了得網工業技術_能源互聯網與能源轉換技術

編輯推薦

本書特色：
★ 全面介紹能源互聯網中能源類型的概念、特點、結構及相互轉換技術，並提出了一種新的能源接入模式。
★ 行文流暢，通俗易懂，可作為了解能源互聯網相關技術的科普讀物。

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內容簡介

本書結合能源發展歷程，在能源轉換、存儲和傳輸技術的基礎上，針對世界能源發展面臨的嚴峻考驗，對一種新型網絡結構———能源互聯網進行了研究；在對能源互聯網的概念、特點、結構以及能源互聯網中的能源類型進行詳盡介紹的同時，提出了能源互聯網中的一種新的能源接入模式———自能源；並且闡述了能量的標度與梯級利用、多能源轉換路由器的框架與運行模式以及能源互聯網電力電子化的相關技術；還詳細介紹了能源互聯網中的電能轉換、熱能轉換、其他能源相互轉換以及相關能量存儲與傳輸技術。本書可供電力企業、制造商和從事能源互聯網研究和應用的人員參考，也可作為高等院校師生學習能源互聯網的參考書，以及有興趣的讀者了解能源互聯網相關技術的科普讀物。。

出版說明《電氣工程新技術叢書》編委會前言第1章能源與能源互聯網1.1能源的發展與現狀1.1.1能源的發展1.1.2世界能源現狀1.1.3中國能源現狀1.2能源轉換技術1.3能源存儲與傳輸1.4能源互聯網的提出1.4.1能源互聯網的基本定義1.4.2能源互聯網的特點1.5能源互聯網的能源類型1.6能源互聯網的繫統結構1.7能源互聯網的網絡結構1.7.1電能網絡1.7.2交通網絡1.7.3熱能網絡1.7.4新能源網絡1.7.5石化網絡1.8能源互聯網的通信結構1.8.1能源互聯網中的軟件結構1.8.2能源互聯網的標準協議1.9本章小結第2章自能源2.1自能源的概念與結構2.2自能源的信息物理繫統2.2.1自能源的信息物理特性2.2.2相互依存的信息物理網絡2.2.3兩層網絡級聯失效分析2.3自能源的能量管理與協調控制2.3.1自能源的能量管理2.3.2自能源的協調控制2.4自能源與能源市場2.4.1能源市場的交易機制2.4.2自能源的交易策略2.5本章小結第3章能量的標度與梯級利用3.1相關定義與定律3.2能量的標度3.2.1能量的性質3.2.2能量的單位3.3能量的量與質3.3.1能量的平衡方程3.3.2的平衡方程3.3.3EUD圖像分析方法3.4能源的特點3.4.1一次能源3.4.2二次能源3.5能源的梯級利用3.5.1物理能綜合梯級利用3.5.2餘熱鍋爐型聯合循環3.5.3排氣全燃型聯合循環3.5.4化學能和物理能綜合梯級利用3.6總能繫統的全息特性3.6.1總能繫統全息特性與全工況特性概念3.6.2總能繫統全息特性的性能指標3.7本章小結第4章多能源轉換路由器4.1能源路由器總述4.2電力能源路由器4.2.1電力能源路由器的總體框架4.2.2電力能源路由器的運行模式4.2.3電力能源路由器的功能需求4.3能源路由器中多能源網絡接入4.4多能源轉換路由器——能量樞紐4.4.1能量樞紐的模型4.4.2儲能裝置建模4.4.3能量樞紐的價值分析4.4.4基於能量樞紐的多能源繫統優化規劃