总能系统理论研究进展与展望_金红光
综合能源系统关键技术综述与展望
综合能源系统关键技术综述与展望随着能源问题日益严重，综合能源系统（SES）得到了越来越多的关注和研究。
SES不仅可以提高能源利用效率，降低经济成本，还可以提高能源供应安全和减少环境污染等方面带来的优势。
本文将综合介绍SES的关键技术，并展望未来的发展方向。
一、基础设施技术（1）能源间的协同作用技术SES需要实现不同能源的协同作用，以最大程度地提高能源利用效率。
这需要进行多能源系统的统一优化设计和运行控制。
需要建立一个能量互补的集成系统，以实现电、热、气、水等能源的相互补充，从而达到整体能源利用的最大化。
（2）智能化控制技术SES的能效提高主要依赖于电力和燃气的交互运用，为了优化该过程，需要建立智能化控制系统。
该系统需要具有在线监测和自适应调节能力，能够在不同负荷和环境条件下自动调节发电机组、锅炉等设备的运行。
这需要采用信息技术手段结合传感器来实现。
（3）设施运行监测技术SES涉及多个能源系统之间的协同作用，需要监测多路信息，以实现能源的整合和优化利用。
适当的设施运行监测技术，能够实现对能量互补、资源共享和优化配置等工作的自动化实现。
二、新能源技术（1）光伏技术在SES中，光伏技术被广泛应用。
太阳能电池板可以转换太阳能为电能，可以为SES供应清洁的电力。
该技术在能源生产和环境保护方面具有极高的应用价值。
（2）风力发电技术风力发电技术是目前最流行的新能源技术之一。
该技术能够为SES产生大量的清洁电力，还具有发电成本低、稳定性好等优点。
（3）储能技术储能技术是SES中最关键的技术之一。
在新能源作为发电能源的情况下，储能技术可以在夜间或阴雨天接管供电任务，从而实现全天供电。
生物质能技术是一种非常环保的能源利用方式，其发展前景广阔。
生物质能源可以通过热化学反应、生物反应等方式获取能量，实现可持续发展性。
（2）生物燃料技术生物燃料技术是一种将生物物质转化为燃料的技术，不仅可以提高生物物质的综合利用率，还可以降低环境污染和对有限石油资源的依赖。
金红光：应大力发展中低温太阳能互补发电技术
“ 太 阳 能 高 效 利 用 是 一 个 重 要 的 研 究 领 域 ， 这 对
论 框 架 。 ”
造 部 分 中 小 火 电站 。 聚 集 ３ ０ Ｃ以 下 的 中 低 温 太 原 创 性 地 建 立 了 评 价 太 阳 能 中 低 温 利 用 过 程 的理 ０ｏ 这 种 以 中低 温 太 阳 能 燃 料 转 化 为核 心 的 发 电 系统 的 优 势 在 于 ：一 是 将 聚 集 的 中低 温 太 阳 能 提 升 到 高 品质 燃 料 化 学 能 的 形 式 ，不 再 拘 泥 于 简 单 的热 利 用 ，实 现 了 中低 温 太 阳 能 与 化 石 燃 料 的 梯 级 利 用 ｉ 二 是 中低 温 太 阳 能 燃 料 可 通 过 燃 烧 产 生
－
起 步 ， 但 由 于 其 成 本 高 、 效 率 低 和 规 模 小 等 限 制 ， 当前 太 阳 能 热 利 用 率 仅 占我 国 一 次 能 源 供 应
的 １ 。 对 此 ， 中 科 院 工 程 热 物 理 研 究 所 金 红 光 ％
９ ０ 的 高 温 太 阳 热 ， 产 生 ３ ０ Ｃ左 右 的 低 温 、 ０ ℃ ０ ｏ
蠹访谈
太 阳 能 热 发 电 正 成 为 世 界 范 围 内 可 再 生 能 源 心 技 术 尚 未 掌 握 ， 引进 国 外 技 术 和 照 搬 国 外 模 式 领 域 的 投 资 热 点 。 在 中 国 ， 太 阳 能 光 热 发 电 刚 刚
需 付 出 巨 额 的 经 济 代 价 ，聚 光 装 置 和 蓄 能 部 件 、 复 杂 而 昂贵 （ 光 占总投 资成 本 的４ 聚 ８％ ～５ ８％ ， 蓄 能 占 ２ ％ ）。 同 时 ， 通 过 聚 集 高 达 ８ ０Ｃ ０ ０ｌ ｏ
