь предназначенная для предоставления энергетических услуг конечным пользователям . [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 учитывают меры, связанные со спросом, включая естественное освещение , модернизированную изоляцию зданий и пассивное солнечное проектирование зданий , а также социально-экономические факторы, такие как аспекты управления спросом на энергию и удаленная работа , тогда как третье определение этого не учитывает. Третье определение также не учитывает неформальную экономику в традиционной биомассе , которая имеет важное значение во многих развивающихся странах . [4]

Таким образом, анализ энергетических систем охватывает дисциплины инженерии и экономики . [5] : 1  Объединение идей из обеих областей для формирования связного описания, особенно там, где задействована макроэкономическая динамика, является сложной задачей. [6] [7]

Концепция энергетической системы развивается по мере внедрения новых правил, технологий и практик, например, торговли выбросами , разработки интеллектуальных сетей и более широкого использования управления спросом на энергию .

Уход

С точки зрения структуры энергетическая система похожа на любую другую систему и состоит из набора взаимодействующих составных частей, расположенных в среде. [8] Эти компоненты вытекают из идей, найденных в инженерии и экономике . Принимая во внимание процессный взгляд, энергетическая система «состоит из интегрированного набора технических и экономических мероприятий, действующих в рамках сложной социальной структуры». [5] : 423  Идентификация компонентов и поведения энергетической системы зависит от обстоятельств, цели анализа и исследуемых вопросов. Таким образом, концепция энергетической системы является абстракцией , которая обычно предшествует некоторой форме компьютерного исследования, такого как построение и использование подходящей энергетической модели . [9]

Рассматривая в инженерных терминах, энергетическая система поддается представлению в виде потоковой сети : вершины отображаются в инженерные компоненты, такие как электростанции и трубопроводы , а ребра отображаются в интерфейсы между этими компонентами. Этот подход позволяет объединять коллекции схожих или смежных компонентов и рассматривать их как один для упрощения модели. После описания таким образом могут применяться алгоритмы потоковой сети, такие как поток минимальной стоимости . [10] Сами компоненты могут рассматриваться как простые динамические системы сами по себе. [1]

Экономическое моделирование

Напротив, относительно чистое экономическое моделирование может использовать секторный подход с ограниченным количеством инженерных деталей. Секторные и подсекторные категории, опубликованные Международным энергетическим агентством, часто используются в качестве основы для этого анализа. Исследование британского жилого энергетического сектора 2009 года сопоставляет использование технологически насыщенной модели Markal с несколькими британскими секторными моделями жилищного фонда. [11]

Данные

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

Области применения

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

Потребление домохозяйств и инвестиционные решения также могут быть включены в сферу энергетической системы. Такие соображения не являются общими, поскольку поведение потребителей трудно охарактеризовать, но тенденция заключается в том, чтобы включать человеческие факторы в модели. Принятие решений домохозяйствами может быть представлено с использованием методов ограниченной рациональности и поведения, основанного на агентах . [16] Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS) специально выступает за то, чтобы «больше внимания уделялось включению поведенческих соображений, отличных от поведения, обусловленного ценой и доходом, в экономические модели [энергетической системы]». [17] : 6 

Энерго-услуги

Понятие энергоуслуги является центральным, особенно при определении назначения энергетической системы:

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

Энергоуслуги можно определить как удобства, которые либо предоставляются посредством потребления энергии, либо могли бы быть предоставлены таким образом. [18] : 2  Более конкретно:

Спрос должен, где это возможно, определяться в терминах предоставления энергетических услуг, характеризуемых соответствующей интенсивностью [b] – например, температурой воздуха в случае отопления помещений или уровнями люкс для освещенности . Такой подход способствует гораздо большему набору потенциальных ответов на вопрос о поставке, включая использование энергетически пассивных методов – например, модернизированной изоляции и естественного освещения . [19] : 156 

