Energy Reviews | 基于氢-电耦合的‘源-网-储-柔’智慧城市低碳交通能源系统
文章题目：Low-carbon transition in smart city with sustainable airport energy ecosystems and hydrogen-based renewable-grid-storage-flexibility
关键词：Aircraft, Renewable energy, Electrification, Hydrogenation, Spatiotemporal energy sharing and migration, Optimisation, Carbon neutrality
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970222000013
近日，香港科技大学周跃宽团队在Energy Reviews发表文章“Low-carbon transition in smart city with sustainable airport energy ecosystems and hydrogen-based renewable-grid-storage-flexibility”。详细介绍了基于氢-电耦合的‘源-网-储-柔’智慧城市低碳交通能源系统。
01 内容亮点
1、基于氢-电耦合的‘源-网-储-柔’的可持续机场生态系统；
2、轻质加氢在飞机和陆地运输中的零排放；
3、陆路运输和飞机之间的协同能量相互作用；
4、太阳能-风能-海洋能的带电加氢脱碳；
5、向碳中和过渡的挑战、前景和前景。
02 图文摘要
03 内容简介
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 内容摘要
混合型可再生能源、电气化、氢能化、能源时空共享、转移及其优化是实现低碳机场交通系统的重要途径。本文从机场能源生态系统构成、可再生能源供应链、新型时空能源迁移、单目标和多目标优化以及多标准决策法等多个角度对机场能源生态系统的氢-电耦合与电网灵活性进行了全面综述。氢能在机场能源系统中具有多种优势，其重量轻、燃料运输费用低、比能量高，二氧化碳排放量为零且氮氧化物排放量极低，可有效减少空气污染，增强环境可持续性。此外，太阳能、风能、沿海海洋能和生物能等多种可再生能源都可以借助化学技术或电解水技术生产液氢(LH2)。考虑到陆空运输系统的协同运行有助于促进净零碳排放，本文制定了一种新型的能源互动结构，以实现城内/城际能源共享及交易，并对分布不均的可再生能源资源进行时空补偿，从而提升可再生能源的覆盖率。结果表明，机场能源系统的功率特性具有轻便、能量密度高、能源消耗大、功率响应迅速、安全性高、随机性、非线性和动态性强等特点，而通过海上风力发电机、浮动式光伏板、海流发电机、波浪能发电装置、潮汐发电机和海洋热电发电机等技术，可以发挥海洋能源在机场能源系统中的巨大应用潜力。研究结果可以为陆地和航空运输领域的电气化和氢能化指明研究框架、前景和技术挑战，进而为其碳中和转型和可持续性发展提供前沿性指导。
06 重要结论
1、随着能源模式从生物燃料向可再生能源系统的转变，飞机能源系统的电气化成为飞机能源系统脱碳的必要路线。氢能源具有无污染（副产物水）、重量轻、能量密度高的特点，在碳中性转变方面具有广阔的前景。
2、在机场能源生态系统方面，相关研究主要集中在能源需求分析和预测、暖通空调系统设计(如地板辐射供冷/供暖系统和PCM一体化暖通空调)、插电式能源系统的整合(如燃料电池电动汽车和基于电池的电动汽车)。机场的能源需求既包括静态能源需求，也包括动态能源需求：前者包括跑道灯、塔台通信系统、数据处理计算机和雷达导航系统的电力需求；后者包括飞机、FCEV和电动汽车。能源和发电系统主要包括传统化石燃料、沼气、生物质、氢气、太阳能光伏、风力涡轮机和电网。
3、为了过渡到碳中性的航空运输，可再生能源和电力到液化氢的转换是关键技术。除了太阳能和风能资源，对于沿海地区的机场来说，支持机场能源系统的沿海能源资源在碳中性和可持续性过渡方面充满了光明的前景。随着海洋深度的增加，各种能源转换装置可以用于发电，如海上风力发电机组、浮式光伏电池板、电流涡轮机、波能转换装置、潮流发电装置和海洋热电发电装置。
4、文章提出了一个具有氢相互作用的陆空互动运输系统，由氢汽车、氢动力飞机、可再生发电厂(一个靠近机场，一个位于郊区或农村)组成。互动能源框架的优势包括发电厂的时空迁移、不同类型气候带之间的能源互补以及可持续的能源边界扩展。
5、文章提出了基于FCEV的城市间能源迁移和基于飞机的城市间/国家间能源共享等新的时空城市间能源迁移范式。然而，为了促进城市间能源的时空迁移范式，未来的研究还需要重点研究几个关键问题，如氢气交易价格、氢气共享和交易经济中关联成本的平均分配等。
6、文章提出的新能源模式可以保证区域能源平衡的高能效、供电可靠性和高可再生利用率。此外，还可以通过分布式供电单元来增强跨区域电力系统的能量弹性。
作者简介：
周跃宽，香港科技大学（广州），可持续能源与环境学域，助理教授；香港科技大学，机械与航空航天工程系，附属助理教授。申请人领导的课题组从事建筑跨尺度建模仿真与优化（材料-部件-系统）、建筑节能与可再生能源利用、全寿命周期建筑碳足迹与负碳技术、新型储能系统（电化学电池与氢燃料电池储能）和新型区域能源范式研究，在Renewable & Sustainable Energy Reviews, Applied Energy, Energy Conversion and Management, Energy, Renewable Energy, iScience等能源领域国际顶级期刊上发表SCI 50篇, Google Scholar 总引用近1200次, h指数23。参与出版3部国际专著重要章节，荣获Applied Energy CUE 2020国际最佳论文奖和2021华人能源与人工环境国际学术会议优秀博士生奖。国际科学组织Vebleo Fellow, Sessionchair of Vebleo Fellow webinar学术期刊编委；Energy Nexus (Elsevier), Journal of Modern Green Energy等国际SCI期刊特刊编辑。
Energy Reviews
简介
《Energy Reviews》是由深圳大学主办，联合 Elsevier出版集团创办的一本国际性、跨学科、高质量开放获取 (Open Access) 学术期刊，由谢和平院士担任创刊主编，美国工程院Derek Elsworth院士、中国科学院何雅玲院士、李永舫院士、香港理工大学倪萌教授担任联合主编。发表能源领域前沿方向、最新进展、发展趋势、权威观点等高质量学术文章，构建全球能源一流成果和一流学者的合作交流平台，向公众传播有影响力的能源领域研究成果。接收包括但不限于能源研究的新理论、新方法和新技术; 能源研究的多学科（材料、物理、化学、生物等）交叉融合探索技术; 化石能源低碳利用与CCUS; 氢能、可再生能源与储能先进技术; 新型能源转换方式探索与应用; 能源领域现代信息技术（人工智能，大数据）等相关方向的优质稿件。
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