可再生電力均衡化 多學(xué)科視野的儲能、需求側(cè)管理和網(wǎng)絡(luò)擴展
定 價:79 元
叢書名:新能源開發(fā)與利用叢書
- 作者:Droste-Franke, B., Paal, B.P., Rehtanz, C., Sauer, D.U., S
- 出版時間:2018/11/1
- ISBN:9787111609896
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TM60
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書以德國可再生能源的發(fā)展為線索,從歐盟的角度系統(tǒng)闡述可再生能源發(fā)展的目標(biāo)、戰(zhàn)略和技術(shù)現(xiàn)狀以及電網(wǎng)擴展的需求和實現(xiàn)技術(shù),并且在經(jīng)濟、政策和法律方面分析可再生能源的發(fā)展,總結(jié)可再生能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對措施。
書中融合能源工程、電力工程、技術(shù)評估、政治學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和法學(xué)等相關(guān)學(xué)科的觀點,適合可再生能源相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和研究生作為參考書籍,還可供可再生能源發(fā)電技術(shù)開發(fā)、工程規(guī)劃管理和建設(shè)的相關(guān)人員參考閱讀,對可再生能源發(fā)展布局中涉及的政策影響、經(jīng)濟學(xué)和法學(xué)觀點感興趣的讀者也可以在書中找到相關(guān)跨學(xué)科角度的說明。
關(guān)于本書
整合可再生能源接入電力系統(tǒng)這個重大的決策伴隨著風(fēng)能和太陽能發(fā)電產(chǎn)生暫時性的波動問題。因此為平衡電能以及降低CO2排放的長遠(yuǎn)目標(biāo)就需要長期實施可行的低碳方案。
本書跨學(xué)科地研究分析未來能源系統(tǒng)發(fā)展的方案,目標(biāo)是使可再生能源的電力在電網(wǎng)中平衡并提出所需的框架條件。為保障實現(xiàn)目標(biāo),發(fā)展方案仍需不斷改進。作者融合了能源工程、技術(shù)評估、政治學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、法學(xué)、政策、相關(guān)人士演講演說和能源部門工作人員以及相關(guān)民眾的觀點。
本書特色
德國作為一個對減輕溫室氣體排放有著強烈使命感的大國,書中分析了這個國家需要平衡能源系統(tǒng)的原因。此外,書中也提出了*優(yōu)化整個歐洲電力系統(tǒng)相應(yīng)均衡技術(shù)的設(shè)計概要。同時,本書展望了未來電力能源系統(tǒng)中所面對的挑戰(zhàn),預(yù)言將會普遍應(yīng)用互為補充的混合電力存儲技術(shù)。此外,本書指明應(yīng)該改進許多資助辦法和法律、法規(guī)以充分滿足和培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)新。*后,針對技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)、市場邊界條件的設(shè)計和電力均衡技術(shù)應(yīng)用中特別的支持方案,作者給出了很多有益的建議。
對抗人為因素導(dǎo)致的氣候變化是目前正在進行電力供應(yīng)大規(guī)模重組的主要原因。在此背景下達(dá)到普遍共識的措施是利用可再生能源代替化石能源以減少溫室氣體排放,電力系統(tǒng)中相應(yīng)可再生能源的份額不斷持續(xù)增加。在許多國家風(fēng)能和太陽能成為前景大好主力開發(fā)的能源,但其可用性隨著天氣的變化而劇烈變化。為了避免由于短期波動和長期電力供應(yīng)不足導(dǎo)致的需求方電力短缺,必須發(fā)展低碳技術(shù)平衡電力供需問題。
在這樣的背景下出現(xiàn)了如下問題:在電網(wǎng)中平衡傳統(tǒng)能源和可再生能源主導(dǎo)發(fā)電的電力面臨的主要挑戰(zhàn)是什么?有哪些已經(jīng)存在的技術(shù)方案前景大好、低碳并長期可行或者哪些技術(shù)方案前瞻性地能在未來幾年內(nèi)開發(fā)?現(xiàn)在預(yù)測在哪些方面進行充分革新會存在什么障礙?采取什么措施可以消除或避免這些障礙?
