EN中国能源系统能流、㶲流与能效分析
Energy and Exergy Flows and Energy Efficiency Analysis of China’s Energy System
- 新型电力系统 2024年2卷第2期 页码：223-236
- 作者机构：
1.北京理工大学能源与动力工程系，北京 100081
2.北京理工大学重庆创新中心，重庆 401120
3.清华大学深圳国际研究生院，深圳518055
4.天津大学智能电网教育部重点实验室，天津 300192
5.北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室，北京 100871
6.清华大学社会科学学院能源转型与社会发展研究中心，北京 100084
- 作者简介：
[ "王永真1988-，男，博士，副教授，博导主要研究方向为综合智慧能源及其热力循环 E-mail：wyz80hou@bit.edu.cn" ]
[ "韩恺 1978-，男，博士，教授，博导 主要研究方向为新能源动力系统建模与控制，燃料电池和综合智慧能源 E-mail：autosim@bit.edu.cn" ]
- 基金信息：国家自然科学基金青年科学基金(52006114);新疆维吾尔自治区重点研发计划(2022B01018-2)
DOI：10.20121/j.2097-2784.ntps.230040
中图分类号： TK-9收稿：2023-11-22，
修回：2024-03-20，
纸质出版：2024-05-30
- 稿件说明：
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王永真,王璇琳,林嘉瑜,等．中国能源系统能流、㶲流与能效分析[J]．新型电力系统,2024,02(2):223-236．
WANG Yongzhen,WANG Xuanlin,LIN Jiayu,et al.Energy and Exergy Flows and Energy Efficiency Analysis of China’s Energy System[J].New Type Power Systems,2024,02(02):223-236.
王永真,王璇琳,林嘉瑜,等．中国能源系统能流、㶲流与能效分析[J]．新型电力系统,2024,02(2):223-236． DOI： 10.20121/j.2097-2784.ntps.230040.
WANG Yongzhen,WANG Xuanlin,LIN Jiayu,et al.Energy and Exergy Flows and Energy Efficiency Analysis of China’s Energy System[J].New Type Power Systems,2024,02(02):223-236. DOI： 10.20121/j.2097-2784.ntps.230040.
摘要
能源领域贡献了中国近90%的碳排放，对能源系统能流与能效的多维刻画及分析对碳中和路径的顶层设计具有极其重要的作用。能量具有“数量”与“品质”的双重属性，将能量的数量分析法和品质分析法相结合，分别从热力学第一定律能流和热力学第二定律㶲流的视角，研究并刻画了2010年和2020年中国能源系统的能流图和㶲流图。并从能源生产、加工、转换、消费等角度，对比分析了中国能源系统能源各链条能流、能效与损失的特征。发现2010年和2020年中国终端能源效率从74.52%提升至79.04%，同时能源结构向绿色低碳转型。但同期中国能源系统的㶲效率仅分别为17.44%和23.91%，能源转换的㶲损失仍较大，存在大量的电能低质利用、热能不匹配利用、能源原料燃烧利用等过程。最后，就双碳目标下中国能源效率从能流视角走向㶲流视角的提出了相关建议。
Abstract
The energy sector contributed nearly 90% of China’s carbon emissions. Therefore
the multi-dimensional quantitative characterization and analysis of energy flow and efficiency of consumption structure has extremely important significance for the top-level design of carbon neutral path. Energy has both quantitative and qualitative attributes. In this paper
quantitative and qualitative analysis of energy system were combined based on the Sankey diagram. At first
energy and exergy flow of China in 2010 and 2020 were studied and depicted from the perspective of the first law of thermodynamics and the second law of thermodynamics respectively. Moreover
from the perspectives of energy production
processing
conversion and consumption
this paper compares and analyzes the energy flow
energy efficiency and loss of each chain of China’s energy system. It’s also found that China’s energy efficiency has steadily improved with the end-energy efficiency from 74.52% in 2010 reaching 79.04% by 2020. At the same time
China’s energy structure has been transformed to green and low-carbon. However
during thesame period
China’s energy system efficiency is only 17.44% and 23.91%
respectively
which is far below the energy efficiency. The exergy analysis shows that there is a great loss within the energy system from the energy perspective
including the low-quality utilization of high-quality electric energy and heat energy in the process of electrification
irreversible loss in the process of primary energy combustion
etc. Based on this
the idea of energy efficiency in China from energy perspective to exergy perspectives is put forward under the carbon peaking and carbon neutrality goals and four suggestions are put forward at the same time.