综合能源系统关键技术综述与展望
综合能源系统关键技术综述与展望综合能源系统是指通过整合不同的能源资源和技术，以有效地提供能源需求。
它包括传统能源资源如石油、天然气、煤炭等，也包括可再生能源如风能、太阳能、生物能等。
随着全球能源需求的不断增加和对环境影响的关注，综合能源系统的发展已成为全球能源领域的热点之一。
在综合能源系统中，各种能源资源利用的关键技术尤为重要。
本文将对综合能源系统的关键技术进行综述，并展望其未来发展方向。
一、综合能源系统的核心技术1. 多能源系统集成技术综合能源系统要整合多种能源资源，需要在系统设计和运行控制方面进行集成技术研究。
这包括多能源系统的整体设计、能源间的灵活互联、系统的智能化控制等方面。
在此基础上，可以实现多种能源资源之间的灵活转换和互补，提高能源利用效率和系统稳定性。
2. 能源储存和输配技术综合能源系统中，能源的储存和输配技术尤为重要。
这包括传统的能源储存技术如油罐、储气库等，也包括新型的能源储存技术如电池、超级电容等。
在输配技术方面，需要研发高效的能源输配设备，以满足不同能源资源的输配需求。
3. 能源利用技术综合能源系统的核心是能源的利用，因此能源利用技术是其中的重要一环。
这包括传统的火力发电技术、燃气轮机技术，也包括新型的可再生能源利用技术如风力发电、光伏发电等。
节能和清洁利用技术也是综合能源系统的重要组成部分。
二、未来发展方向展望1. 智能化技术的应用随着信息技术和通信技术的快速发展，智能化技术在综合能源系统中的应用将会更加广泛。
通过智能化技术，可以实现多种能源资源的智能管理和优化调度，提高系统的能源利用效率和灵活性。
2. 新型能源利用技术的发展未来，可再生能源将会成为综合能源系统的重要组成部分。
预计风能、太阳能等可再生能源的发展将迎来新的突破，同时新型的能源利用技术如光热发电、生物质能利用等也将得到加快发展。
3. 多能源系统的整体优化未来，综合能源系统将会向着多能源系统的整体优化方向发展。
综合能源系统关键技术综述与展望
综合能源系统关键技术综述与展望综合能源系统是指综合利用不同能源形式、不同能源来源的能源系统，以提高整体能源效率、降低能源消耗和减少环境污染。
综合能源系统的发展对于实现可持续发展、提高能源利用效率和推动能源结构转型具有重要意义。
本文将对综合能源系统的关键技术进行综述，并展望其未来发展方向。
综合能源系统的关键技术主要包括能源系统优化与规划、能源互联网、储能技术、智能能源管理系统等。
能源系统优化与规划是综合能源系统的基础。
通过对能源的需求和供应进行分析和优化，实现能源配置的合理性和灵活性。
能源系统优化与规划技术主要包括能源需求预测、能源供应规划、能源优化配置等。
能源需求预测技术能够通过对历史数据和趋势进行分析，预测未来的能源需求，为能源系统的规划提供参考；能源供应规划技术能够根据不同能源来源的特点和供应能力，制定有效的能源供应策略；能源优化配置技术则可以通过对不同能源形式的组合和分配进行优化，提高能源利用效率。
能源互联网是综合能源系统的重要组成部分，是将能源生产、传输、消费等环节有机地连接起来，实现能源的高效传输和供应。
能源互联网技术主要包括智能电网、智能输电技术、能源互联网调度技术等。
智能电网是能源互联网的核心技术，通过对供电网络进行智能化改造，实现能源的高效传输和供应；智能输电技术则可以通过先进的输电设备和调度方式，提高电力输送的效率和稳定性；能源互联网调度技术则可以通过对能源系统进行智能调度，实现能源的灵活配送和利用。
储能技术是综合能源系统的重要支撑技术，可以解决能源的供需不平衡和能源消纳问题，提高能源利用效率。
储能技术主要包括电池储能技术、储氢技术、压缩空气储能技术等。