為了回答這些問題,Europische Akademie公司成立跨學(xué)科項目工作組執(zhí)行項目“儲能和集成可再生能源發(fā)電的虛擬發(fā)電廠:潛力、創(chuàng)新壁壘和實現(xiàn)策略”。項目組包括技術(shù)工程、環(huán)境科學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、政治學(xué)和法理相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的專家,先從各個獨立的學(xué)科研討開始,進一步討論其研討結(jié)果然后對工作進行全面的綜合形成持續(xù)性的研究組織。大部分跨學(xué)科的討論在大概每2個月一次的項目組會議中進行,主要的成果最終提煉成為政策建議。
在舉辦的兩次研討會和一次會議中獲得了本項目組之外專家們的更多意見。第一次研討會集中討論在此領(lǐng)域中的其他研究結(jié)果。項目組要感謝在第一次研討會中做出巨大貢獻的外部專家:Frieder Borggrefe(科隆大學(xué))、Lueder von Bremen博士(奧爾登堡大學(xué))、Clemens Hoffmann博士(西門子公司)、Cornelius Pieper博士(波士頓咨詢公司)和Detlef F Sprinz博士(波茨坦氣候影響研究學(xué)院)。此外,項目組還要感謝Clemens Hoffmann博士和西門子公司提供的數(shù)據(jù)。正是在第一次研討會中產(chǎn)生靈感,在亞琛工業(yè)大學(xué)這個項目中建立利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電,存儲電能和以并聯(lián)的方式接入電網(wǎng)的泛歐洲優(yōu)化模型的第1版。為了全面檢查項目中期業(yè)績并且為學(xué)科進一步的工作提出寶貴建議,項目組還要感謝參加第二次研討會的人員: Erik Hauptmeier博士(RWE公司,埃森)、Wolfgang Woyke博士(EO(jiān)N公司,慕尼黑)、Michael Ritzau博士[能源工業(yè)和技術(shù)規(guī)劃辦公公司(BET),亞。、Gerrit Volk博士(聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局,波恩)、Ulla Bde(聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局,波恩)、Thomas Klaus(聯(lián)邦環(huán)境局,德紹)、Uwe Leprich教授(薩爾應(yīng)用科學(xué)大學(xué),薩爾布呂肯)和Joh-Christian Pielow教授(波鴻魯爾大學(xué))。特別感謝非項目組成員做出的貢獻,特別是2010年3月在歐洲科學(xué)院舉辦的春季會議中進行大會發(fā)言的專家,他們建議進一步深入理解可再生能源的概念并對其研究進行整合,他們是Kornelis Blok教授(烏得勒支大學(xué))、Andreas Brabeck(RWE公司,埃森)、Vera Brenzel(EO(jiān)N,杜塞爾多夫)、Jrg-Werner Haug(citiworks公司,慕尼黑)、Wolfram Krause博士(EWE公司,奧爾登堡)、Hans Müller-Steinhagen教授[德國航空航天中心(DLR),德國斯圖加特大學(xué)]和Joachim Nitsch博士(德國航空航天中心,斯圖加特)。
另外還要感謝獲得特許任教資格的Dietmar Lindenberger博士(科隆大學(xué))在項目組會議討論中的貢獻。此外要感謝Frieder Borggrefe和Matthias Leuthold博士的深入探討,特別感謝他們在能源系統(tǒng)建模方面的意見。還要感謝Stephan Lingner博士(Europische Akademie公司)領(lǐng)導(dǎo)第一次研討會并給予的寶貴意見和貢獻。最后感謝Friederike Wütscher(Europische Akademie公司)對于出版的支持和Wortschleife Augsburg高效的文本校對。