关键词
Keywords
references
邹才能 ， 熊 波 ， 薛华庆 ， 等 ． 新能源在碳中和中的地位与作用 [J ] ． 石油勘探与开发 ， 2021 ， 48 （ 2 ）： 411 - 420 ．
ZOU Caineng ， XIONG Bo ， XUE Huaqing ， et al ． The role of new energy in carbon neutral [J ] ． Petroleum Exploration and Development ， 2021 ， 48 （ 2 ）： 411 - 420 ．
中国国际发展知识中心 ． 全球发展报告 [R ] ． 北京 ： 中国国际发展知识中心 ， 2022 ．
Center for International Knowledge on Development ， China ． Global development report [R ] ． Beijing，China ： Center for International Knowledge on Development，China ， 2022 ．
别朝红 ， 王则凯 ， 肖 遥 ， 等 . 双碳目标下新型电力系统发展展望 [J ] . 新型电力系统 ， 2023 ， 1 （ 2 ）： 116 - 131 .
BIE Zhaohong ， WANG Zekai ， XIAO Yao ， et al . Outlook on the development of new power system under dual-carbon target [J ] . New Type Power Systems ， 2023 ， 1 （ 2 ）： 116 - 131 .
刘吉臻 ， 王庆华 ， 胡 阳 ， 等 . 新型电力系统的内涵、特征及关键技术 [J ] . 新型电力系统 ， 2023 ， 1 （ 1 ）： 49 - 65 ．
LIU Jizhen ， WANG Qinghua ， HU Yang ， et al . Connotation， characteristics and key technologies of new power systems [J ] . New Type Power Systems ， 2023 ， 1 （ 1 ）： 49 - 65 .
CULLEN M J ， ALLWOOD M J ． The efficient use of energy：tracing the global flow of energy from fuel to service [J ] ． Energy Policy ， 2010 ， 38 （ 1 ）： 75 - 81 ．
SUBRAMANYAM V ， PARAMSHIVAN D ， KUMAR A ， et al ． Using Sankey diagrams to map energy flow from primary fuel to end use [J ] ． Energy Conversion and Management ， 2015 ， 91 ： 342 - 352 ．
SOUNDARARAJAN K ， HO H K ， SU B ． Sankey diagram framework for energy and exergy flows [J ] ． Applied Energy ， 2014 ， 136 ： 1035 - 1042 ．
BIONDI A ， SCIUBBA E ． Extended exergy analysis （EEA） of Italy，2013-2017 [J ] ． Energies ， 2021 ， 14 （ 10 ）： 2767 ．
李 政 ， 付 峰 ， 麻林巍 ， 等 ． 基于能源平衡表的中国能流图 [J ] ． 中国能源 ， 2006 ， 28 （ 9 ）： 5 - 10，18 ．
LI Zheng ， FU Feng ， MA Linwei ， et al ． China’s energy flow chart based on energy balance sheet [J ] ． Energy of China ， 2006 ， 28 （ 9 ）： 5 - 10，18 ．
廖 华 ， 魏一鸣 ． 2008年中国能源流分析 [J ] ． 中国能源 ， 2010 ， 32 （ 9 ）： 17 - 18，46 ．
LIAO Hua ， WEI Yiming ． The analysis of China’s energy flow in 2008 [J ] ． Energy of China ， 2010 ， 32 （ 9 ）： 17 - 18，46 ．
孙文文 ， 何国庆 ． 基于能流图和碳流图的中国能源结构转型分析及展望 [J ] ． 分布式能源 ， 2022 ， 7 （ 4 ）： 10 - 17 ．
SUN Wenwen ， HE Guoqing ． Analysis and prospect of China’s energy structure transformation based on energy flow chart and carbon flow chart [J ] ． Distributed Energy ， 2022 ， 7 （ 4 ）： 10 - 17 ．
李嘉宇 ， 彭雪婷 ， 贾国伟 ， 等 ． 2019年中国能源流和碳流分析 [J ] ． 煤炭经济研究 ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 18 - 26 ．
LI Jiayu ， PENG Xueting ， JIA Guowei ， et al ． Analysis of China’s energy flow and carbon flow in 2019 [J ] ． Coal Economic Research ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 18 - 26 ．
付佳鑫 ， 刘颖琦 ． 中国能源低碳发展研究：北京案例 [J ] ． 宏观经济研究 ， 2020 （ 10 ）： 164 - 175 ．
FU Jiaxin ， LIU Yingqi ． A study on China’s low-carbon energy development：a case study of Beijing [J ] ． Macroeconomics ， 2020 （ 10 ）： 164 - 175 ．
董东林 ， 张一艳 ， 林 刚 ． 基于能流图的山东省能源平衡分析及能源需求预测 [J ] ． 煤炭经济研究 ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 31 - 38 ．