电池储能技术是目前应用最广泛的储能技术，可以将电能转换为化学能进行存储，供电时再将化学能转换为电能输出；储氢技术则可以将多余电能转化为氢能进行存储，供电时再将氢能转化为电能输出；压缩空气储能技术则可以将多余电能转化为压缩空气进行存储，供电时再将压缩空气释放产生电能。
综合能源系统关键技术综述与展望
综合能源系统关键技术综述与展望综合能源系统（Integrated Energy System，IES）是指在能源生产、转化、传输、储存和利用过程中，将多种能源形式进行综合利用，实现优化能源资源配置和协调能量需求与环境保护的一种新型能源系统。
其最终目的是实现能源的高效利用、低碳排放和能源安全。
综合能源系统的关键技术主要包括以下几个方面：一、分布式能源技术分布式能源技术是指通过建设分布式能源站点，将多种能源形式进行集成和转化，实现能源的高效利用。
其中，太阳能、风能、地热能、生物质能等被广泛应用。
与传统的中央化能源系统相比，分布式能源系统具有能源利用率高、适应性强、可靠性好等优势，可以减少能源传输损失，提高能源利用效率。
二、能源存储技术能源存储技术是指将能量以物理或化学形式储存在设备或介质中，以便在需要时即可获取。
包括电池储能、压缩空气储能、储热壁挂等多种形式。
能源存储技术的发展可以解决能源的波动性和不确定性，提高能源利用效率和可靠性。
三、智能能源控制技术智能能源控制技术是指将先进的计算机、网络、传感器等信息技术应用于能源生产和使用系统中，实现能源的动态调度和智能控制。
通过实时监测和分析能源的供需情况，决策制定和指挥调度能源转换、传输和储存过程，实现对综合能源系统的智能化管理。
四、能源互联网技术能源互联网技术是指通过信息化手段，将分散的能源源头和能源需求端实现互联互通，形成像互联网一样的能源生产、消费、交易、管理平台，实现能源的高效安全利用。
包括智能电网、能源互联网、电子商务等形式。
能源互联网技术的应用可以提高能源使用效率和降低成本，促进可再生能源和清洁能源的普及。
未来，随着科技的不断发展和能源环境需求的不断变化，综合能源系统的关键技术也会不断涌现，如利用等离子体聚变技术实现氢能源、采用人工智能技术进行预测与优化等。
我国政府也将一直积极推动综合能源系统的研发和应用，为实现能源转型中的绿色、低碳和可持续做出贡献。
综合能源多能互补关键技术研究现状及发展趋势
综合能源多能互补关键技术研究现状及发展趋势作者：王文坦周全侯强戴安周静王哲来源：《长江技术经济》2024年第02期摘要：综合能源多能互补系统通过整合多种可利用能源，实现多种形式能量流的协调优化和高效互补，是新型能源体系的重要组成部分，对于提高可再生能源消纳比例和能源综合利用效率具有重要意义。
简述了综合能源多能互补系统的发展背景，重点从多能互补系统分析规划技术、协调优化控制技术、储能技术和能量管理技术等方面梳理了多能互补系统关键技术的研究现状，对我国多能互补系统的应用案例进行了分析，对多能互补系统技术的研究和发展趋势进行了展望。
关键词：综合能源系统；多能互补；多能流；协调控制；能量管理中图分类号：TM61；TK01 文献标志码：A0 引言党的二十大报告提出，要深入推进能源革命，加快规划建设新型能源体系。
新型能源体系是以清洁、低碳、可再生能源为基础，利用先进技术和系统来实现能源的高效利用和可持续发展的能源体系。
作为新型能源体系的重要组成部分，综合能源系统是一种新型能源供应和管理系统，具有源网荷储一体化、多能互补、供需协调等特点[1]，可以通过整合区域内不同形式的可利用能源，实现多种形式能量的协调优化和高效互补，提升可再生能源开发消纳水平和非化石能源消费比重，满足区域内终端用户对电、热、冷、气等多方面的能量需求，提高能源综合利用效率。
相较于单一的传统能源生产和应用模式，综合能源系统的关键特征在于多能互补，通过有机整合不同供能主体和不同能源形式，连通原本相互独立的能源孤岛，利用多主体、多能流之间的互补效应，平抑供需关系变化以及随机性能源接入带来的冲击，实现能源的削峰填谷和高效利用[2]。
