城市能源系統(tǒng)：一種綜合方法

譯者序 

原書前言 

致謝 

作者簡(jiǎn)介 

縮略語表 

第一部分 簡(jiǎn)介 

第1章 城市能源系統(tǒng)日趨增長(zhǎng)的重要性3 

1.1 動(dòng)機(jī)3 

1.1.1 城市化4 

1.1.2 空間聚集4 

1.1.3 氣候變化和其他挑戰(zhàn)6 

1.1.4 當(dāng)?shù)貦C(jī)構(gòu)6 

1.2 需考慮的工作假設(shè)和問題8 

1.3 本書架構(gòu)10 

第2章 城市能源系統(tǒng)的概念化12 

2.1 城市能源系統(tǒng)的物理模型12 

2.1.1 城市作為熱力學(xué)系統(tǒng)13 

2.1.2 城市作為代謝系統(tǒng)15 

2.1.3 城市作為復(fù)雜系統(tǒng)16 

2.2 城市能源系統(tǒng)的社會(huì)-技術(shù)模型18 

2.2.1 家用能源技術(shù)18 

2.2.2 大型技術(shù)系統(tǒng)19 

2.3 定義城市能源系統(tǒng)20 

第3章 城市能源系統(tǒng)簡(jiǎn)史:以倫敦為例22 

3.1 簡(jiǎn)介22 

3.2 從狩獵采集到殖民的轉(zhuǎn)變25 

3.3 早期城市化26 

3.3.1 早期的可再生能源27 

3.4 倫敦的擴(kuò)張和向煤炭的轉(zhuǎn)型28 

3.5 道路?鐵路和管道網(wǎng)絡(luò)30 

3.5.1 倫敦的下水道33 

3.6 電力城市34 

3.7 結(jié)論36 

第二部分 城市能源使用與技術(shù) 

第4章 建筑能源服務(wù)需求:改造潛力41 

4.1 簡(jiǎn)介41 

4.2 建筑物的燃料和電力需求41 

4.2.1 建筑物的燃料需求42 

4.2.2 建筑物的電力需求45 

4.2.3 燃料和電力需求的社會(huì)學(xué)層面46 

4.3 改造建筑物的潛在益處和實(shí)際障礙48 

4.3.1 潛在益處49 

4.3.2 實(shí)際障礙56 

4.4 未來策略59 

4.5 結(jié)論61 

第5章 分布式多聯(lián)供與區(qū)域能源系統(tǒng)63 

5.1 簡(jiǎn)介63 

5.2 分布式多聯(lián)供:概念與建模64 

5.2.1 一般概念與技術(shù)64 

5.2.2 DMG系統(tǒng)的黑箱建模68 

5.3 區(qū)域能源系統(tǒng)70 

5.3.1 分布式能源與集成的益處70 

5.3.2 綜合能源規(guī)劃的挑戰(zhàn)71 

5.3.3 未來的區(qū)域能源系統(tǒng)72 

5.4 評(píng)估區(qū)域能源系統(tǒng)的環(huán)境性能73 

5.4.1 與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的比較及思考73 

5.4.2 三聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)排放評(píng)估74 

5.5 三聯(lián)供區(qū)域能源系統(tǒng)數(shù)值案例75 

5.5.1 區(qū)域能源系統(tǒng)描述75 

5.5.2 案例研究與結(jié)果76 

5.6 區(qū)域能源系統(tǒng)在低碳未來中扮演的角色77 

5.7 結(jié)論78 

第6章 城市能源系統(tǒng)中的生物質(zhì)能和其他可再生能源:潛力?轉(zhuǎn)換途徑和未來趨勢(shì)79 

6.1 簡(jiǎn)介79 

6.2 城市可再生能源79 

6.2.1 太陽能80 

6.2.2 水能和海洋可再生能源81 

6.2.3 風(fēng)能81 

6.2.4 地?zé)崮?1 

6.3 城市生物質(zhì)能81 

6.3.1 生物質(zhì)能源和潛力82 

6.3.2 用于城市及城郊區(qū)域的生物質(zhì)能路徑89 

6.3.3 城市能源系統(tǒng)中的生物質(zhì)能和生物能源91 

6.4 結(jié)論97 

第7章 城市交通技術(shù)98 

7.1 簡(jiǎn)介98 

7.2 車輛和燃料技術(shù)100 

7.2.1 燃料101 

7.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)102 

7.2.3 電網(wǎng)在交通系統(tǒng)中的角色103 

7.3 智能交通系統(tǒng)106 

7.3.1 智能基礎(chǔ)設(shè)施108 

7.3.2 智能汽車109 

7.3.3 城市物流110 

7.4 智能機(jī)動(dòng)方案110 

7.5 對(duì)城市能源系統(tǒng)的影響111 

第三部分 分析城市能源系統(tǒng) 