DONG Donglin ， ZHANG Yiyan ， LIN Gang ． Analysis of energy balance and energy demand forecast in Shandong Province based on energy flow chart [J ] ． Coal Economic Research ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 31 - 38 ．
MA L W ， FU F ， LI Z ， et al ． Oil development in China：current status and future trends [J ] ． Energy Policy ， 2012 ， 45 ： 43 - 53 ．
YU F F ， MA L W ， JIANG L X ， et al ． Mapping the energy flows of coal utilization in China：the methodology and case studies for the year 2005 and 2010 [J ] ． Advanced Materials Research ， 2013 ， 724-725 ： 1234 - 1241 ．
国家统计局能源统计司 ． 中国能源统计年鉴-2011 [M ] ． 北京 ： 中国统计出版社 ， 2011 ．
Department of Energy Statistics ， National Bureau of Statistics ． China energy statistics yearbook 2011 [M ] ． Beijing，China ： China Statistics Press ， 2011 ．
国家统计局能源统计司 ． 中国能源统计年鉴-2021 [M ] ． 北京 ： 中国统计出版社 ， 2022 ．
Department of Energy Statistics ， National Bureau of Statistics ． China energy statistical yearbook 2021 [M ] ． Beijing，China ： China Statistics Press ， 2022 ．
WANG Y Z ， ZHANG L L ， SONG Y ， et al ． State-of-the-art review on evaluation indicators of integrated intelligent energy from different perspectives [J ] ． Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2024 ， 189 ： 113835 ．
LIN Y C ， CHONG C ， MA L W ， et al ． Analysis of changes in the aggregate exergy efficiency of China’s energy system from 2005 to 2015 [J ] ． Energies ， 2021 ， 14 （ 8 ）： 2304 ．
王庆一 ． 2015中国能源效率评析 [J ] ． 中国能源 ， 2017 ， 39 （ 6 ）： 43 - 47，42 ．
WANG Qingyi ． China’s energy efficiency evaluation in 2015 [J ] ． Energy of China ， 2017 ， 39 （ 6 ）： 43 - 47，42 ．
王庆一 ． 中国2007年终端能源消费和能源效率（中） [J ] ． 节能与环保 ， 2009 （ 3 ）： 16 - 19 ．
WANG Qingyi ． China end use energy consumption and energy efficiency in 2007（2） [J ] ． Energy Conservation and Environmental Protection ， 2009 （ 3 ）： 16 - 19 ．
LI J X ， WANG D ， JIA H J ， et al ． Mechanism analysis and unified calculation model of exergy flow distribution in regional integrated energy system [J ] ． Applied Energy ， 2022 ， 324 ： 119725 ．
WANG Y Z ， ZHAO J ， CHEN G B ， et al ． A new understanding on thermal efficiency of organic Rankine cycle：cycle separation based on working fluids properties [J ] ． Energy Conversion and Management ， 2018 ， 157 ： 169 - 175 ．
周 伟 ， 孙永辉 ， 谢东亮 ， 等 ． 计及改进阶梯型碳交易和热电联产机组灵活输出的园区综合能源系统低碳调度 [J ] ． 电网技术 ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 61 - 69 ．
ZHOU Wei ， SUN Yonghui ， XIE Dongliang ， et al ． Low-carbon dispatch of park-level integrated energy system considering improved ladder-type carbon trading and flexible output of combined heat and power unit [J ] ． Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 61 - 69 ．
韩俊涛 ， 韩 恺 ， 王永真 ， 等 ． 低碳分布式综合能源系统的能值、经济和环境优化评价 [J ] ． 动力工程学报 ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 1089 - 1098 ．
HAN Juntao ， HAN Kai ， WANG Yongzhen ， et al ． Energy，economic and environmental optimization evaluation of low carbon distributed integrated energy system [J ] ． Journal of Chinese Society of Power Engineering ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 1089 - 1098 ．