2020年，国家发展改革委、科技部、工业和信息化部、财政部共同发布《关于扩大战略性新兴产业投资，培育壮大新增长点增长极的指导意见》[3]，将综合能源系统的规划建设列为战略性新兴产业之一。
发展多能互补的综合能源系统是国家能源体系转型升级的战略需求。
擎领分布式能源的未来--访中国科学院工程热物理研究所金红光院士
擎 领 分布 式 能 源 的 未 来
— —
访 中国科学 院工程热 物理研 究所金红光 院士
文／ 图 弋 洋
各方面条件 的制约下 ， 分布式 能源技术成为我 国可 持续发展的必需选择。 经过多年的探索 ， 目前 ， 我国关于分布式能源发
展 的国家 战 略 已经 形成 ， ２ ０ １ １年 ｌ ０月 ， 国家 发 展 和
式能源的资源储备十分丰富， 分布式能源 的市场优 势也很 明显 ， 近年来 ， 分布式能源凭借能的梯级利用
方式在 社会 上得 到 了越来 越高 的呼声 ， 但走 过 １ ０多
同时 ， 又注重典型性示范项 目的引领作用 ， 促进我国
分布 式能 源系 统 的产业 化 发 展 ， 这 是 一 种 难 能 可 贵
源， 全力提高资源利用效率 ， 扩大资源 的综合利用范 围， 而分布式能源无疑是解决 问题 的关键技术 。在
・
２・
华 电擞 刁 ｝ ＝
第３ ６卷
热、 电， 实 现能 源 的多次利 用 ， 减少 污染物 排放 ， 还 能
理解 ， 就是 不仅 做 先 、 做尖 ， 还 要做 到在 行 业 内起典 型性 引领作 用 。一个 企业 做第 １ 个 产 品时获得 了成
第３ ６卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
华 电技 术
Ｈｕ ａ ｄ ｉ ａ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ６ ｏ． １
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ４
分 布 式 能 源 发 展 研 讨 前 言
黄湘
我 国是 能源 生产 和 消耗 大 国 ， 生产 与消 费 环 节 的排 放制 约 了能 源 的无 限 制 发展 与应 用 。高 效 、 清 洁分 布式 能 源 的发展 是 有 效 的节 能 措 施 ， 既是 改 善 环境 质量 、 解决 环境 日益恶 化 的重要 手段 ， 也 是 国家 经济 发展 的必 由之 路 。 国家 能 源局 总 工 程 师 吴 贵 辉 曾 说 过 ： “ 我 国发 展 大 机组 、 大 电 网是 需 要 的 ， 但小 的分布 式 能源 系统 如何 适应 新 技术 的发 展 ， 能源 革命 要支 持新 能 源 。 ”
金红光
破， 常会萌发出新的热力循环构思， 开发出 新的动力装置与能源系统。例如， 燃气轮机 程氏循 采用注蒸汽手段形成的 Ｓ Ｔ Ｉ Ｇ循环 ⟡ 环 ，采用湿化技术形成的 湿 空 气 透 平 循 环 （ ） ； 汽轮机采用新工质（ 混合工质） 得到 Ｈ Ａ Ｔ 循环； 还有一些新的循环则借助化 的Ｋ ａ ｌ ｉ ｎ ａ 工技术， 如燃料重整的化学回热循环和带化 学链燃烧反应的新 型 动 力 循 环 等 。 ２ 世纪 ０ —８ 总能系统概念的提出 ， 促使 ７ ０ ０年 代 ， 热力循环研究思路发生质变， 人们不再囿于 单一循环的优劣， 而更着重于把不同循环有 机结合起来的各种高性能联合循环， 并且把 能源利用提高到系统高度来认识热机的发 展应用， 即在系统的高度上综合考虑能量转 换过程中能的梯级利用， 不同品位和形式的 能的合理安排以及各系统构成的优化匹配， 总体合理利用不同品位能， 以获得最好的整 体效果。