文章选取3种典型外源投加物零价铁(ZVI)、活性炭(AC)和磁铁矿(Mt),在中温条件下研究其对厨余垃圾两相厌氧消化体系性能的影响。研究结果表明:在酸化相中投加 ZVI,在甲烷相中投加 AC 和 Mt,对厌氧消化体系性能具有最佳的影响效果;在酸化相中投加 ZVI后,总挥发性脂肪酸含量较对照组提高了 46.4%~47.9%,为体系的产甲烷阶段提供了更好的初始条件,明显缩短了产甲烷延滞时间;在厌氧消化体系中投加 AC 和 Mt可以提高系统的产甲烷性能,相比对照组,各试验组的累积产甲烷量提高了28.1%~68.4%;AC和Mt对厌氧消化的促进作用主要发挥在产甲烷阶段。

有关微量元素(TEs)在厌氧消化系统中的关键调控作用已经明确,但其內在作用规律和机理的解析还不够全面。文章通过研究厌氧消化体系中不同接种比(I/S)下TEs的变化规律,探究TEs对厌氧发酵的生物有效性,明确 TEs 化学形态与厌氧发酵过程中关键影响因子及微生物群落之间的相互作用关系。研究结果表明:在10批次的葡萄糖厌氧消化试验中,在I/S为1.5的条件下添加 TEs后,甲烷产量提升了 80.7%;在添加的3种 TEs(Fe, Co和 Ni)中,Fe元素的不同化学形态与厌氧消化中 pH 值、碱度、挥发性脂肪酸和氨氮含量的相关性最强;pH值与酸可挥发性硫化物含量是厌氧消化中 TEs 生物有效性的关键影响因子;pH 值与Fe的4种化学形态均有明显相关性;厌氧消化体系稳定运行时,甲烷丝菌属(Methanosaeta)的相对丰度最高(53.8%),厌氧消化体系运行异常时,甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的相对丰度最高(34%)。

文章以南荻纤维素为原料,采用分批补料同步糖化发酵工艺生产生物乙醇,分析了底物初始质量分数、底物最终质量分数、补料次数对乙醇产量的影响,并在此基础上采用正交试验进行工艺优化,获得最佳工艺参数:底物初始质量分数为17.5%,分批补料2次至底物最终质量分数为32.5%。在此条件下,乙醇含量最高可达70.15 g/L,较未补料同步糖化发酵过程获得的最大乙醇含量提高 23.36%。在分批补料同步糖化发酵最佳工艺的基础上,做了物料平衡分析,并采用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、X−衍射对发酵前、后的南荻纤维素结构进行表征,结果显示,酶解糖化及发酵过程会改变南荻纤维素的内部结构,使氢键或共价键断裂,底物结晶度提高。

文章以玉米秸秆为原料制备生物炭,采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、比表面积测试仪等方法对其结构进行了表征,并对不同条件下生物炭对苯酚的吸附性能进行了研究。结果表明:随着碳化温度升高,生物炭微观结构完整性逐渐降低,孔径逐渐增大,表面含有大量极性官能团,对吸附溶液中的苯酚有很好的促进作用;在碳化温度为600 ℃,水蒸气为氛围气,玉米秸秆粒径为40目的条件下,制备的生物炭(CSBCW600)吸附性能最佳;当 CSBCW600 投加量为0.5g,反应温度为35℃,振荡频率为 150 r/min,吸附时间为4h,苯酚初始含量为100 mg/L,反应体积为50mL时,苯酚的去除率可达99.5%。

文章以玉米秸秆为研究对象,采用硼氢化钠还原法制备了黑二氧化钛(RTiO₂)光催化剂,通过不同预处理结果对比,确定选用碱光催化预处理技术。以还原糖产量和玉米秸秆主要组分为评价指标,探究不同光催化剂浓度、反应时间、H₂O₂浓度和 NaOH 浓度对秸秆预处理效果的影响。通过 FTIR, XRD 和 SEM 分析表明,与其他预处理技术相比,经过碱光催化预处理后,玉米秸秆的物理性能和微观结构发生了明显变化,木质素去除率有效提升,有利于玉米秸秆的后续酶解。

