2020年4卷3期
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2020, 4(3): 175-209.
doi: 10.1093/ce/zkaa013
摘要:
垃圾(废弃物)是一种宝贵的二次碳资源。在线性经济中，垃圾的主要处置方式就是填埋或焚烧。这些处置方式不仅导致了各种气候、环境和社会问题，还造成了碳资源的浪费。在循环碳经济中，垃圾则被用作二次碳原料，用以取代化石资源进行生产。这既有利于保护环境，也可以节约资源。此外，这种做法还能降低一个国家对化石能源进口的依赖性。中国正处于从线性碳经济向循环碳经济转型的初始时期。因此，中国可以借鉴其他经济体的废弃物管理经验，并且可以思考是否能学习这些做法以支持“无废城市”的发展。本文主要有三个重点。首先是对中国无废城市倡议的驱动因素以及为应对日益严重的垃圾处置危机而采取的措施进行评价。其次是分享德国在可持续废弃物管理方面的经验；德国是实施多层次式废弃物管理模式(减量–再用–再生–再恢复–填埋)的先驱，在循环碳技术方面拥有丰富的经验。最后是鉴别出有哪些做法可以被应用到中国无废城市的建设中。其中包括鼓励人们预防废弃物的产生、垃圾分类、垃圾减量、通过机械回收产生额外价值、将化学回收作为能量再恢复之前的一种回收方案以增加能量恢复机会等。
垃圾(废弃物)是一种宝贵的二次碳资源。在线性经济中，垃圾的主要处置方式就是填埋或焚烧。这些处置方式不仅导致了各种气候、环境和社会问题，还造成了碳资源的浪费。在循环碳经济中，垃圾则被用作二次碳原料，用以取代化石资源进行生产。这既有利于保护环境，也可以节约资源。此外，这种做法还能降低一个国家对化石能源进口的依赖性。中国正处于从线性碳经济向循环碳经济转型的初始时期。因此，中国可以借鉴其他经济体的废弃物管理经验，并且可以思考是否能学习这些做法以支持“无废城市”的发展。本文主要有三个重点。首先是对中国无废城市倡议的驱动因素以及为应对日益严重的垃圾处置危机而采取的措施进行评价。其次是分享德国在可持续废弃物管理方面的经验；德国是实施多层次式废弃物管理模式(减量–再用–再生–再恢复–填埋)的先驱，在循环碳技术方面拥有丰富的经验。最后是鉴别出有哪些做法可以被应用到中国无废城市的建设中。其中包括鼓励人们预防废弃物的产生、垃圾分类、垃圾减量、通过机械回收产生额外价值、将化学回收作为能量再恢复之前的一种回收方案以增加能量恢复机会等。
2020, 4(3): 244-257.
doi: 10.1093/ce/zkaa009
摘要:
生产微藻用作生物燃料生产中使用的脂肪酸油类来源是实验室规模广泛研究的课题。与大豆等油料相比，微藻在单位干重中的脂肪含量更高。此外，与每年一季或两季的大豆相比，微藻的生长和培养周期为15天。然而，迄今为止，由于工业化大规模微藻培养的局限性，在世界范围内生产微藻油并不划算。最新研究表明，利用异养微藻进行大规模产油可能在经济上是可行的。为了评估这一可行性，我们进行了一项概略性比较研究，分析了工业规模培养微藻并从中提取微藻油的可行性。初步设计了异养亚种和自养亚种小球藻的生产工艺，并进行了AACE 4级成本估算和经济分析。本研究得出的结论是，相比于自养微藻，基于异养微藻的工艺更有可能达到经济可行性。然而，要实现自由市场经济活力，仍存在一些障碍。
生产微藻用作生物燃料生产中使用的脂肪酸油类来源是实验室规模广泛研究的课题。与大豆等油料相比，微藻在单位干重中的脂肪含量更高。此外，与每年一季或两季的大豆相比，微藻的生长和培养周期为15天。然而，迄今为止，由于工业化大规模微藻培养的局限性，在世界范围内生产微藻油并不划算。最新研究表明，利用异养微藻进行大规模产油可能在经济上是可行的。为了评估这一可行性，我们进行了一项概略性比较研究，分析了工业规模培养微藻并从中提取微藻油的可行性。初步设计了异养亚种和自养亚种小球藻的生产工艺，并进行了AACE 4级成本估算和经济分析。本研究得出的结论是，相比于自养微藻，基于异养微藻的工艺更有可能达到经济可行性。然而，要实现自由市场经济活力，仍存在一些障碍。
2020, 4(3): 258-282.