如以燃气轮机为核心的总能系统， 既能充分发挥燃气轮机的高温加热优势， 又 能避免简单循环排热温度高、 排烟损失大的 缺陷， 显示出极好的总体性能， 因而受到电 力、 石化、 冶金等部门的青睐， 以联合循环、 功热并供、 三联供、 多联产以及总能工厂等 多种形式得到广泛的推广应用。在航空领 域， 内外函循环的提出， 大大降低了航空发 动机的油耗率，推动了高速民航的飞速发 展； 组合的变循环、 变几何则使航空发动机 能适应更广的应用范围等。 目前为止， 各种热力循环的改进原则基 本上遵循： 一方面不断提高循环的最高温度 与最低温度之比， 改善部件性能； 另一方面 使实际循环尽量向理想卡诺循环的方向靠 近。 前述的联合循环等措施能够大幅度提高 循环与 Ｒ 循环的 效率， 如结合 Ｂ ｒ ａ ｙ ｔ ｏ ｎ ａ ｋ ｉ ｎ ｅ 但常 联合循环的最高实用效率已接近 ６ ０ ％。 规联合循环的缺点是在两个循环之间还存
我国分布式供能关键技术研究进展
握、 有、 拥 引领 这 些先 进 供 能 的核 心 技 术 ， 是 中 国未 将
布式供 能技 术 。分 布式供 能 系统将 成为 大规 模集 中供
基 金 项 目 ： 国 家 自然科 学基 金 项 目（０ ７ １９ ； 家重 点基 础 研 究发 展 计 划 项 目（７ ４ 目）２ １Ｃ ２ ７ ０ ５９６１）国 ９３ （０ ０ Ｂ ２ ３６ ｏ 作 者 简 介 ： 隋 军 （９ ３ ， ， 士 后 ， １７ 一） 男 博 中科 院 工程 热 物 理 研 究 所 副 研 究 员 ， 要 研 究 方 向 ： 阳 能 燃料 转 换 ， 布 式 供 主 太 分
方 向 ， 我 国能 源科 学技 术发 展 的重 点领 域 。研 究 、 是 掌
面， 自备 电站 、 机组 等分 散 的单 一供 能 系统 多采 用低 小
参 数小 型汽 轮机 ， 以实 现能 的梯 级利用 。 难 在提 升大规 模 集 中式供 能 系统技术 的同时 ，亟需 有计 划 地发 展分
ｓ ｅｎｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｄ ｓｒｂ ｅ ｎ ｒ ； ｋ ｙｔ ｃ ｏｏ ｙ； ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉｔｉ ｕｔｄ ｅ ｅ ｇ ｅ ｈｎ ｌｇ ｙ ｅ ｖ ｌｐ ｎ
Ｏ 引 言
实施 能 源可 持续 发 展战 略是 解决 我 国能 源 问题 的
来 保持 国家 核 心竞争 力 的关键 。
目前 ， 统供 能方 式存 在 效率 低 、 传 污染 重 等 问题 。 煤 基 发 电 的大 规 模 集 中供 能 系 统 是 造 成 我 国能 源 问
题、 环境 问题 和节 能减 排压 力 的重要 原 因之一 。 一方 另
根本途径 。我国提 出了“ 提高效率 ， 保护环境 ， 保障供
_燃气轮机总能系统及其能的梯级利用原理
总能系统是通过系统集成把各种热力过程有机 地整合在一起 , 来同时满足各种热工功能需求的能 量系统 , 系统集成理论对总能系统的设计优化 、新系 统开拓以及应用发展等都是至关重要的 , 而其本质 特征在于不同热力循环和用能(供能)系统的有机整 合与集成 。 基于“温度对口 、梯级利用”原理集成的 热力系统为热工领域的总能系统 。 但要特别指出的 是 , 总能系统不是多个循环或系统的简单叠加 , 而是 基于能的梯级利用原理集成的一体化系统 。 以燃气 轮机为核心而集成的燃气轮机总能系统比其他热机 的总能系统更具发展潜力 , 这是源于燃气轮机的固 有特性 :①它是高温加热并伴随着高温排热的热机 , 虽然在简单循环时效率比较低 , 但组成总能系统时 能很好实现物理能梯级利用 , 既能充分发挥燃气轮 机高温加热优势 , 又避免较高温排热损失大的缺陷 , 显示出很好的总体性能 。 ②它是高速旋转的动力机 械 , 且气体工质朝着一个方向连续流动 , 既易于单机 大型化 , 又可以做到微型化 。 ③其热力循环的四个 热力过程是分在各自单独的部件或子系统中完成 , 这便于按不同需要和能的综合梯级原理进行系统集
