文章題目：Low-carbon transition in smart city with sustainable airport energy ecosystems and hydrogen-based renewable-grid-storage-flexibility

關(guān)鍵詞：Aircraft, Renewable energy, Electrification, Hydrogenation, Spatiotemporal energy sharing and migration, Optimisation, Carbon neutrality

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970222000013

????近日，香港科技大學(xué)周躍寬團(tuán)隊(duì)在Energy Reviews發(fā)表文章“Low-carbon transition in smart city with sustainable airport energy ecosystems and hydrogen-based renewable-grid-storage-flexibility”。詳細(xì)介紹了基于氫-電耦合的‘源-網(wǎng)-儲(chǔ)-柔’智慧城市低碳交通能源系統(tǒng)。

01 內(nèi)容亮點(diǎn)

1、基于氫-電耦合的‘源-網(wǎng)-儲(chǔ)-柔’的可持續(xù)機(jī)場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)；

2、輕質(zhì)加氫在飛機(jī)和陸地運(yùn)輸中的零排放；

3、陸路運(yùn)輸和飛機(jī)之間的協(xié)同能量相互作用；

4、太陽能-風(fēng)能-海洋能的帶電加氫脫碳；

5、向碳中和過渡的挑戰(zhàn)、前景和前景。

02 圖文摘要

03 內(nèi)容簡(jiǎn)介

????1.?Introduction

????2.?Methodology

????3.?Systematic literature review on energy constitution of airport energy ecosystems

????????3.1.?Energy supply structures in airport terminals

????????3.2. Energy demands of associated vehicles, aircrafts and airport waiting platform

????????3.3.?Energy storages and power characteristics

????????3.4.?Energy flexibility from airport energy ecosystems for smart grids with power supply reliability

????4.?Power supply chain and interactive land-air energy sharing system

????????4.1.?Traditional fuel-based power with renewable integration

????????4.2.?Hydrogen powered aircrafts and fuel cell electric vehicles

????????4.3.?Interaction between land and air transportation systems

????5.?Spatiotemporal inter-city energy migration paradigm

????????5.1.?FCEVs-based inter-city energy migration

????????5.2.?Aircrafts-based inter-city/inter-country energy sharing and trading

????????5.3.?Preparations, structure development and energy trading models

????6.Techno-economic-environmental performance and multi-objective optimisation

????????6.1.?Techno-economic-environmental feasibility

????????6.2.?Multi-objective optimisation with multi-criteria decision-making for trade-off designs

????7.Practical application, research limitations, challenges, and prospects

????8.?Conclusions

05?內(nèi)容摘要

????混合型可再生能源、電氣化、氫能化、能源時(shí)空共享、轉(zhuǎn)移及其優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)低碳機(jī)場(chǎng)交通系統(tǒng)的重要途徑。本文從機(jī)場(chǎng)能源生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、可再生能源供應(yīng)鏈、新型時(shí)空能源遷移、單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化以及多標(biāo)準(zhǔn)決策法等多個(gè)角度對(duì)機(jī)場(chǎng)能源生態(tài)系統(tǒng)的氫-電耦合與電網(wǎng)靈活性進(jìn)行了全面綜述。氫能在機(jī)場(chǎng)能源系統(tǒng)中具有多種優(yōu)勢(shì)，其重量輕、燃料運(yùn)輸費(fèi)用低、比能量高，二氧化碳排放量為零且氮氧化物排放量極低，可有效減少空氣污染，增強(qiáng)環(huán)境可持續(xù)性。此外，太陽能、風(fēng)能、沿海海洋能和生物能等多種可再生能源都可以借助化學(xué)技術(shù)或電解水技術(shù)生產(chǎn)液氫(LH2)?？紤]到陸空運(yùn)輸系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行有助于促進(jìn)凈零碳排放，本文制定了一種新型的能源互動(dòng)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)城內(nèi)/城際能源共享及交易，并對(duì)分布不均的可再生能源資源進(jìn)行時(shí)空補(bǔ)償，從而提升可再生能源的覆蓋率。結(jié)果表明，機(jī)場(chǎng)能源系統(tǒng)的功率特性具有輕便、能量密度高、能源消耗大、功率響應(yīng)迅速、安全性高、隨機(jī)性、非線性和動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等特點(diǎn)，而通過海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)、浮動(dòng)式光伏板、海流發(fā)電機(jī)、波浪能發(fā)電裝置、潮汐發(fā)電機(jī)和海洋熱電發(fā)電機(jī)等技術(shù)，可以發(fā)揮海洋能源在機(jī)場(chǎng)能源系統(tǒng)中的巨大應(yīng)用潛力。研究結(jié)果可以為陸地和航空運(yùn)輸領(lǐng)域的電氣化和氫能化指明研究框架、前景和技術(shù)挑戰(zhàn)，進(jìn)而為其碳中和轉(zhuǎn)型和可持續(xù)性發(fā)展提供前沿性指導(dǎo)。

06 重要結(jié)論

????1、隨著能源模式從生物燃料向可再生能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，飛機(jī)能源系統(tǒng)的電氣化成為飛機(jī)能源系統(tǒng)脫碳的必要路線。氫能源具有無污染（副產(chǎn)物水）、重量輕、能量密度高的特點(diǎn)，在碳中性轉(zhuǎn)變方面具有廣闊的前景。