doi: 10.1093/ce/zkaa010
摘要:
由于太阳能光伏发电量的增加和高峰负荷的升高，电网运营企业在负荷匹配和发电方面面临着新的挑战。本文的结论表明分时(time-of-use, TOU)电价是应对这些挑战的有效方法。分时电价引入了价格差异，以鼓励人们在高峰时段节约用电，并更多地选择在非高峰时段用电。这一策略正在美国各地执行，包括亚利桑那州、加利福尼亚州和夏威夷州。本文利用分辨率达小时级的PLEXOS生产成本模型，研究由于TOU费率和额外的太阳能发电引起的负载形状变化，而导致的电力生产成本、节点边际电价和发电竞价队列(dispatch stack，用于满足用电负荷的发电类型)的变化。在利用PLEXOS模型进行建模的过程中，我们于美国亚利桑那州的平衡区中选取了3种不同的分时电价执行程度(响应水平)，并且分别考虑了有无新增光伏发电的情形。对大部分情况的分析结果都表明，在亚利桑那州实施分时电价后，美国西部互联电网备用电能不足的情况得到了缓解，缓解的程度在某些情况下还相当显著。这一结果表明整个互联电网内相互影响，展现出对整个互联电网进行建模所具有的优势。受益于新增太阳能光伏发电和分时电价带来的负荷改变，电力生产成本得以降低；在太阳能光伏发电较多的情况下，高响应水平下电力生产成本的降低幅度也最大。对于某个典型的夏季日而言，分时电价带来的负荷变化降低了节点边际电价，不过高用电负荷日的结果与其却并不一致。新增的太阳能光伏发电减少了燃气轮机、联合循环发电机组和燃煤发电机组的使用。
由于太阳能光伏发电量的增加和高峰负荷的升高，电网运营企业在负荷匹配和发电方面面临着新的挑战。本文的结论表明分时(time-of-use, TOU)电价是应对这些挑战的有效方法。分时电价引入了价格差异，以鼓励人们在高峰时段节约用电，并更多地选择在非高峰时段用电。这一策略正在美国各地执行，包括亚利桑那州、加利福尼亚州和夏威夷州。本文利用分辨率达小时级的PLEXOS生产成本模型，研究由于TOU费率和额外的太阳能发电引起的负载形状变化，而导致的电力生产成本、节点边际电价和发电竞价队列(dispatch stack，用于满足用电负荷的发电类型)的变化。在利用PLEXOS模型进行建模的过程中，我们于美国亚利桑那州的平衡区中选取了3种不同的分时电价执行程度(响应水平)，并且分别考虑了有无新增光伏发电的情形。对大部分情况的分析结果都表明，在亚利桑那州实施分时电价后，美国西部互联电网备用电能不足的情况得到了缓解，缓解的程度在某些情况下还相当显著。这一结果表明整个互联电网内相互影响，展现出对整个互联电网进行建模所具有的优势。受益于新增太阳能光伏发电和分时电价带来的负荷改变，电力生产成本得以降低；在太阳能光伏发电较多的情况下，高响应水平下电力生产成本的降低幅度也最大。对于某个典型的夏季日而言，分时电价带来的负荷变化降低了节点边际电价，不过高用电负荷日的结果与其却并不一致。新增的太阳能光伏发电减少了燃气轮机、联合循环发电机组和燃煤发电机组的使用。
2020, 4(3): 283-300.
doi: 10.1093/ce/zkaa014
摘要:
本文对热制氢电力市场逐小时的运营进行了建模，包括对所有适用的化工产品(合成气、氨、甲醇和氧气)的经济价值进行了量化，并建立了逐小时的电力模型，以模拟关键技术的调度：双向发电厂、双燃料供热系统和插入式燃料电池混合动力汽车。关键技术的运营决定了小时电价，优化模型调整了容量，使电价最小化的同时还能使所有发电方回收成本。我们研究了可再生能源、核能和天然气的12种成本方案，结果显示无排放、“纯能源”的电力市场的供应主要依靠可再生能源。通过获取电解(氢气和氧气)中完整的供应链价值，部分经济成果得以实现，这使得支付(可再生)电力的意愿增加。批发电价平均为25–45美元/兆瓦时(MWh)，或略高于假设的可再生能源平准化成本。这意味着电价将具有很大的竞争力，特别是考虑到其不需要“稀缺”定价、容量市场、专用蓄电系统和对未利用电量的输配送。
本文对热制氢电力市场逐小时的运营进行了建模，包括对所有适用的化工产品(合成气、氨、甲醇和氧气)的经济价值进行了量化，并建立了逐小时的电力模型，以模拟关键技术的调度：双向发电厂、双燃料供热系统和插入式燃料电池混合动力汽车。关键技术的运营决定了小时电价，优化模型调整了容量，使电价最小化的同时还能使所有发电方回收成本。我们研究了可再生能源、核能和天然气的12种成本方案，结果显示无排放、“纯能源”的电力市场的供应主要依靠可再生能源。通过获取电解(氢气和氧气)中完整的供应链价值，部分经济成果得以实现，这使得支付(可再生)电力的意愿增加。批发电价平均为25–45美元/兆瓦时(MWh)，或略高于假设的可再生能源平准化成本。这意味着电价将具有很大的竞争力，特别是考虑到其不需要“稀缺”定价、容量市场、专用蓄电系统和对未利用电量的输配送。
2020, 4(3): 210-243.