第 21 卷 第 1 期 2008 年 3 月
《 燃 气 轮 机 技 术》 GAS TURBINE TECHNOLOGY
Vol.21 No .1 M ar ., 2008
燃气轮机总能系统及其能的梯级利用原理
林汝谋 , 金红光 , 蔡睿贤
(中国科学院工程热物理研究所 , 北京 100080)
图 2 典型总能系 统能量平衡示意图
对于各种热能转换利用系统 , 系统集成的关键 在于热能梯级利用 。 从典型的系统能量转换与利用 平衡方程(如对图 2 所示的情况), 不难推得相关的 通用基本方程 。
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第45卷第3期2009年3月机械工程学报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGVol.45 No.3Mar. 2009DOI：10.3901/JME.2009.03.039总能系统理论研究进展与展望*金红光1张国强1, 2高林1林汝谋1(1. 中国科学院工程热物理研究所北京 100190；2. 中国科学院研究生院北京 100190)摘要：我国著名的科学家吴仲华教授倡导能的梯级利用与总能系统已有20多个年头，在这期间世界能源动力系统开拓发展正是沿着这个思路蓬勃展开。
从总能系统理论的发展历程出发，概述了近年来总能系统理论研究所取得的重大突破，包括从物理能的梯级利用到化学能的梯级利用范畴的拓展，进而演变为能的综合梯级利用原理；以能的品位变化规律分析为核心的总能系统理论分析方法的开拓；基于总能系统集成理论的化工－动力耦合等新型系统集成思路以及相应的能源系统集成创新等。
总能系统已成为当代能源科学的一个分支和发展主流，它对科学用能和经济社会可持续发展都有重大影响。
关键词：总能系统热力循环系统集成中图分类号：TB131The Development and Prospect of Total Energy SystemJIN Hongguang1 ZHANG Guoqiang1, 2 GAO Lin1LIN Rumou1(1. Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Science, Beijing 100190;2. Graduate School, the Chinese Academy of Science, Beijing 100190)Abstract：It has been more than twenty years since the energy cascading utilization principle and the concept of total energy system were proposed by professor WU Zhonghua. Thanks to this guidance the innovations of the energy and power system have made a great advancement. The recent progresses and breakthroughs in the theory of total energy system are reviewed in this paper, including the expansion of energy utilization from the field of physical energy to the field of chemical energy and further the combined