面向可再生能源集成的综合能源系统熵态理论和分析方法.docx

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态理论和分析方法

王丹

(wangdantjuee@tju.edu.cn)

智能电网教育部重点实验室(天津大学)2024年5月11日

研究背景

—研究背景

二IES熵态机理模型三IES熵态计算模型四后续研究计划

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研究背景

“双碳”的发展趋势

力争2030年前实现碳达峰

■争取2060年前实现碳中和

2022年8月科技部、发改委、工信

部等9部门印发《科技支撑碳达峰

碳中和实施方案》

高比例可再生能源接入综合能源系统

■清洁能源减少碳排可再生能源自然资源不会耗尽

■广泛分布就地利用

综合能源多能耦合提高能效促进清洁能源消纳

综合能源

带来的问题和挑战

品质损失

品质损失调峰补充

可再生能源

弃风弃光

难以量化多重影响因素产生的效益损失

能量退化输运损耗多能耦合转化损失

能量退化输运损耗

多能耦合

2020年9月22日，国家主席习近平在第七可再生能源与综合能源系统示意图

十五届联合国大会上发表重要讲话3

研究背景

“熵域”视角对影响能源系统的多重因素的统一分析思路：熵增的变化

传统能源系统

■化石能源为主

■能量转化和输运过程：增加热力熵个

调峰补充能力：减少信息熵↓

传统能源系统其他影响因素：产生热力/信息熵?

传统能源系统

含可再生能源的综合能源系统以可再生能源为主

清洁可再生、分布式：减少热力熵↓引入不确定性：增加信息熵个

含可再生能源综合能源系统其他影响因素：产生

含可再生能源综合能源系统

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研究背景

熵理论概述

卡诺定理ClausiusEntropyTc:

卡诺定理

ClausiusEntropy

Tn:高温热源的绝对温度

热机理论最大效率的推导过程，揭开能量无序性的面纱

克劳修斯称其为：建立热力学第二定律的正式定义，熵的概念的重要基础Nicolas

克劳修斯称其为：建立热力学第二定律的正式定义，熵的概念的重要基础

SadiCarnot

卡诺循环示意图(1796-1832)

卡诺循环示意图

克劳修斯熵ClausiusEntropy或

克劳修斯熵

ClausiusEntropy

或

dQ:熵增过程中加入的物质热量

RudolfJuliusEmanuelClausius(1822-1888)重新陈述了卡诺循环，用于表征宏观物理系统的无序程度，界定热力热工转化过程中的最大不可逆限度反映了系统中由于能量输入所导致的热力学无序度增加，从而指示能量品质的高低，这一过

RudolfJulius

EmanuelClausius

(1822-1888)

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研究背景

熵理论概述

古伊-斯托多拉定理

Gouy-StodolaTheorem

LouisGeorgesAurelBoleslav

GouyStodola△e:不可逆过程中被破坏的烟

描述在能量损失过程中产生的熵增量，衡量不可逆过程导致有效能量(烟)损失。进一步扩展和完善了熵理论，阐明了有效量(烟)与熵之间的内在联系，这也是熵态模型理论基础中的一个关键要素。

(1854-1926)(1859-1924)

香农熵(信息熵)Info(Channon)Entropyp(x):随机事件x,发生的概率事件或序列中的不确定性程度的度量指标，进而描述随机变量的分散性特征。对于能源系统，当可再生能源出力的波动性和不确定性增大时，所对应信息熵值也随之

香农熵(信息熵)

Info(Channon)Entropy

p(x):随机事件x,发生的概率

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研究背景

熵理论相关研究概况

研究现状：多样化的研究角度、分析手段、计算方法

■传统热力学分析，热力熵=烟损，即克劳修斯熵的研究范畴，通过分析能量环节的热工过程的热力学机理分析热力学熵增

■不确定性分析，信息熵=无序程度度量，即香农熵的研究范畴，量化分析不确定性成分在无序性层面的分量

■碳排放分析，碳排放=无序化因素，量化有机碳与无机碳的转换过程的熵增，通过碳熵分析社会系统碳排和固碳的作用

熵理论指标的应用

应用方法

对象

熵类别

“熵”标化系统影响因素

系统能量效率(烟损)碳排与固碳作用

热力学熵碳熵

不确定因素的无序化特征

机理评估可观可控

交叉熵信息熵

综合决策体系权重参数

综合成本指标评价

熵权