Bert Droste-Franke
Bert Droste-Franke,工學(xué)博士,物理學(xué)學(xué)士,在哥延根大學(xué)和海德堡大學(xué)主修物理學(xué),輔修經(jīng)濟學(xué)第二學(xué)位。1996年在海德堡的馬克思普朗克核物理研究所以“上層對流層中基于航天器的微量氣體測量”為題完成學(xué)士論文,2004年在斯圖加特大學(xué)以“環(huán)境計量貢獻中的環(huán)境破壞質(zhì)量評估”為題完成工學(xué)博士論文。1996~2006年在斯圖加特大學(xué)能源產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用研究所(IER)擔(dān)任助理研究員。參加并主持項目及研討會,其中包括歐盟、國家研究所、世界銀行項目,主要研究內(nèi)容為研究世界經(jīng)濟活動對環(huán)境造成的沖擊與破壞,并開發(fā)廣泛適用的集成軟件工具“EcoSense”,進行模型整合。2006年起,作為歐洲科學(xué)院的合作者與研究者參與多學(xué)科研究,內(nèi)容為能源技術(shù)在未來能源系統(tǒng)中的應(yīng)用,其中就包括電力供應(yīng)問題。研究領(lǐng)域為基于能源系統(tǒng)的技術(shù)評估、環(huán)境物理學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟學(xué)。
Boris PPaal,教授,博士,弗萊堡大學(xué)媒體與信息法研究所主任,民法、經(jīng)濟法、媒體與信息法首席科學(xué)家。在康斯坦茨大學(xué)1999年獲私法學(xué)士學(xué)位,2001年獲法學(xué)博士學(xué)位。同年起在牛津大學(xué)莫德林學(xué)院進行歐洲法學(xué)和比較法學(xué)的博士后研究,并于當(dāng)年獲得牛津大學(xué)法律碩士學(xué)位。在杜塞爾多夫高級地區(qū)法院擔(dān)任法律書記員職位時,主要服務(wù)于一些大公司,例如Hoelters&Elsing、Hengeler Mueller等公司。2003年他完成了第二法學(xué)國家考試。之后,他作為研究助理工作于康斯坦茨大學(xué)(2004年)和海德堡大學(xué)(2004~2008年),并準(zhǔn)備他的比較法和媒體法教師資格論文。2009年他獲得了海德堡大學(xué)的“民法、商法、經(jīng)濟法、國際私法和媒體法”特許任教資格。同年被邀請擔(dān)任弗萊堡大學(xué)的民法、經(jīng)濟法、媒體法和信息法的全職法學(xué)教授。他的主要研究領(lǐng)域為民法、經(jīng)濟法、媒體法和國際私法。
Christian Rehtanz,工學(xué)博士,教授,1994年在德國多特蒙德科技大學(xué)獲電氣工程學(xué)士學(xué)位,1997年獲博士學(xué)位,2003年于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院獲大學(xué)教師資格證書,從2000年開始工作于瑞士ABB聯(lián)合研究所,2003年成為ABB全球電力系統(tǒng)商業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者并于2005年成為ABB中國聯(lián)合研究所主任。從2007年開始擔(dān)任多特蒙德科技大學(xué)電力系統(tǒng)與電力經(jīng)濟研究所主任。此外,自2007年起,他還擔(dān)任ef Ruhr公司的技術(shù)顧問,這是一家由3所大學(xué)(波鴻大學(xué)、多特蒙德大學(xué)、杜伊思堡-埃森大學(xué))聯(lián)合成立的研究型公司。他同時還是位于中國長沙的湖南大學(xué)客座教授。Rehtanz的主要研究領(lǐng)域為電力系統(tǒng)及電力經(jīng)濟,包括電網(wǎng)強化及擁護減輕等技術(shù),比如穩(wěn)定性評估、寬領(lǐng)域監(jiān)測、保護和電網(wǎng)聯(lián)合控制以及分布式產(chǎn)能和儲能的整合與控制技術(shù)等。他于2003年獲得麻省理工學(xué)院(MIT)世界青年發(fā)明家百強獎。他發(fā)表了150篇學(xué)術(shù)論文,出版了3本專著,擁有17項發(fā)明專利。