cascade utilization of physical and chemical energy; the methodology of total energy system analysis based the energy level change of related processes; the thoughts and innovations of system integration such as system of coupling chemical production and power. Total energy system has been an important branch of energy science and makes more and more contribution to the sustainable development of scientific energy utilization, economy and society.Key words：Total energy system Thermal cycle System integration0 前言总能系统(Total energy system)是一种根据工程热力学原理，提高能源利用水平的概念或方法，及其相应的能量系统。
目前还没有世界公认的定义，比较普遍的一种说法是：“按照能量品位高低对能量进行梯级利用，从总体上安排好功、热(冷)与物料热力学能等各种能量之间的匹配关系与转换使用，在系统高度上总体地综合利用好各种能源，以取得更好的总效果，而不仅是着眼于单一生产设备或工* 国家重点基础研究发展计划资助项目(973计划，2005CB221207)。
20080402收到初稿，20081021收到修改稿艺的能的能源利用率或其他性能指标的提高”。
对应总能系统理论的发展，能源动力系统的发展可以分为三个阶段。
第一代能源系统基本上建立在简单循环的热机层面，即多采用由若干热力过程组成的正向循环来实现把热能转化为机械功(或含有效热输出)的简单循环系统形式。
包括常规燃煤蒸汽循环与简单燃气轮机循环都属于第一代能源系统的范畴。
1988年，吴仲华教授[1]在他主编《能的梯级利用与燃气轮机总能系统》专著中，从能量转化的基本定律出发，阐述热能的梯级利用与品位概念和基于能的梯级利用的总能系统。
提出了著名的“温度对口、梯级利用”原则，包括：通过热机把能源最有效地转化成机械能时，基于热源品机械工程学报第45卷第3期40位概念的“温度对口、梯级利用”原则；把热机发电和余热利用或供热联合时，大幅度提高能源利用率的“功热并供的梯级利用”原则；把高温下使用的热机与中低温下工作的热机有机联合时，“联合循环的梯级利用”原则等。
第二代能源系统[2-6]就是基于“温度对口，梯级利用”原理集成的能量转换利用系统，在实现一种或多种热工功能目标时，达到更高的能源利用率。
它是基于第二定律，注意到能量的品位差别与梯级利用，开始提出热力循环组合的总能系统。
包括燃气－蒸汽联合循环在内的多种复合循环均属于这一范畴。
不过那时的概念还局限于热工领域，仅考虑燃料化学能通过燃烧转化为热能后，物理能(热)怎么梯级利用，没有考虑能量损失最大、污染产生的燃料化学能转化与释放过程，通常被称为狭义总能系统。
吴仲华先生倡导的能的梯级利用原理，奠定了传统狭义总能系统的集成理论基础。
但是，随着能源动力系统不断突出领域渗透和学科交叉发展趋势与特点，传统的物理能梯级利用原理已不足以解决超出热力循环范围的科学问题[7]。
为了满足新世纪可持续发展的需求，人们在传统能源利用系统基础上不断开拓发展新型能源动力系统，而多领域渗透、多能源互补和多功能综合已成为当代能源动力系统发展的一个基本趋势和特征。