????2、在機(jī)場(chǎng)能源生態(tài)系統(tǒng)方面，相關(guān)研究主要集中在能源需求分析和預(yù)測(cè)、暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如地板輻射供冷/供暖系統(tǒng)和PCM一體化暖通空調(diào))、插電式能源系統(tǒng)的整合(如燃料電池電動(dòng)汽車和基于電池的電動(dòng)汽車)。機(jī)場(chǎng)的能源需求既包括靜態(tài)能源需求，也包括動(dòng)態(tài)能源需求：前者包括跑道燈、塔臺(tái)通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)和雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)的電力需求；后者包括飛機(jī)、FCEV和電動(dòng)汽車。能源和發(fā)電系統(tǒng)主要包括傳統(tǒng)化石燃料、沼氣、生物質(zhì)、氫氣、太陽能光伏、風(fēng)力渦輪機(jī)和電網(wǎng)。

????3、為了過渡到碳中性的航空運(yùn)輸，可再生能源和電力到液化氫的轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵技術(shù)。除了太陽能和風(fēng)能資源，對(duì)于沿海地區(qū)的機(jī)場(chǎng)來說，支持機(jī)場(chǎng)能源系統(tǒng)的沿海能源資源在碳中性和可持續(xù)性過渡方面充滿了光明的前景。隨著海洋深度的增加，各種能源轉(zhuǎn)換裝置可以用于發(fā)電，如海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、浮式光伏電池板、電流渦輪機(jī)、波能轉(zhuǎn)換裝置、潮流發(fā)電裝置和海洋熱電發(fā)電裝置。

????4、文章提出了一個(gè)具有氫相互作用的陸空互動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)，由氫汽車、氫動(dòng)力飛機(jī)、可再生發(fā)電廠(一個(gè)靠近機(jī)場(chǎng)，一個(gè)位于郊區(qū)或農(nóng)村)組成。互動(dòng)能源框架的優(yōu)勢(shì)包括發(fā)電廠的時(shí)空遷移、不同類型氣候帶之間的能源互補(bǔ)以及可持續(xù)的能源邊界擴(kuò)展。

????5、文章提出了基于FCEV的城市間能源遷移和基于飛機(jī)的城市間/國(guó)家間能源共享等新的時(shí)空城市間能源遷移范式。然而，為了促進(jìn)城市間能源的時(shí)空遷移范式，未來的研究還需要重點(diǎn)研究幾個(gè)關(guān)鍵問題，如氫氣交易價(jià)格、氫氣共享和交易經(jīng)濟(jì)中關(guān)聯(lián)成本的平均分配等。

????6、文章提出的新能源模式可以保證區(qū)域能源平衡的高能效、供電可靠性和高可再生利用率。此外，還可以通過分布式供電單元來增強(qiáng)跨區(qū)域電力系統(tǒng)的能量彈性。

作者簡(jiǎn)介：

周躍寬，香港科技大學(xué)（廣州），可持續(xù)能源與環(huán)境學(xué)域，助理教授；香港科技大學(xué)，機(jī)械與航空航天工程系，附屬助理教授。申請(qǐng)人領(lǐng)導(dǎo)的課題組從事建筑跨尺度建模仿真與優(yōu)化（材料-部件-系統(tǒng)）、建筑節(jié)能與可再生能源利用、全壽命周期建筑碳足跡與負(fù)碳技術(shù)、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)（電化學(xué)電池與氫燃料電池儲(chǔ)能）和新型區(qū)域能源范式研究，在Renewable & Sustainable Energy Reviews, Applied Energy, Energy Conversion and Management, Energy, Renewable Energy, iScience等能源領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊上發(fā)表SCI 50篇, Google Scholar 總引用近1200次, h指數(shù)23。參與出版3部國(guó)際專著重要章節(jié)，榮獲Applied Energy CUE 2020國(guó)際最佳論文獎(jiǎng)和2021華人能源與人工環(huán)境國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議優(yōu)秀博士生獎(jiǎng)。國(guó)際科學(xué)組織Vebleo Fellow, Sessionchair of Vebleo Fellow webinar學(xué)術(shù)期刊編委；Energy Nexus (Elsevier), Journal of Modern Green Energy等國(guó)際SCI期刊特刊編輯。

Energy Reviews

簡(jiǎn)介

? ?《Energy Reviews》是由深圳大學(xué)主辦，聯(lián)合 Elsevier出版集團(tuán)創(chuàng)辦的一本國(guó)際性、跨學(xué)科、高質(zhì)量開放獲取 (Open Access) 學(xué)術(shù)期刊，由謝和平院士擔(dān)任創(chuàng)刊主編，美國(guó)工程院Derek Elsworth院士、中國(guó)科學(xué)院何雅玲院士、李永舫院士、香港理工大學(xué)倪萌教授擔(dān)任聯(lián)合主編。發(fā)表能源領(lǐng)域前沿方向、最新進(jìn)展、發(fā)展趨勢(shì)、權(quán)威觀點(diǎn)等高質(zhì)量學(xué)術(shù)文章，構(gòu)建全球能源一流成果和一流學(xué)者的合作交流平臺(tái)，向公眾傳播有影響力的能源領(lǐng)域研究成果。接收包括但不限于能源研究的新理論、新方法和新技術(shù); 能源研究的多學(xué)科（材料、物理、化學(xué)、生物等）交叉融合探索技術(shù); 化石能源低碳利用與CCUS; 氫能、可再生能源與儲(chǔ)能先進(jìn)技術(shù); 新型能源轉(zhuǎn)換方式探索與應(yīng)用;? 能源領(lǐng)域現(xiàn)代信息技術(shù)（人工智能，大數(shù)據(jù)）等相關(guān)方向的優(yōu)質(zhì)稿件。

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