Dirk Uwe Sauer,博士,教授,1969年出生于曼海姆,1989~1994于達(dá)姆施塔特大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué),1992~1994年于弗萊堡布列斯高的弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(ISE)以“獨立光伏供電系統(tǒng)的組件與整體系統(tǒng)的建模與仿真”為學(xué)位論文獲得其學(xué)士學(xué)位。之后以研究員和科學(xué)家的身份工作于弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所直到2003年,其中在2000~2003年擔(dān)任“儲能系統(tǒng)”小組負(fù)責(zé)人。同期,在2001~2003年,他還擔(dān)任跨學(xué)科工作組“離網(wǎng)和農(nóng)村電力化”的負(fù)責(zé)人和“農(nóng)村電力化”管理主任之職。2003年他于烏拉姆大學(xué)獲得博士學(xué)位,學(xué)位論文題目為“基于光伏系統(tǒng)強化電池老化的鉛酸蓄電池優(yōu)化使用研究”。2003年10月,Sauer獲得教師資格并于2009年在亞琛工業(yè)大學(xué)“電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換和儲能系統(tǒng)”課題組獲得大學(xué)教授職位(屬于電力系統(tǒng)和信息技術(shù)學(xué)院職員)。他的研究領(lǐng)域主要為電化學(xué)儲能(電池)和獨立能源供應(yīng)系統(tǒng)。
Jens-Peter Schneider,博士,教授,弗萊堡大學(xué)公法、歐洲信息與基礎(chǔ)建設(shè)法主席,弗萊堡大學(xué)媒體與信息法研究所聯(lián)合主任。至2010年止,就任德國奧森納布呂克大學(xué)德國與歐洲行政法教授,同時擔(dān)任該校歐洲法律研究所聯(lián)合主任。1993~2003年,他為漢堡大學(xué)環(huán)境法研究中心和法律研究與創(chuàng)新中心研究員。此外,他還分別獲得了比勒菲爾德大學(xué)(1999年)、愛爾福特大學(xué)(1999年)和斯派爾大學(xué)(2009年)的教授職位。他于德國馬爾堡大學(xué)和弗萊堡大學(xué)研究學(xué)習(xí)法律(和經(jīng)濟學(xué)),并于弗萊堡大學(xué)獲得法學(xué)博士學(xué)位。他曾于美國舊金山州和聯(lián)邦政府部門任職初級律師,類似于律師代理人,并獲得漢堡大學(xué)資格證。
Miranda Schreurs,博士,教授,2007年起擔(dān)任德國柏林自由大學(xué)環(huán)境政策研究中主任和比較政治學(xué)教授,之前擔(dān)任馬里蘭大學(xué)帕克分校比較政治學(xué)副教授。她于1996年于密歇根大學(xué)獲得博士學(xué)位。2008年她擔(dān)任環(huán)境咨詢委員會委員,這是德國聯(lián)邦政府的咨詢委員會。2011年,她擔(dān)任歐洲環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展咨詢委員會主席,該委員會包括歐洲各地近25名委員。同年,她接受德國總理默克爾的邀請進入安全能源供應(yīng)道德委員會,負(fù)責(zé)給德國政府提供福島事件后能源問題的建議。她是2009~2010年富布賴特新世紀(jì)學(xué)者計劃的杰出領(lǐng)導(dǎo)者,并擔(dān)任“大學(xué)在知識中心與創(chuàng)新驅(qū)動中的作用”項目的執(zhí)行者。