广义总能系统(资源－能源－环境一体化的多功能能源系统)是在狭义总能系统基础上、面对更多领域以实现更多功能需求目标而扩展形成的能量转换利用系统，它基于物理能与化学能综合梯级利用原理，同时考虑能源与环境的协调。
广义总能系统可包容多种能源、资源输入，并具有多功能或联产输出的能源利用系统，它在接受多种不同的物料、能源等输入而完成发电供热等热工功能的同时，还生产出化工产品与清洁燃料，并对污染物进行有效地分离、回收与利用，使能源利用综合合理和低污染，把热工过程和污染控制一体化，协调兼顾了能源动力、化工、石化、环境等诸领域问题。
第三代能源系统则是在可持续发展的大背景下全面发展了的广义总能系统，为与环境保护相容协调的总能系统，即多领域学科交叉渗透、多能源与多输出一体化的广义总能系统，是新世纪能源动力系统发展的主流方向和前沿[8-11]。
1能的梯级利用原理与总能系统集成理论从系统层面看，总能系统集成理论(包括系统概念、系统集成思路与设计原则等)是总能系统集成开拓的前提与基础，而能的综合梯级利用，包括化学能梯级利用，则是系统集成理论的核心和主线。
相应的，能的品位概念以及能的品位方程是能的梯级利用原理的基础。
1.1能的品位方程1.1.1 能的品位概念根据热力学第二定律，能量转换利用时不仅有数量的问题，还有能的品位的问题。
能的品位是指单位能量所具有可用能的比例，即能量在某状态下经过可逆过程变化到环境基态时的变化量与能量变化量的比值，是标识能的质量的重要指标。
能的品位A的定义为某微元过程能量释放侧或接收侧释放或接收的 (d E)与释放或接收的能量(d H)之比ddEAH= (1) 能在传递与转化过程中的品位差是产生不可逆损失的根本原因。
因此，对品位概念的深入认识是实现梯级利用的前提与基础。
1.1.2物质、化学反应吉布斯自由能、物理关联基本方程[12]在能源动力系统中，物质化学能通过化学反应实现其能量转化。
因此，物质能的转化势必与其发生化学反应的做功能力(吉布斯自由能变化∆G)和物理能的最大做功能力(物理)紧密相关。
根据热力学Gibbs 自由能和的一般函数，对于一个化学反应的微分过程，其化学反应吉布斯自由能变化∆G和变化∆E可以表达为d d dG H T S=− (2)d d dE H T S=− (3)式中，d H为过程的总能量变化；T d S表示过程中以热形式出现的能量；d S代表过程熵变化；T表示反应温度(K)，T0表示环境温度(K)。
由式(2)、(3)得到d d d1TE G T ST⎛⎞=+−⎜⎟⎝⎠(4)cd d dE G T Sη=+ (5)式(4)中，T d S(1–T0/T)代表了过程中以热形式出现的热。
热是物理的一种表现形式。
式(5)中(1–T0/T)表示卡诺循环效率ηc，即ηc=1−T0/T。
式(5)描述了物质、化学反应吉布斯自由能和物理的普遍关系。
对于物质能转化利用的体系，物质能的最大作功能力d E是由两部分组成：一部分是化学反应的作功能力d G，另一部分是过程产生的热T d Sηc。
1.1.3 物质能、化学反应吉布斯自由能和物理能的品位基本方程对于物质能转化利用过程，将式(5)两侧同时除2009年3月 金红光等：总能系统理论研究进展与展望41以过程总焓变化∆H ，可以得到如下的量纲一的表达式cd d d d d d T S E G H H Hη=+ (6)式中，左边项d E/d H 表示物质能的品位A ；右边第一项d G/d H 表示了化学反应体系每单位能量总焓变化d H 的吉布斯自由能变化的大小。
定义d G/d H 为无因次量B ，B 的物理意义表征了化学反应吉布斯自由能的品位。
B 与特定化学反应过程有关，对于同一物质，因不同的化学反应过程，其化学吉布斯自由能的品位B 也不尽相同。
式(6)右边第二项T d S/d H 反映了过程中以热形式出现的能量占过程总焓值变化d H 的份额，即令Z =T d S/d H ；右边第二项卡诺循环效率ηc 表征了热流T d S 的品位。