针对玻璃真空管接收体存在间隙漏光、表面换热等缺陷,文章采用内嵌星形多翼接收体的玻璃管作为复合抛物面聚光太阳能空气集热装置的光热转化部件,选用空气作为传热介质,有效缓解上述缺陷并降低装置管路对密封性的要求和低温“爆管”率。仿真计算了不同星形多翼接收体集热装置的光学性能,对比研究了星形多翼接收体翼型型态对复合拋物面聚光太阳能空气集热装置性能的影响,基于此,在实际天气条件下测试、分析內嵌星形六翼接收体和內嵌星形五翼接收体时装置的光热性能。结果表明:当入射偏角 a<7.4°,装置内嵌星形六翼接收体时的光学性能要优于内嵌星形五翼接收体时的光学性能,前者的平均光线接收率、聚光效率分别 为98.2%,76.4%,比后者分别高出 1.2%和1.1%;在晴天测试中,当空气介质流速为4.0 m/s 时,装置内嵌星形六翼接收体时的平均出口温度、最大瞬时集热量以及光热转化效率分别为37.0℃,896.45 W 和 75.31%,较其内嵌星形五翼接收体时分别提高了1.37%,2.80%和1.93%。测试结果可为复合拋物面聚光太阳能空气集热装置接收体的结构优化设计提供参考。

双面光伏组件能够同时吸收光伏面板正面和背面的光照,相比单面组件提升了发电功率。文章基于双面光伏组件提出了一种双模式功率控制策略,首先,利用修正后的等效辐照度模型构建双面组件的电特性参数模型;然后,根据双面组件功率输出特性,以辐照度为判断依据,提出了最大功率输出和降功率运行的双模式功率控制策略;最后,采用该模型对365W 晶体硅双面组件进行实验和仿真。实验结果表明,预测功率与实测功率的相对误差小于3.5%,实测条件下最大功率点电压相对误差为0.3%,双模式功率控制策略可以在不增加储能的前提下实现有功功率的实时储备,其中瞬态等效辐照度为1006 W/m²时的最大有功备用容量为69W,瞬态等效辐照度为1031 W/m²时的最大有功备用容量为78W。

为解决复杂地形下风电场微观选址问题,文章提出了一种基于改进离散状态转移算法(RCDSTA)的优化策略。首先,为解决地面平整度对风机安置的影响,引入崎岖度指数(TRI)将地面平整度进行数值量化,并对崎岖度过大的点进行约束处理;然后,提出一种基于离散状态转移算法(DSTA)的多风向下三维尾流叠加计算发电量的风机布局优化方法,并对离散状态转移算法进行改进,减少适应度值的计算时间,以缩短复杂计算优化问题的计算时长,提高计算效率;最后,以新疆某实际复杂地形风电场为例,在同一地形条件和目标函数背景下,将该算法与遗传算法(GA)和工程设计的微观选址结果进行比较。结果表明,在考虑地形因素特点的情况下,提供合理的风机布局方案,RCDSTA 比其他两种方法更有效。

为解决风电机组偏航控制参数统一设定与偏航对风动作启动滞后的问题,文章提出了一种基于风向波动特征评估与多目标粒子群算法的偏航控制参数优化方法。以一段时间内机组的发电量与偏航控制下机舱转过角度为优化目标,对不同风速区间下的偏航控制参数进行优化。基于VMDEEMDLSTMLSSVM 风况预测模型的偏航控制策略优化方法,通过对一段时间内平均风速的预测,提前设定优化后的偏航控制参数,通过风向的预测,判断并控制偏航对风动作是否提前启动。算例分析结果表明,该策略可以有效地提高风电机组的发电量,减少偏航控制下的机舱转过角度,有利于提高风电场的经济效益。

为进一步降低风力发电成本,采用15MW 及以上容量的风力机成为未来风电的主要发展趋势。为了研究土结构相互作用(Soil Structure Interaction,SSI)效应对下一代超大型海上风力机动力学响应特性的影响,文章通过对 FAST 二次开发,基于一组线性弹簧建立了单桩式 IEA 15 MW风力机的SSI模型,计算了常规发电工况以及极端停机工况下的机舱振动和支撑结构弯矩。计算结果表明:忽略SSI效应会导致发电工况下塔顶弯矩和泥面处支撑结构弯矩的预估值明显偏低,对极端停机工况下结构动力学响应影响不甚明显,考虑和忽略SSI效应时,50a一遇极端工况下的疲劳损伤相差不足3%;但在风速较低时,SSI效应的影响十分明显,在风速为8m/s的工况下,塔顶和泥面弯矩最大值的预估结果分别偏低 37.6%和20.1%;考虑SSI效应时,由于基础存在垂向运动,产生了较大的机舱振动,显著增大了支撑结构在泥面处的疲劳损伤。以上结果说明了设计超大型海上风力机时考虑SSI效应的必要性。

