面向碳中和的智慧能源系統(tǒng)

零碳能源系統(tǒng)wangxiaonan@2023年5月4日2007-2011清華大學化學工程系，學士(化學工程與工業(yè)生物工程)2011-2015美國加州大學戴維斯分校化工與材料系，博士(化工自動化)-2014年在CAISO實習2015-2017英國倫敦帝國理工學院化工系，碩士生導師(未來能源)2017-2021新加坡國立大學，博士生導師，助理教授，名譽副教授2021-至今清華大學化學工程系，副教授，特別研究員，博士生導師2023美國化學學會可持續(xù)化學與工程講席獎賦能碳中和SCl學術論文學術專著高被引論文未來化工學者2能源、材料和先進制造系統(tǒng)的高度復雜性和不確定性亟待解決，多尺度系統(tǒng)集成的人工智能和優(yōu)化控制方法可實現(xiàn)效率、經(jīng)濟和環(huán)境最優(yōu)未來智能研發(fā)·未來智能研發(fā)·集成物理信息系統(tǒng)的工業(yè)4.0·先進化工材料開發(fā)與生產(chǎn)...智慧能源智慧能源·清潔、低碳、經(jīng)濟的綜合能源系統(tǒng)·能效提高，實時優(yōu)化，決策支持·綠色能源、儲能系統(tǒng)、氫能經(jīng)濟..·雙碳目標關鍵技術和實現(xiàn)路徑·非線性，強耦合，參數(shù)時變的復雜系統(tǒng)優(yōu)化雙碳目標人工冒能應用實踐畫3采取負排放技術中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中必由之路必由之路低碳技術零碳技術低碳燃料綠色低碳化學品光伏材料電池材料負碳技術碳捕集材料CO?低碳技術零碳技術低碳燃料綠色低碳化學品光伏材料電池材料負碳技術碳捕集材料CO?轉化催化劑制造突破能源效率能源行業(yè)是最大的溫室氣體排放源，約占全球排放量的73%(主要歸因于能源需求的持續(xù)增長和對化石燃料的高度依賴)systemtoalow-carbon,renewable,andsustainableenergThlssshonnfortheyear2016globalghttps//Anw.ucsusaorg/resources/6Ju個個公個個個個T^△個個金金合企個個個^金合M^個企個企金SooM個~個個企個合金個個企個個m企個金金企金Deo~rSuurC22-24%可再生能源2030年前非化石燃料歐洲2030年前美國un◎bat.https://energymitedu/research/uture-of-energy-storage/7期望期望→軟件定義世界(SDx)技術成熟度曲線技術成熟度曲線截至2017年7月期望膨脹期泡沫破裂低谷期●5-10年期望膨脹期泡沫破裂低谷期●5-10年生產(chǎn)成熟期穩(wěn)步爬升恢復期▲超過10年到達生產(chǎn)成熟期需要的年限：○不到2年O_loThoroucalColoul9智能技術助力減碳賦能碳中和智能技術助力減碳賦能碳中和人工智能和數(shù)字技術助力化工和能源系統(tǒng)低碳可持續(xù)發(fā)展減少碳排放減少碳排放節(jié)約成本降低投入信息物理融合的生產(chǎn)制造系統(tǒng)通過使用數(shù)字技術，可采集、計算海量數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生等平臺，實現(xiàn)成本和碳排放降Indenwildi,Oliver*,ChuanZhang*,XiaonanWang,andMarkus綜合新能源系統(tǒng)：解決可持續(xù)能源發(fā)展和氣候變化問題的核心能源架構：多能互補+需求側響應+能源互聯(lián)計算策略：復雜建模+數(shù)據(jù)驅動+多級優(yōu)化電電熱電解池燃料電池風能氯氣存儲存儲[1]XiaonanWang,AhmetPalazoglu,andNaelH.EI-Farra°,ApplledEnergy143(2015)儲能系統(tǒng)技術選型決策支持工具：>以經(jīng)濟，環(huán)境和技術標準為優(yōu)化目標的多目標a·建立了儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫a決策決策H理定功率nn碳捕提及回收氫能經(jīng)濟綠色醉類生產(chǎn)儲能系統(tǒng)技術選型決策支持工具：prpntensrgprpntensrg··uobt技術匹配度0A2A3A4A5Wang,X.(2016).Computers&Chernica能源系統(tǒng)和微電網(wǎng)管理：小規(guī)模試點網(wǎng)絡小規(guī)模試點網(wǎng)絡智服城市能源曹理平臺智服城市能源曹理平臺用e用e1LY.Yang.W.H,P.Chen,C[2IPark,M.,WangZ,L,L,&WangX(2023).Muti-objectiveblildingenergysystemo2030實現(xiàn)CO?排放達峰，2060實現(xiàn)碳中和(氣候中和)通過縮減或補償溫室氣體(包括二氧化碳、甲烷等)的排放，消除氣候壓力。—0DP—Terrllorlalfnlss自2006年以來，中國一直是全球最大完全轉向"綠色能源"CrudeollHaturalOan●Aa碳中和碳中和零碳 Source:/china-greenhouse-ga低碳發(fā)展-綜合能源化工低碳發(fā)展-綜合能源化工·利于長距離輸送·增加碳捕集和碳使用部門間協(xié)同部門間協(xié)同State-ofthe-art使用化石燃料的化工廠空氣分離N?碳捕獲與儲存可再生能源燃燒廢氣甲酸、氮直接使用化石燃料電網(wǎng)傳輸電解水電力Li.Yinan,SongLan,MortenRyberg.JavierPérez-Ramirez,and低碳發(fā)展-綜合能源化工低碳發(fā)展-綜合能源化工N?制氨約80%的水力資源、90%的風力資源和80%的太陽能源-水-食物-廢棄物-氣候變化的耦合復雜體系能源-水-食物-廢棄物-氣候變化的耦合復雜體系能源-水-食物-廢棄物-氣候變化：復雜系統(tǒng)后后發(fā)展規(guī)劃決策支持智慧城市基礎設施technology52,5(2018):3257-3266.廢棄物氣候變化K能源-水-食物-廢棄物-氣候變化的耦合復雜體系能源-水-食物-廢棄物-氣候變化的耦合復雜體系ass[同]ass[同]flPVwndidieselbanery-RODforfor設計風能生物炭產(chǎn)品重幢儲能運營電能800負碳排放的混合新能源系統(tǒng)31(2021):100669.Li,ZhiyiYao,SimingYouXiaonanWang*Appllod澳洲農(nóng)業(yè)能源廢棄物管理東南亞區(qū)域優(yōu)化[1]Wang,Xiaonan*,KoenH.vanDam,CharalamposRembrandtHEMKoppelaaEngineering124(201Passmore,andXiaonanintollgantLbborataryoulomintollgantLbborataryoulom6n適數(shù)據(jù)、模型、理論、軟件分子、裝備、過程、平臺——科學范式模型計算+自動化實驗新范式傳統(tǒng)模式成本高新范式傳統(tǒng)模式成本高數(shù)據(jù)驅動試錯歸納+長周期精準預測+短周期化學材料快速化學材料快速25特征工程(模型輸入)適適模型選擇性生產(chǎn)(化能JliL,KaizhuoLim,HaitaoYang.ZekunRen,ShreyaaRaghavan.Po-YenChen,TonioBuo健康情況儲能技術分子尺度