與優化運行4.5本章小結第5章能源互聯網的電力電子化5.1能源互聯網與電力電子技術5.2AC-DC整流器5.2.1不控整流器5.2.2PWM整流器5.2.3PWM整流器的數學模型5.2.4PWM整流器的控制策略5.3DC-DC變換器5.3.1非隔離型電路5.3.2隔離型電路5.3.3雙向Buck-Boost變換器5.4DC-AC逆變器5.4.1現有逆變器分類5.4.2逆變器的拓撲結構5.4.3不同類型逆變器的典型控制策略5.4.4並網逆變器的鎖相環5.5AC-AC變流器5.5.1雙PWM變頻器5.5.2固態變壓器5.6本章小結第6章能源轉換中的電能轉換6.1風力發電6.1.1風力發電概述6.1.2風力發電繫統6.1.3風力發電繫統的並網與控制6.1.4新型風力發電技術6.1.5風能在能源互聯網中的地位6.2太陽能發電6.2.1太陽能發電概述6.2.2太陽能光伏發電6.2.3太陽能熱發電6.2.4太陽能在能源互聯網中的地位6.3生物質發電6.3.1生物質發電概述6.3.2沼氣發電6.3.3生物質發電的並網6.3.4生物質能在能源互聯網中的地位6.4燃氣發電6.4.1燃氣發電概述6.4.2燃氣發電機6.4.3微型燃氣輪機發電繫統6.4.4天然氣在能源互聯網中的地位6.5水力發電6.5.1水力發電概述6.5.2水力發電站6.5.3水力發電機組6.5.4水輪機調速器繫統6.5.5水能在能源互聯網中的地位6.6火力發電6.6.1火力發電概述6.6.2火力發電廠6.6.3汽輪機6.6.4供熱式汽輪機6.6.5餘熱發電技術6.6.6火力發電的發展方向6.7其他能源發電6.7.1地熱能發電6.7.2核能發電與應用技術6.7.3潮汐能發電與應用技術6.8本章小結第7章能源轉換中的熱能轉換7.1地熱能7.1.1淺層地熱能利用7.1.2深層地熱能的特點與利用7.2餘熱能7.2.1工業餘熱能簡介7.2.2工業餘熱利用技術7.3熱泵技術7.3.1空氣源熱泵繫統7.3.2水源熱泵繫統7.3.3地源熱泵繫統7.3.4太陽能/空氣雙源熱泵繫統7.3.5水環熱泵空調繫統7.3.6高溫熱泵技術7.4熱電聯產技術7.5本章小結第8章能源互聯網中的其他能源相互轉換8.1源頭蓄能8.2冗餘電能轉換8.2.1非並網風電理論8.2.2非並網風電海水淡化技術8.3可再生能源間的相互轉換8.3.1水電解制氫8.3.2生物質制氫8.3.3太陽能制氫8.3.4等離子化學法制氫8.4可再生能源制化石能源8.4.1新能源制煤8.4.2新能源制油8.4.3新能源制氣8.5本章小結第9章能量存儲與傳輸技術9.1能量存儲技術9.1.1蓄電池儲能9.1.2超級電容器儲能9.1.3壓縮空氣儲能9.1.4飛輪儲能9.1.5抽水蓄能9.1.6熱能存儲9.1.7氫儲能9.2儲能技術在能源互聯網中的作用9.2.1電網調峰調頻 9.2.2支撐高比例可再生能源發電電網的運行9.2.3電質量與可靠性9.2.4社區或家庭備用電源9.2.5微網儲能9.2.6電動汽車9.3能量傳輸技術9.3.1交流電能傳輸9.3.2直流電能傳輸9.3.3無線電能傳輸9.3.4熱傳輸9.4其他形式的能量存儲與傳輸9.5本章小結參考文獻

