Энергетическая система
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] определяет Пятый оценочный отчет МГЭИК 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 макроэкономической динамике, является непростой задачей. речь идет о [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.
Лечение [ править ]
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 алгоритмы потоковой сети, такие как поток с минимальной стоимостью . можно применять [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, опубликованные 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 [ править ]
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 энергетике , отличается от определения энергии , используемого в физике.
Области применения [ править ]
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. хозяйству . Например, Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) делает это, но рассматривает эти меры в отдельных главах, посвященных транспорту, строительству, промышленности и сельскому [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, обусловленного ценами и доходами». [17] : 6
Энергоуслуги [ править ]
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 явно:
Спрос должен, где это возможно, определяться с точки зрения предоставления энергетических услуг, характеризующихся соответствующей интенсивностью. [б] – например, температура воздуха в случае обогрева помещения или в люксах уровень 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 отменены 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, предоставляющий потребителям услуги на основе энергетического оборудования (см. энергетические услуги ).
энергетической и трансформация Модернизация системы
энергетических систем Проектирование 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 .
системы Соображения включают управление нестабильностью , 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 также можно учитывать потребление энергии , например, с точки зрения абсолютного спроса на энергию. [31] сокращение отходов и потребления (например, за счет снижения энергопотребления, повышения эффективности и гибкости сроков), повышения эффективности процессов и утилизации отходящего тепла . [32] В исследовании отмечается значительный потенциал моделирования энергетических систем, позволяющий «выйти за пределы отдельных дисциплинарных подходов к сложной интегрированной перспективе». [33]
См. также [ править ]
- Контрольный объем – понятие из механики и термодинамики.
- Электроэнергетическая система - сеть электрических компонентов, используемых для генерации, передачи и использования электроэнергии.
- Развитие энергетики – усилия по обеспечению общества достаточным количеством энергии при сниженном социальном и экологическом воздействии.
- Энергетическое моделирование – процесс построения компьютерных моделей энергетических систем.
- Энергетика – сторона предложения энергетического сектора
- Математическая модель - представление системы с использованием математики, часто решаемое с помощью компьютеров.
- Объектно-ориентированное программирование - парадигма компьютерного программирования, подходящая для представления энергетических систем в виде сетей.
- Сетевая наука - изучение сложных сетей.
- Базы данных открытых энергетических систем - проекты баз данных, которые собирают, очищают и повторно публикуют наборы данных, связанных с энергетикой.
- Модели открытых энергетических систем - обзор моделей энергетических систем, которые также имеют открытый исходный код.
- Диаграмма Санки - используется для отображения потоков энергии через систему.
Примечания [ править ]
- ^ Глава МГЭИК, посвященная сельскому хозяйству, называется: Сельское хозяйство, лесное хозяйство и другое землепользование (AFOLU).
- ^ Термин « интенсивность» относится к величинам, которые не зависят от размера компонента. См. интенсивные и экстенсивные свойства .
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б с Гроскурт, Хельмут-М; Брукнер, Томас; Кюммель, Райнер (сентябрь 1995 г.). «Моделирование систем энергоснабжения» (PDF) . Энергия . 20 (9): 941–958. Бибкод : 1995Ene....20..941G . дои : 10.1016/0360-5442(95)00067-Q . ISSN 0360-5442 . Проверено 14 октября 2016 г.
- ^ О'Мэлли, Эоин; Соррелл, Стив (2004). Экономика энергоэффективности . Издательство Эдварда Элгара. ISBN 978-1-84064-889-8 . Проверено 20 июня 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Олвуд, 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.
- ^ 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. дои : 10.1016/j.worlddev.2008.01.011 . hdl : 1874/32954 . ISSN 0305-750X . S2CID 154709268 . Проверено 25 октября 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б 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.
- ^ Берингер, Кристоф; Резерфорд, Томас Ф. (март 2008 г.). «Объединение снизу вверх и сверху вниз» (PDF) . Экономика энергетики . 30 (2): 574–596. Бибкод : 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 года . Проверено 21 октября 2016 г.
- ^ 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.
- ^ «Определение системы » . Мерриам-Вебстер . Спрингфилд, Массачусетс, США . Проверено 9 октября 2016 г.
- ^ 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). Архивировано из оригинала 30 октября 2016 года . Проверено 22 октября 2016 г. .
- ^ 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. .
- ^ 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. Бибкод : 2009ApEn...86..416K . doi : 10.1016/j.apenergy.2008.08.005 . ISSN 0306-2619 .
- ^ 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.
- ^ Ключевая мировая энергетическая статистика (PDF) . Париж, Франция: Международное энергетическое агентство (МЭА). 2016 . Проверено 15 декабря 2016 г.
- ^ World Energy Outlook 2016 — Резюме (PDF) . Париж, Франция: ОЭСР/МЭА. 2016 . Проверено 30 ноября 2016 г. .
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 . Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2020 года . Проверено 14 октября 2016 г.
- ^ Брукнер, Томас; Моррисон, Робби; Хэндли, Крис; Паттерсон, Мюррей (июль 2003 г.). «Моделирование систем энергоснабжения высокого разрешения 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 . Архивировано из оригинала (PDF) 12 мая 2016 года . Проверено 14 октября 2016 г.
- ^ 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. Бибкод : 2008EnPol..36.4012H . дои : 10.1016/j.enpol.2008.06.028 . ISSN 0301-4215 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 июля 2017 года . Проверено 22 октября 2016 г. .
- ^ 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. Бибкод : 2012EnPol..45..268D . дои : 10.1016/j.enpol.2012.02.031 . ISSN 0301-4215 .
- ^ Технические энергетические системы: основные понятия. ISO 13600:1997. Первое издание . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 15 ноября 1997 г. Статус аннулирован.
- ^ Технические энергетические системы: основные понятия. ISO 13600:1997. Техническое исправление 1 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1 мая 1998 г. Статус аннулирован.
- ^ 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 аннулирован.
- ^ Технические энергетические системы: методы анализа: часть 1: общие сведения — ISO 13602-1:2002 . Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1 ноября 2002 г. Статус аннулирован.
- ^ 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. Бибкод : 2021ApEn..28316273B . doi : 10.1016/j.apenergy.2020.116273 . ISSN 0306-2619 .
- ^ 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.
- ^ 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. Бибкод : 2021ApEn..29016746F . дои : 10.1016/j.apenergy.2021.116746 . ISSN 0306-2619 . S2CID 233552874 .
- ^ 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 переменную 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 .
- ^ «Сборник 47 рецензируемых исследовательских работ о системах 100% возобновляемой энергетики» (PDF) . Проверено 25 января 2022 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 [ править ]