合理确定可再生能源配额比例、最大程度促进可再生能源消纳、尽量减少配额义务主体成本,是当前电力市场研究中亟须解决的难点。文章对比分析了适合中国的可再生能源配额目标,以市场参与主体利益最大化为目标,同时考虑电源特性、市场特征、资源特点等情况,提出了可再生能源配额比例非合作博弈双层优化模型。发电厂商位于模型上层,与其他发电厂商进行非合作博弈,基于边际成本确定最优报价,实现利润最大化。配额义务主体位于模型下层,通过调整购电方案使发电厂商优化申报电量和电价,使购电总费用最小。算例分析表明,构建的模型不仅增加了市场参与主体的利益,还促进了可再生能源消纳。

高比例新能源背景下,建立与能量市场相适应的容量市场机制可以保障电力系统充裕性。文章从机组投资决策的角度出发,研究了高比例新能源下容量能量市场耦合的机组投资决策行为,并分析容量市场机制的运行效果。文章提出了机组决策、容量市场和能量市场的三层优化投资决策模型,针对该模型难以直接求解的问题,提出了容量能量市场解耦的分阶段循环迭代求解策略。最后,基于某省网实际数据,运用所提方法对比和分析了高比例新能源接入下单一能量市场和容量能量市场耦合下的容量充裕性保障效果。

文章考虑碳排放流和阶梯式碳交易机制,提出了优化调度模型以促进配电网低碳经济运行。该模型首先考虑配电网参与碳交易市场,引入碳排放流理论得到配网内各节点的碳排放情况;然后,提出利用蒙特卡洛算法得到电动汽车的随机状态,基于熵权法得到发电设备的碳配额情况。同时构建电动汽车的碳配额模型,并结合阶梯式碳交易机制建立电动汽车、光伏、风力和火电机组的碳排放模型;最后,以最小化系统运作成本和最大化系统碳收益为双目标,使用改进的PSO优化算法对系统进行求解。设置了4种运行场景对改进的 IEEE33 节点配网系统进行算例仿真。实验结果表明,所提模型碳排放减少 539.43 t、消纳量增加 555.27 kW·h、系统碳收益增加7962.79元。

四线电压源逆变器已成为电源和负载之间的理想接口转换器。在传统有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control, FCSMPC)下,每个周期内开关管的状态变化没有规律,导致开关频率不固定,输出电能纹波较大。在传统 FCSMPC 控制下,逆变器输出的电压方向和大小固定,在整个控制轨迹内可能达不到边界,导致跟踪精度有限。文章提出了基于电容中分式四线制逆变器的在线占空比调制预测控制策略,该策略兼顾 FCSMPC 动态响应速度快和调制策略开关频率固定的优势,控制器可在较低的采样率下实现恒定开关频率和最小误差跟踪。

为促进“双碳”目标的实现,通过电力低碳化的方式对不同地区虚拟电厂中分布式新能源进行协调优化调度,提出基于灰狼优化算法的多区域虚拟电厂协调优化调度技术。首先,构建经济效益最优的运行优化模型,将不同区域虚拟电厂分布式新能源互联,联合调度风、光发电机组与碳捕集机组;其次,由于构建的模型具有求解难度大、非线性强、维度高的问题,因此利用灰狼优化算法搜索效率高、收敛速度快、优化参数少的优点,对模型进行寻优求解,与此同时,提出了一种改进灰狼优化算法,提高了算法的全局寻优能力,解决了算法后期容易出现早熟以及局部最优的问题;最后,经过仿真分析,验证了所提方法能够实现不同地区虚拟电厂优化调度,降低了其碳排放量和净成本。

为解决分布式柔性资源优化问题,文章提出了基于机会约束的跨区域电网可再生能源消纳优化模型。论述了两阶段优化模型的基本架构,分析了两阶段的求解思路。分别利用含机会约束的上层优化模型和下层经济调度模型构建两阶段优化模型,提出利用平衡约束求解算法以及强对偶理论对所提出的模型进行求解。最后利用仿真分析验证所提出模型的有效性。结论论述了可再生能源消纳比例与电网出力、负荷水平以及碳社会成本之间的关系。

针对多端口配置的交直流柔性互联系统能量管理策略的最优经济运行,文章基于光伏发电曲线、峰谷电价区间契合度、储能控制等,提出一种基于改进鹈鹕算法的多端口交直流柔性联合能量控制系统优化方法。以直流母线电压、功率控制单元容量、功率平衡为约束,构建综合考虑网损最小、经济性最优、储能充/放电状态最佳的多端口交直流柔性联合能量控制系统优化模型。基于鹈鹕优化算法求解所构建的模型,引入随机质量扰动行为提高算法的全局搜索能力,防止模型求解中陷入局部最优。经过仿真验证,文章所提方法能够实现多端口交直流柔性联合能量控制系统的最优调度。