Рассмотрение энергетических услуг на душу населения и того, как такие услуги способствуют благосостоянию человека и индивидуальному качеству жизни, имеет первостепенное значение для дебатов по устойчивой энергетике . Люди, живущие в бедных регионах с низким уровнем потребления энергетических услуг, явно выиграют от большего потребления, но то же самое, как правило, не относится к тем, у кого высокий уровень потребления. [20]

Понятие энергетических услуг привело к появлению компаний по энергообслуживанию (ESCo), которые заключают контракты на предоставление энергетических услуг клиенту на длительный период. Затем ESCo может свободно выбирать наилучшие средства для этого, включая инвестиции в тепловые характеристики и оборудование HVAC рассматриваемых 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 предоставляют полезные определения и структуру для формализации таких систем. Стандарты описывают энергетическую систему, разбитую на секторы спроса и предложения, связанные потоком торгуемых энергетических товаров (или energywares). Каждый сектор имеет набор входов и выходов, некоторые преднамеренные, а некоторые вредные побочные продукты. Секторы могут быть далее разделены на подсекторы, каждый из которых выполняет определенную цель. Сектор спроса в конечном итоге присутствует для предоставления услуг на основе energyware потребителям (см. energy-services).

Реконструкция и трансформация энергетической системы

Проектирование энергетической системы включает перепроектирование энергетических систем для обеспечения устойчивости системы и ее зависимых компонентов, а также для выполнения требований Парижского соглашения по смягчению последствий изменения климата . Исследователи разрабатывают модели энергетических систем и пути трансформации для перехода от возобновляемой энергии 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 (такие как безопасность человека, экологические риски, риски затрат и риски осуществимости), стабильность для предотвращения отключений электроэнергии (включая зависимость от сети или проектирование сети), потребности в ресурсах (включая воду и редкие минералы и возможность вторичной переработки компонентов), требования к технологиям/ разработке , затраты, осуществимость , другие затронутые системы (такие как землепользование, которое влияет на продовольственные системы ), выбросы углерода, доступное количество энергии и факторы, касающиеся перехода (включая затраты, вопросы, связанные с рабочей силой, и скорость развертывания). [26] [27] [28] [29] [30]

Проектирование энергетической системы может также учитывать потребление энергии , например, с точки зрения абсолютного спроса на энергию, [31] сокращение отходов и потребления (например, за счет сокращения потребления энергии, повышения эффективности и гибкого графика), повышение эффективности процесса и рекуперацию отработанного 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 другие виды землепользования (AFOLU).
  2. ^ Термин интенсивность относится к величинам, которые не масштабируются с размером компонента. См. интенсивные и экстенсивные свойства .