第8章 城市能源系統(tǒng)建模115 

8.1 簡(jiǎn)介115 

8.1.1 城市能源系統(tǒng)建模方法115 

8.1.2 模擬城市區(qū)域的動(dòng)態(tài)演化117 

8.1.3 土地利用與交通集成模型118 

8.2 Meta分析綜述119 

8.2.1 城市能源“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的文獻(xiàn)綜述119 

8.2.2 城市能源系統(tǒng)的土地利用交通模型120 

8.2.3 城市能源系統(tǒng)建模的挑戰(zhàn)121 

8.3 SynCity建?？蚣?22 

8.3.1 布局模型124 

8.3.2 Agent活動(dòng)模型(AMMUA) 124 

8.3.3 資源流模型(TURN) 124 

8.3.4 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)模型126 

8.4 結(jié)論128 

第9章 優(yōu)化與系統(tǒng)集成129 

9.1 簡(jiǎn)介129 

9.1.1 城市能源系統(tǒng)的優(yōu)化建模130 

9.2 用于城市能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的MILP模型131 

9.2.1 層級(jí)非均勻時(shí)間離散化132 

9.2.2 角標(biāo)133 

9.2.3 資源守恒133 

9.2.4 輸入與輸出134 

9.2.5 資源轉(zhuǎn)換技術(shù)134 

9.2.6 傳輸技術(shù)135 

9.2.7 存儲(chǔ)技術(shù)136 

9.2.8 性能指標(biāo)和目標(biāo)函數(shù)139 

9.3 規(guī)劃的案例分析140 

9.3.1 資源與技術(shù)141 

9.3.2 目標(biāo)函數(shù)142 

9.3.3 結(jié)果143 

9.4 改造案例分析146 

9.4.1 改造建模146 

9.4.2 分析與結(jié)果147 

9.5 結(jié)論149 

第10章 受生態(tài)啟發(fā)的城市能源系統(tǒng)優(yōu)化建模150 

10.1 簡(jiǎn)介150 

10.2 城市作為生態(tài)系統(tǒng):城市代謝的概念150 

10.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法151 

10.3.1 物質(zhì)流分析151 

10.3.2 生態(tài)足跡153 

10.3.3 生命周期評(píng)估154 

10.4 EIA與過程優(yōu)化技術(shù)結(jié)合157 

10.5 一個(gè)假想的案例分析157 

10.5.1 輸入數(shù)據(jù)與假設(shè)158 

10.5.2 模型方程158 

10.5.3 結(jié)果159 

10.6 為城市能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇EIA方法160 

10.7 結(jié)論161 

10.8 使用的符號(hào)162 

第11章 基于活動(dòng)的城市能源系統(tǒng)建模163 

11.1 基于活動(dòng)的模型之潛能163 

11.2 土地利用運(yùn)輸模型與基于活動(dòng)的模型的歷史164 

11.3 什么是基于活動(dòng)的模型166 

11.4 基于活動(dòng)的模型中目前最先進(jìn)的技術(shù)168 

11.5 土地使用-交通模型中的能源170 

11.6 一個(gè)應(yīng)用案例:AMMUA 171 

11.7 基于活動(dòng)的建模方法之關(guān)鍵分析173 

11.7.1 數(shù)據(jù)173 

11.7.2 模型系統(tǒng)復(fù)雜度173 

11.7.3 不同的建模規(guī)范173 

11.7.4 應(yīng)用背景的復(fù)雜性173 

11.8 結(jié)論174 

第12章 城市能源系統(tǒng)模型的不確定度和敏感度分析175 

12.1 簡(jiǎn)介175 

12.2 后常規(guī)科學(xué)與城市能源系統(tǒng)176 

12.3 不確定度與敏感度分析178 

12.3.1 不確定度分析178 

12.3.2 敏感度分析184 

12.4 案例:實(shí)現(xiàn)Newcastle-upon-Tyne未來的碳排放目標(biāo)185 

12.4.1 問題定義186 

12.4.2 挑選參數(shù)及分析設(shè)定187 

12.4.3 結(jié)果與分析191 

12.5 結(jié)論193 

第四部分 實(shí)施方案 

第13章 城市能源系統(tǒng)中的管理轉(zhuǎn)型197 

13.1 簡(jiǎn)介197 

13.2 理論轉(zhuǎn)型197 

13.2.1 發(fā)展中國(guó)家的燃料轉(zhuǎn)型198 

13.2.2 社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型198 

13.3 技術(shù)轉(zhuǎn)型:哥本哈根的區(qū)域供熱案例202 

13.3.1 起源203 

13.3.2 對(duì)比政策環(huán)境203 

13.3.3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)204 

13.4 發(fā)展中城市的轉(zhuǎn)型:肯尼亞Nakulu的案例205 

13.4.1 收入和燃料消耗間的關(guān)系206 

13.4.2 能源使用的環(huán)境影響208 

13.4.3 技術(shù)和政策解決方案209 

13.4.4 總結(jié)210 

13.5 結(jié)論211 

第14章 未來城市212 

14.1 簡(jiǎn)介212 

14.2 關(guān)于未來212 

14.3 城市能源預(yù)測(cè)213 

14.4 “概念城市”的未來214 

14.5 單一公司的小鎮(zhèn)216 

14.6 大型復(fù)合城市的土地利用216 

14.7 總體規(guī)劃217 

14.8 作為城市規(guī)劃工具的未來情景218 

14.9 城市場(chǎng)景中的特殊因素219 

14.10 結(jié)論220 

第15章 結(jié)論221 

15.1 城市能源系統(tǒng)的持續(xù)重要性221 

15.2 城市能源使用和技術(shù)222 

15.3 分析城市能源系統(tǒng)223 

15.4 實(shí)施方案224 

15.5 匯總224 

附錄A 優(yōu)化技術(shù)226 

A.1 背景參考文獻(xiàn)和工具226 

A.2 模型分類227 

A.2.1 變量和線性分類227 

A.2.2 風(fēng)險(xiǎn)和不確定度228 

A.3 混合整型線性規(guī)劃(MILP) 229 

A.3.1 優(yōu)劣勢(shì)229 

A.3.2 MILP公式化策略229 

A.3.3 求解策略230 

參考文獻(xiàn)231