王永真 ， 张 宁 ， 关永刚 ， 等 ． 当前能源互联网与智能电网研究选题的继承与拓展 [J ] ． 电力系统自动化 ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 1 - 7 ．
WANG Yongzhen ， ZHANG Ning ， GUAN Yonggang ， et al ． Inheritance and expansion analysis of research topics between energy internet and smart grid [J ] ． Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 1 - 7 ．
王 丹 ， 周天烁 ， 李家熙 ， 等 ． 面向能源转型的高㶲综合能源系统理论与应用 [J ] ． 电力系统自动化 ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 114 - 131 ．
WANG Dan ， ZHOU Tianshuo ， LI Jiaxi ， et al ． Theory and application of high-exergy integrated energy system for energy transition [J ] ． Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 114 - 131 ．
王永真 ， 康利改 ， 张 靖 ， 等 ． 综合能源系统的发展历程、典型形态及未来趋势 [J ] ． 太阳能学报 ， 2021 ， 42 （ 8 ）： 84 - 95 ．
WANG Yongzhen ， KANG Ligai ， ZHANG Jing ， et al ． Development history，typical form and future trend of integrated energy system [J ] ． Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 8 ）： 84 - 95 ．
康重庆 ， 钟海旺 ． 能源互联网主动支撑新能源供给消纳体系 [J ] ． 全球能源互联网 ， 2023 ， 6 （ 2 ）： 113 - 115 ．
KANG Chongqing ， ZHONG Haiwang ． Energy internet actively supports the supply and consumption system of renewable energy [J ] ． Journal of Global Energy Interconnection ， 2023 ， 6 （ 2 ）： 113 - 115 ．
唐葆君 ， 吴 郧 ， 王崇州 ， 等 ． 省级能源高质量发展指数研究（2012-2022年） [J ] ． 北京理工大学学报（社会科学版） ， 2023 ， 25 （ 2 ）： 17 - 23 ．
TANG Baojun ， WU Yun ， WANG Chongzhou ， et al ． High-quality energy development index in 31 provinces （2012-2022） [J ] ． Journal of Beijing Institute of Technology （Social Sciences Edition） ， 2023 ， 25 （ 2 ）： 17 - 23 ．
范 英 ， 衣博文 ． 能源转型的规律、驱动机制与中国路径 [J ] ． 管理世界 ， 2021 ， 37 （ 8 ）： 95 - 104 ．
FAN Ying ， YI Bowen ． Evolution，driving mechanism，and pathway of China’s energy transition [J ] ． Journal of Management World ， 2021 ， 37 （ 8 ）： 95 - 104 ．
王永真 ， 潘崇超 ， 韩 恺 ， 等 ． “双碳”目标下中国综合能源服务的态势辨析与理论架构 [J ] ． 全球能源互联网 ， 2023 ， 6 （ 4 ）： 379 - 389 ．
WANG Yongzhen ， PAN Chongchao ， HAN Kai ， et al ． Situation identification and theory architecture of integrated energy services under dual carbon goal in China [J ] ． Journal of Global Energy Interconnection ， 2023 ， 6 （ 4 ）： 379 - 389 ．
BROCKWAY P E ， STEINBERGER J K ， BARRETT J R ， et al ． Understanding China’s past and future energy demand：an exergy efficiency and decomposition analysis [J ] ． Applied Energy ， 2015 ， 155 ： 892 - 903 ．
WANG Y ， HAN Y ， SHEN J ， et al . Data center integrated energy system for sustainability： Generalization， approaches， methods， techniques， and future perspectives ［J］. The Innovation Energy ， 2024 ： 1 （ 1 ）， 100014 .
CHONG C H ， GAO Y ， MA L W ， et al ． A supply chain allocation method for environmental responsibility based on fossil energy as the anchor for carbon responsibility [J ] ． Journal of Cleaner Production ， 2023 ， 416 ： 137904 ．
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