Thomas Ziesemer博士,教授,1996年12月起擔(dān)任經(jīng)濟學(xué)副教授,他分別于1974~1975年在基爾大學(xué)、1975~1978年在雷根斯堡大學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)濟學(xué),1982~1989年就職于雷根斯堡大學(xué),并在此于1985年完成了他的經(jīng)濟學(xué)博士論文。1989年12月后,他在馬斯特里赫特大學(xué)先后擔(dān)任國際經(jīng)濟學(xué)副教授、微觀經(jīng)濟學(xué)副教授(1994~1997年),目前在該校擔(dān)任商學(xué)院與經(jīng)濟學(xué)院的經(jīng)濟學(xué)副教授。1996年他獲得了柏林自由大學(xué)的教授資格。他的研究領(lǐng)域包括發(fā)展學(xué)、國際和環(huán)境經(jīng)濟學(xué)、經(jīng)濟增長、技術(shù)變革等。
譯者序
原書序
原書前言
作者簡介
縮略語
緒論1
第1章 導(dǎo)論9
1.1背景9
1.2歐洲能源結(jié)構(gòu)中的可再生能源10
1.3研究的目的和結(jié)構(gòu)13
第2章 未來電力供應(yīng)的遠(yuǎn)景分析15
2.1可再生電力系統(tǒng)長期可行的發(fā)展目標(biāo)15
2.1.1有效配置和公平分配15
2.1.2一個有效的操作規(guī)則16
2.2平衡策略的評估指標(biāo)17
2.2.1環(huán)境影響指標(biāo)17
2.2.2資源可用性指標(biāo)19
2.2.3能源供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)20
2.3歐洲可再生能源電力系統(tǒng)的政策性治理20
2.3.1歐洲能源系統(tǒng)的歷史背景、現(xiàn)狀及發(fā)展21
2.3.2管理未來能源系統(tǒng)的政策性治理行動22
2.3.3面臨的挑戰(zhàn)31
2.4存儲價值經(jīng)濟學(xué)32
2.4.1能源經(jīng)濟背景32
2.4.2存儲價值理論33
2.5小結(jié)和結(jié)論35
第3章 現(xiàn)有能源系統(tǒng)研究37
3.1作為框架條件下分析現(xiàn)有未來能源策略的適用性37
3.1.1能源系統(tǒng)建模:一個理論化的視角37
3.1.2研究能源系統(tǒng)分析采取的基本方法及數(shù)據(jù)要求39
3.1.3根據(jù)一般特征比較相關(guān)能源系統(tǒng)42
3.2未來電能供應(yīng)參數(shù)作為均衡策略分析的輸入?yún)?shù)47
3.2.1政治的RES方案假設(shè):加大資金投入力度48
3.2.2根據(jù)2009年主導(dǎo)方案的假設(shè)48
3.2.3對常規(guī)發(fā)電站的影響48
3.2.4發(fā)展路線評估52
3.3小結(jié)和結(jié)論53
第4章 均衡電能和電力的需求54
4.1根據(jù)德國方案評估需求和儲電量的均衡54
4.1.1評估均衡電量與電力需求54
4.1.2估計儲電量60
4.2評估基于優(yōu)化的泛歐低碳電力能源供應(yīng)戰(zhàn)略的儲能需求63
4.2.1一般性質(zhì)和邊界條件63
4.2.2潮流計算64
4.2.3系統(tǒng)優(yōu)化64
4.2.4成本數(shù)據(jù)及其他假設(shè)65
4.2.5第一次模型結(jié)果67
4.2.6結(jié)果討論69
4.3小結(jié)和結(jié)論69
第5章 電能與電力均衡化技術(shù)71
5.1電力儲能系統(tǒng)的分類以及系統(tǒng)提供的正向和反向的電力控制71
5.2用于電力均衡和電力供應(yīng)的“電能至電能”儲能技術(shù)的技術(shù)說明75
5.2.1“機械能”電能儲能系統(tǒng)75
5.2.2“電力類”電能儲能系統(tǒng)77
5.2.3電力“化學(xué)”儲能系統(tǒng)78
5.3為負(fù)載均衡和電能供應(yīng)的“電能至其他形式”儲能技術(shù)的技術(shù)說明和儲能潛力82