前言

能源是社會經濟發展的原動力，是人類賴以生存的重要物質基礎。人類對能源的利用，從薪柴時代到以化石能源為主的煤炭時代、油氣時代、電氣時代，再到以風力、太陽能、水能、生物質能等為代表的清潔能源時代，每一次變遷都伴隨著人類文明的重大進步和社會經濟生產力的巨大飛躍。社會發展及科技進步使得人類對能源的依賴程度越來越高，因此以第三次工業革命為契機，建立安全高效、經濟環保的新型能源供應模式成為人類社會可持續發展過程中面臨的巨大挑戰。借鋻互聯網信息自由傳輸、開放共享的理念，能源行業的從業者們提出要建設一個開放互聯、交互共享、經濟-信息-能源一體化的新型環保能源網絡，以實現能源低碳化生產與消費，保證能源的可持續發展。能源互聯網應運而生，並迅速引起了世界各國能源及相關行業的廣泛關注。人們試圖從社會、環境、經濟、技術等眾多方面對其進行解讀。然而，能源互聯網的定義究竟是什麼？能源的互聯是不是就是能源互聯網？或者是能源與互聯網結合？還僅僅是所謂的智能電網20？也許，這些都說出了能源互聯網的部分特征，但是，並不是能源互聯網的全部。作者認為，能源互聯網是借鋻互聯網的理念與思維，通過多種能源傳輸媒介，構成多類型能源對等接入的高復雜度網絡，深度融合信息與能源，實現網絡內信息與能源開放共享、多類型能源高效環保利用的新型能源生產、傳輸、消費網絡。既然互聯網與能源互聯網之間有著千絲萬縷的聯繫，那麼能源互聯網是否繼承了互聯網的全部特征？如果我們要將能源互聯網與互聯網等價，或者說進行類比，那麼至少要解決如下三個問題：1 互聯網中任何一點公開信息都可以被全網獲得，能源互聯網可以嗎？2 互聯網中信息可以被無限復制與存儲，能源互聯網可以嗎？3 互聯網中任何一個用戶都可能是信息的發布者與接收者，能源互聯網可以嗎？為了更好地回答上述三個問題，本書首次給出了“自能源”的概念，並圍繞這一概念，對能源互聯網及其能源轉換過程進行解讀。所謂“自能源”（We Energy），是指具有互補性、開放性、區域化的能源生產和傳輸者，在能源互聯網中以先進的信息通信技術、電力變換技術、自動控制技術為手段，將個體生產的能源向能源互聯網內特定的大多數或者單個用戶傳輸的規範性或非規範性能源的新型能源生產、存儲和消費者的總稱。“自能源”主體可以是擁有分布式發電、儲能、冷熱電聯產等能源生產或者存儲設備的個人、企業或者是一個社區等。自能源主體位於信息網絡與能源網絡底層，可從能源總線吸收能源，也可為其提供能源，同時在能源互聯網中提供能源轉換功能。傳統能源供應商、電商平臺、其他能源運營商作為網絡中的高層階級，根據其運營性質可為能源互聯網提供能源、交易平臺或從網絡中消費能源。自能源有別於由傳統能源供應商主導的能源接入模式，它是由普通能源用戶自下而上主導的能源交互活動，由傳統的“點到面”的能源傳輸，轉換為一種“點到點”的對等的能源傳輸理念。自能源具有源荷協調、多能互補、對等接入、能源-信息-經濟耦合、即插即用等重要特性。自能源將有助於完成能源的高效利用，實現傳統的能源從垂直調度向分布式協調發展，完成人類社會從化石能源向可再生能源的過渡，從而終進入能源的零邊際成本時代。不知不覺間，能源互聯網已經從不為人知到被廣泛關注，從僅僅是一個概念到湧現了各種相關的技術及運營模式，但是，如何真正地實現能源互聯網的落地，還需要技術、經濟、政策等全方位的努力。而這其中，如何能讓更多的科研人員、能源用戶了解能源互聯網，認識到自己在能源互聯網中的位置，推動更多自能源主體的產生和並網，成為能源互聯網能夠順利落地的關鍵影響因素。幾年來，作者在參加的各類能源互聯網論壇、報告、會議中一直極力推進相關的工作。因此，在本書中，作者試圖拋開繁雜的公式推導和復雜的繫統分析，力爭用更為通俗易懂的語言、圖文並茂的形式，以一種更直觀的方式將能源互聯網立體地展現在讀者面前。涉及的更多技術環節，有興趣的讀者也可以參閱作者的另一本關於能源互聯網的作品（參考文獻［1］）。本書分為上下兩篇，上篇包括第1~4章，主要站在能源互聯及其綜合利用的角度介紹了能源互聯網的結構特征、自能源的來源與在能源互聯網中起到的作用、能的標度及梯級利用，以及多能源轉換的樞紐裝置；下篇包括5~9章，主要是關注各類具體能源之間的轉換關繫，分別介紹了能源互聯網的電力電子化趨勢及關鍵技術、多種能源之間的轉換技術以及能源的存儲與傳輸技術。能源互聯網作為一個包含多種能源類型，能源、設備、信息、經濟高度耦合的復雜網絡，其涉及學科門類之多，融合之緊密，都是前所未有的，需要從一個全新的視角去看待。本書首次從電氣、熱能、信息等多個角度試圖較為立體的刻畫能源互聯網的特性，希望能為讀者提供一點借鋻。在本書的成稿過程中，得到了眾多朋友、同事的幫助，感謝劉振偉博士、黃博南博士在本書的成稿過程中提出了很多中肯的意見，博士研究生李宇陽、胡旌偉、王睿，碩士研究生張寧、陳月、程啟富、高子昊、趙美伊也為本書的完成付出了很多，在此一並感謝。同時，我也要感謝眾多的能源互聯網研究者們，正是站在他們的“肩膀”上，纔能讓我能順利地完成本書。“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。”以此為結語，送給所有為能源互聯網發展努力的同仁。

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