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第一部分 简介3

第1章 城市能源系统日趋增长的重要性3

1.1动机3

1.1.1城市化4

1.1.2空间聚集4

1.1.3气候变化和其他挑战6

1.1.4当地机构6

1.2需考虑的工作假设和问题8

1.3本书架构10

第2章 城市能源系统的概念化12

2.1城市能源系统的物理模型12

2.1.1城市作为热力学系统13

2.1.2城市作为代谢系统15

2.1.3城市作为复杂系统16

2.2城市能源系统的社会-技术模型18

2.2.1家用能源技术18

2.2.2大型技术系统19

2.3定义城市能源系统20

第3章 城市能源系统简史：以伦敦为例22

3.1简介22

3.2从狩猎采集到殖民的转变25

3.3早期城市化26

3.3.1早期的可再生能源27

3.4伦敦的扩张和向煤炭的转型28

3.5道路、铁路和管道网络30

3.5.1伦敦的下水道33

3.6电力城市34

3.7结论36

第二部分 城市能源使用与技术41

第4章 建筑能源服务需求：改造潜力41

4.1简介41

4.2建筑物的燃料和电力需求41

4.2.1建筑物的燃料需求42

4.2.2建筑物的电力需求45

4.2.3燃料和电力需求的社会学层面46

4.3改造建筑物的潜在益处和实际障碍48

4.3.1潜在益处49

4.3.2实际障碍56

4.4未来策略59

4.5结论61

第5章 分布式多联供与区域能源系统63

5.1简介63

5.2分布式多联供：概念与建模64

5.2.1一般概念与技术64

5.2.2 DMG系统的黑箱建模68

5.3区域能源系统70

5.3.1分布式能源与集成的益处70

5.3.2综合能源规划的挑战71

5.3.3未来的区域能源系统72

5.4评估区域能源系统的环境性能73

5.4.1与传统能源系统的比较及思考73

5.4.2三联供分布式能源系统排放评估74

5.5三联供区域能源系统数值案例75

5.5.1区域能源系统描述75

5.5.2案例研究与结果76

5.6区域能源系统在低碳未来中扮演的角色77

5.7结论78

第6章 城市能源系统中的生物质能和其他可再生能源：潜力、转换途径和未来趋势79

6.1简介79

6.2城市可再生能源79

6.2.1太阳能80

6.2.2水能和海洋可再生能源81

6.2.3风能81

6.2.4地热能81

6.3城市生物质能81

6.3.1生物质能源和潜力82

6.3.2用于城市及城郊区域的生物质能路径89

6.3.3城市能源系统中的生物质能和生物能源91

6.4结论97

第7章 城市交通技术98

7.1简介98

7.2车辆和燃料技术100

7.2.1燃料101

7.2.2传动系统102

7.2.3电网在交通系统中的角色103

7.3智能交通系统106

7.3.1智能基础设施108

7.3.2智能汽车109

7.3.3城市物流110

7.4智能机动方案110

7.5对城市能源系统的影响111

第三部分 分析城市能源系统115

第8章 城市能源系统建模115

8.1简介115

8.1.1城市能源系统建模方法115

8.1.2模拟城市区域的动态演化117

8.1.3土地利用与交通集成模型118

8.2 Meta分析综述119

8.2.1城市能源“系统设计”的文献综述119

8.2.2城市能源系统的土地利用交通模型120

8.2.3城市能源系统建模的挑战121

8.3 SynCity建模框架122

8.3.1布局模型124

8.3.2 Agent活动模型（AMMUA）124

8.3.3资源流模型（TURN）124

8.3.4服务网络模型126

8.4结论128

第9章 优化与系统集成129

9.1简介129

9.1.1城市能源系统的优化建模130

9.2用于城市能源系统设计的MILP模型131

9.2.1层级非均匀时间离散化132

9.2.2角标133

9.2.3资源守恒133

9.2.4输入与输出134

9.2.5资源转换技术134

9.2.6传输技术135

9.2.7存储技术136

9.2.8性能指标和目标函数139

9.3规划的案例分析140

9.3.1资源与技术141

9.3.2目标函数142

9.3.3结果143

9.4改造案例分析146

9.4.1改造建模146

9.4.2分析与结果147

9.5结论149

第10章 受生态启发的城市能源系统优化建模150

10.1简介150

10.2城市作为生态系统：城市代谢的概念150

10.3环境影响评价方法151

10.3.1物质流分析151

10.3.2生态足迹153

10.3.3生命周期评估154

10.4 EIA与过程优化技术结合157

10.5一个假想的案例分析157

10.5.1输入数据与假设158

10.5.2模型方程158

10.5.3结果159

10.6为城市能源系统设计选择EIA方法160

10.7结论161

10.8使用的符号162

第11章 基于活动的城市能源系统建模163

11.1基于活动的模型之潜能163

11.2土地利用运输模型与基于活动的模型的历史164

11.3什么是基于活动的模型166

11.4基于活动的模型中目前最先进的技术168

11.5土地使用-交通模型中的能源170

11.6一个应用案例：AMMUA171

11.7基于活动的建模方法之关键分析173

11.7.1数据173

11.7.2模型系统复杂度173

11.7.3不同的建模规范173

11.7.4应用背景的复杂性173

11.8结论174

第12章 城市能源系统模型的不确定度和敏感度分析175

12.1简介175

12.2后常规科学与城市能源系统176

12.3不确定度与敏感度分析178

12.3.1不确定度分析178

12.3.2敏感度分析184

12.4案例：实现Newcastle-upon-Tyne未来的碳排放目标185

12.4.1问题定义186

12.4.2挑选参数及分析设定187

12.4.3结果与分析191

12.5结论193

第四部分 实施方案197

第13章 城市能源系统中的管理转型197

13.1简介197

13.2理论转型197

13.2.1发展中国家的燃料转型198

13.2.2社会技术系统转型198

13.3技术转型：哥本哈根的区域供热案例202

13.3.1起源203

13.3.2对比政策环境203

13.3.3经验教训204

13.4发展中城市的转型：肯尼亚Nakulu的案例205

13.4.1收入和燃料消耗间的关系206

13.4.2能源使用的环境影响208

13.4.3技术和政策解决方案209

13.4.4总结210

13.5结论211

第14章 未来城市212

14.1简介212

14.2关于未来212

14.3城市能源预测213

14.4“概念城市”的未来214

14.5单一公司的小镇216

14.6大型复合城市的土地利用216

14.7总体规划217

14.8作为城市规划工具的未来情景218

14.9城市场景中的特殊因素219

14.10结论220

第15章 结论221

15.1城市能源系统的持续重要性221

15.2城市能源使用和技术222

15.3分析城市能源系统223

15.4实施方案224

15.5汇总224

附录A 优化技术226

A.1背景参考文献和工具226

A.2模型分类227

A.2.1变量和线性分类227

A.2.2风险和不确定度228

A.3混合整型线性规划（MILP）229

A.3.1优劣势229

A.3.2 MILP公式化策略229

A.3.3求解策略230

参考文献231