doi: 10.1093/ce/zkaa008
摘要:
CO2捕集、利用与封存 (CO2 capture, utilization, and storage, CCUS) 被认为是控制全球人为温室气体排放最重要的方法。尽管世界各国在推动各项技术走向成熟并开展大规模示范方面已取得重大进展，但广泛部署进程在不同国家和地区之间仍存在差距。本文中，我们重点探讨了根据各地区独特的技术特征和社会政治驱动因素来制定商业模型的重要性，这也是扩大商业规模必不可少的组成部分，本文还探讨了跨区域分享经验的方法。我们确定了3种CCUS发展模型：资源回收(RR)、绿色增长(GR)和低碳电网(LCG)；每种模型都存在不同的在短期内亟待解决的问题；如果这些问题得到解决，CCUS商业部署潜力将进一步提高。这3种模型的框架机制，通过明确这些重要技术问题和政策要求，有助于将一个地区或背景性的经验转化后应用于其他地区。展望未来，该模型框架还可用于指导不同地区如何致力于最有效地利用CCUS，这也是全球从长远上努力实现深度脱碳工作的一部分。
CO2捕集、利用与封存 (CO2 capture, utilization, and storage, CCUS) 被认为是控制全球人为温室气体排放最重要的方法。尽管世界各国在推动各项技术走向成熟并开展大规模示范方面已取得重大进展，但广泛部署进程在不同国家和地区之间仍存在差距。本文中，我们重点探讨了根据各地区独特的技术特征和社会政治驱动因素来制定商业模型的重要性，这也是扩大商业规模必不可少的组成部分，本文还探讨了跨区域分享经验的方法。我们确定了3种CCUS发展模型：资源回收(RR)、绿色增长(GR)和低碳电网(LCG)；每种模型都存在不同的在短期内亟待解决的问题；如果这些问题得到解决，CCUS商业部署潜力将进一步提高。这3种模型的框架机制，通过明确这些重要技术问题和政策要求，有助于将一个地区或背景性的经验转化后应用于其他地区。展望未来，该模型框架还可用于指导不同地区如何致力于最有效地利用CCUS，这也是全球从长远上努力实现深度脱碳工作的一部分。
2020, 4(3): 301-308.
doi: 10.1093/ce/zkaa011
摘要:
针对工程建设领域推进智慧化管理面临的难题，基于智慧企业理念，结合水电工程建设管理实际情况，提出了智慧工程基本概念、主要特征和总体思路。在回顾大渡河水电智慧工程建设中历经的先期探索、试点建设、全面实践3个阶段的基础上，总结出大岗山、猴子岩、沙坪二级、双江口水电站智慧工程实践成果，重点介绍双江口水电站智慧工程全面实践过程中的工程预警决策中心、智能大坝工程、智能地下工程、智能机电工程、智能安全管控、智能服务保障、智能环保水保、智能资源调控的技术体系和管理模式。提出智慧工程是信息技术、工业技术与管理技术的高度融合，指出智慧工程必将引领世界水利水电行业乃至工程建设领域的全新发展。
针对工程建设领域推进智慧化管理面临的难题，基于智慧企业理念，结合水电工程建设管理实际情况，提出了智慧工程基本概念、主要特征和总体思路。在回顾大渡河水电智慧工程建设中历经的先期探索、试点建设、全面实践3个阶段的基础上，总结出大岗山、猴子岩、沙坪二级、双江口水电站智慧工程实践成果，重点介绍双江口水电站智慧工程全面实践过程中的工程预警决策中心、智能大坝工程、智能地下工程、智能机电工程、智能安全管控、智能服务保障、智能环保水保、智能资源调控的技术体系和管理模式。提出智慧工程是信息技术、工业技术与管理技术的高度融合，指出智慧工程必将引领世界水利水电行业乃至工程建设领域的全新发展。
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