Ссылки

  1. ^ abc Groscurth, Helmuth-M; Bruckner, Thomas; Kümmel, Reiner (сентябрь 1995 г.). "Моделирование систем энергоснабжения" (PDF) . Energy . 20 (9): 941–958. Bibcode :1995Ene....20..941G. doi :10.1016/0360-5442(95)00067-Q. ISSN  0360-5442 . Получено 14 октября 2016 г. .
  2. ^ О'Мэлли, Эоин; Соррелл, Стив (2004). Экономика энергоэффективности. Edward Elgar Publishing. ISBN 978-1-84064-889-8. Получено 20 июня 2022 г. .
  3. ^ ab Allwood, Julian M ; Bosetti, Valentina; Dubash, Navroz K; Gómez-Echeverri, Luis; von Stechow, Christoph (2014). "Приложение I: Глоссарий, сокращения 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, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Cambridge University Press . стр. 1249–1279. ISBN 978-1-107-65481-5. Получено 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. ^ ab Hoffman, Kenneth C; Wood, David O (1 ноября 1976 г.). "Моделирование и прогнозирование энергетической системы" (PDF) . Annual Review of Energy . 1 (1): 423–453. doi : 10.1146/annurev.eg.01.110176.002231 . hdl :1721.1/27512. ISSN  0362-1626 . Получено 7 октября 2016 г. .
  6. ^ Böhringer, Christoph; Rutherford, Thomas F (март 2008 г.). «Объединение снизу вверх и сверху вниз» (PDF) . Energy Economics . 30 (2): 574–596. Bibcode :2008EneEc..30..574B. CiteSeerX 10.1.1.184.8384 . doi :10.1016/j.eneco.2007.03.004. ISSN  0140-9883. Архивировано из оригинала (PDF) 20 января 2022 г. . Получено 21 октября 2016 г. . 
  7. ^ Хербст, Андреа; Торо, Фелипе; Рейтце, Феликс; Йохем, Эберхард (2012). «Введение в моделирование энергетических систем» (PDF) . Швейцарский журнал экономики и статистики . 148 (2): 111–135. doi : 10.1007/BF03399363 . S2CID  13683816 . Получено 4 ноября 2016 г. .
  8. ^ "Определение системы". Merriam-Webster . Спрингфилд, Массачусетс, США . Получено 9 октября 2016 г.
  9. ^ Anandarajah, Gabrial; Strachan, Neil; Ekins, Paul; Kannan, Ramachandran; Hughes, Nick (март 2009 г.). Пути к экономике с низким содержанием углерода: моделирование энергетических систем — UKERC Energy 2050 Research Report 1 — UKERC/RR/ESM/2009/001. Соединенное Королевство: UKERC Energy Research Centre (UKERC). Архивировано из оригинала 30 октября 2016 г. . Получено 22 октября 2016 г. .
  10. ^ Quelhas, Ana; Gil, Esteban; McCalley, James D; Ryan, Sarah M (май 2007 г.). «Многопериодная обобщенная модель сетевого потока интегрированной энергетической системы США: Часть I — Описание модели». IEEE Transactions on Power Systems . 22 (2): 829–836. Bibcode : 2007ITPSy..22..829Q. doi : 10.1109/TPWRS.2007.894844. ISSN  0885-8950. S2CID  719700. Получено 22 октября 2016 г.
  11. ^ Каннан, Рамачандран; Страхан, Нил (апрель 2009 г.). «Моделирование сектора жилой энергетики Великобритании в условиях долгосрочной декарбонизации: сравнение энергетических систем и секторальных подходов к моделированию». Applied Energy . 86 (4): 416–428. Bibcode :2009ApEn...86..416K. 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. Также охватывает учет выбросов парниковых газов, связанных с энергетикой.
  13. ^ Основные мировые показатели по энергостатистике (PDF) . Париж, Франция: Международное энергетическое агентство (МЭА). 2016. Получено 15 декабря 2016 г.
  14. ^ World Energy Outlook 2016 — Краткое изложение (PDF) . Париж, Франция: ОЭСР/МЭА. 2016. Получено 30 ноября 2016 г.
  15. ^ Брукнер, Томас; Башмаков, Игорь Алексеевич; Мулугетта, Якоб; и др. (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, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Cambridge University Press . стр. 511–597. ISBN 978-1-107-65481-5. Получено 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: реагирование на срочную повестку дня. Марсель, Франция: Всемирный банк . Получено 11 ноября 2016 г. .
  17. ^ Помимо технологий: укрепление энергетической политики посредством социальных наук (PDF) . Кембридж, Массачусетс, США: Американская академия искусств и наук (AAAS). 2011. Архивировано из оригинала (PDF) 29 августа 2017 года . Получено 25 октября 2016 года .