5.3.1工業(yè)部分需求側(cè)管理82
5.3.2移動電力提供的均衡83
5.3.3家用部分需求側(cè)管理84
5.3.4可再生能源的停機89
5.3.5化學(xué)燃料如氫氣、甲烷或甲醇的發(fā)電89
5.4電力均衡和電能供應(yīng)的“其他形式至電能”的儲能技術(shù)描述90
5.4.1帶熱儲能的熱電聯(lián)產(chǎn)供電廠90
5.4.2使用化石燃料、原子能、水力或生物燃料的傳統(tǒng)發(fā)電廠92
5.5對需求響應(yīng)和需求側(cè)管理選擇的結(jié)論92
5.6儲能技術(shù)的生命周期成本分析93
5.7未來技術(shù)的環(huán)境問題、資源利用和系統(tǒng)特性的可行性評估98
5.7.1定量評估的方法和數(shù)據(jù)應(yīng)用98
5.7.2環(huán)境影響99
5.7.3資源利用104
5.7.4社會的相關(guān)系統(tǒng)特性111
5.7.5各種儲能方法未來可行性的結(jié)論113
5.8小結(jié)和結(jié)論114
第6章 電網(wǎng)技術(shù)和經(jīng)濟影響117
6.1包括電網(wǎng)需求的整體系統(tǒng)技術(shù)壁壘評估117
6.1.1配電網(wǎng)負(fù)載控制的接口117
6.1.2擴展輸電網(wǎng)121
6.2日常及季節(jié)性范圍內(nèi)均衡活動的經(jīng)濟影響127
6.2.1為了避免限制的配電網(wǎng)需求127
6.2.2輸電網(wǎng)的擴展方式影響128
6.2.3均衡方式對經(jīng)濟影響的結(jié)論130
6.3小結(jié)和結(jié)論130
第7章 經(jīng)濟分析和政策132
7.1缺乏經(jīng)濟政策的市場經(jīng)濟的問題:基于天氣情況進行供給,文化引起需求波動132
7.1.1市場的保險功能132
7.1.2波動和電能需求的緩解:節(jié)約電能和減少儲能設(shè)備的需求133
7.1.3供應(yīng)的波動和平緩134
7.1.4供需協(xié)調(diào)134
7.1.5長遠(yuǎn)發(fā)展方面135
7.1.6面向儲能設(shè)備的位置理論135
7.2經(jīng)濟架構(gòu)條件分析136
7.2.1簡介:經(jīng)濟政策理論136
7.2.2在環(huán)境和科技問題方面的經(jīng)濟政策理論137
7.2.3政府支持的現(xiàn)有慣例139
7.2.4經(jīng)濟政策的程式化觀點:最好觀點、較好觀點、歷史沿革和轉(zhuǎn)折140
7.2.5經(jīng)濟政策建議142
7.3小結(jié)和結(jié)論143
第8章 均衡策略的合法分析144
8.1要點介紹144
8.2儲能145
8.2.1集中儲能系統(tǒng)145
8.2.2分散儲能系統(tǒng),特別是在電動汽車領(lǐng)域149
8.3配電網(wǎng)中的均衡策略152
8.3.1智能電表152
8.3.2智能電網(wǎng)/需求側(cè)管理156
8.4輸電網(wǎng)擴展157
8.4.1電網(wǎng)擴展的規(guī)劃與許可證發(fā)放的現(xiàn)狀157
8.4.2作為經(jīng)濟能源管理規(guī)定的一部分,投資管理規(guī)定的現(xiàn)狀160
8.4.3 一個關(guān)于電網(wǎng)擴展中的規(guī)劃、許可證發(fā)放及調(diào)節(jié)的改革觀念166
8.4.4小結(jié)與結(jié)論169
第9章 結(jié)論和建議171
9.1總體目標(biāo)和結(jié)果171
9.2挑戰(zhàn)和建議172
9.2.1技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展172
9.2.2框架條件和組織引導(dǎo)174
附錄177
附錄A術(shù)語177
附錄B基于減排約束的最優(yōu)增長模型中排放與勞動力節(jié)約技術(shù)變革之間的關(guān)系182
參考文獻185