  18. ^ Моррисон, Робби; Виттманн, Тобиас; Хайсе, Ян; Брукнер, Томас (20–22 июня 2005 г.). «Моделирование энергетической системы, ориентированной на политику, с помощью Xeona» (PDF) . В Норвежском университете науки и технологий (NTNU) (ред.). Труды ECOS 2005: формирование наших будущих энергетических систем: 18-я Международная конференция по эффективности, стоимости, оптимизации, моделированию и воздействию энергетических систем на окружающую среду . ECOS 2005. Том 2. Тронхейм, Норвегия: Tapir Academic Press. стр. 659–668. ISBN 82-519-2041-8. Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2020 г. . Получено 14 октября 2016 г. .
  19. ^ Брукнер, Томас; Моррисон, Робби; Хэндли, Крис; Паттерсон, Мюррей (июль 2003 г.). «Высокоразрешающее моделирование систем энергоснабжения с использованием deeco: обзор и применение для разработки политики» (PDF) . Annals of Operations Research . 121 (1–4): 151–180. doi :10.1023/A:1023359303704. S2CID  14877200. Архивировано из оригинала (PDF) 12 мая 2016 г. . Получено 14 октября 2016 г. .
  20. ^ Хаас, Рейнхард; Накиченович, Небойша; Аянович, Амела; Фабер, Томас; Кранцль, Лукас; Мюллер, Андреас; Реш, Густав (ноябрь 2008 г.). «К устойчивости энергетических систем: руководство по применению концепции энергетических услуг для определения необходимых тенденций и политик» (PDF) . Переход к устойчивым энергетическим системам . 36 (11): 4012–4021. Bibcode :2008EnPol..36.4012H. doi :10.1016/j.enpol.2008.06.028. ISSN  0301-4215. Архивировано из оригинала (PDF) 5 июля 2017 г. . Получено 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. Bibcode : 2012EnPol..45..268D. 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 отозван.
  23. ^ Технические энергетические системы: основные понятия — ISO 13600:1997 — Техническое исправление 1. Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1 мая 1998 г.Статус отозван.
  24. ^ Технические энергетические системы: структура для анализа: секторы спроса и предложения в сфере энергетики — ISO 13601:1998 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 11 июня 1998 г.Статус отозван.
  25. ^ Технические энергетические системы: методы анализа: часть 1: общие положения — ISO 13602-1:2002 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1 ноября 2002 г.Статус отозван.
  26. ^ Богданов, Дмитрий; Гулаги, Ашиш; Фасихи, Махди; Брейер, Кристиан (1 февраля 2021 г.). «Полный переход энергетического сектора к 100% возобновляемому энергоснабжению: интеграция секторов электроэнергетики, теплоснабжения, транспорта и промышленности, включая опреснение». Applied Energy . 283 : 116273. Bibcode :2021ApEn..28316273B. doi : 10.1016/j.apenergy.2020.116273 . ISSN  0306-2619.
  27. ^ Клиффорд, Кэтрин (21 декабря 2021 г.). «США могут перейти на 100% чистую энергию с помощью ветра, воды, солнца и нулевой ядерной энергии, говорит профессор Стэнфорда». CNBC . Получено 16 января 2022 г.
  28. ^ Фонсека, Хуан Д.; Комменге, Жан-Марк; Камарго, Маурисио; Фальк, Лоран; Жиль, Иван Д. (15 мая 2021 г.). «Анализ устойчивости для проектирования распределенных энергетических систем: многоцелевой подход к оптимизации». Applied Energy . 290 : 116746. Bibcode :2021ApEn..29016746F. doi :10.1016/j.apenergy.2021.116746. ISSN  0306-2619. S2CID  233552874.
  29. ^ Якобсон, 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 по низкой цене и без отключений в переменчивую погоду по всей территории США со 100% ветровой-водяной-солнечной энергией и хранением» . 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 100% возобновляемых энергетических системах" (PDF) . Получено 25 января 2022 г.
  31. ^ Клемм, Кристиан; Визе, Фрауке (6 января 2022 г.). «Индикаторы оптимизации устойчивых городских энергетических систем на основе моделирования энергетических систем». Энергия, устойчивость и общество . 12 (1): 3. doi : 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. ^ Кейрстед, Джеймс; Дженнингс, Марк; Сивакумар, Аруна (1 августа 2012 г.). «Обзор моделей городских энергосистем: подходы, проблемы и возможности». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 16 (6): 3847–3866. doi :10.1016/j.rser.2012.02.047. hdl : 10044/1/10206 . ISSN  1364-0321.

Внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с энергетической системой .