文章针对竹废弃物热解及热解产物资源化利用的场景,基于生命周期评价和敏感性分析方法,建立了详细的生命周期碳排放清单和核算方法,确定了热解系统中碳排放和碳减排的主要贡献源,分析了热解系统碳减排能力对多个参数的敏感性程度。结果表明:1t竹废弃物热解的碳排放为838.684 kg,我国竹废弃物热解的年减排量为3830万t,年发电量为2.1×10¹⁰kW·h;整个系统中碳排放的主要贡献源为生物油和合成气的燃烧发电(34.8%),碳减排最主要的贡献源为竹炭还田(34.0%);热解系统的碳减排能力对竹废弃物占比、年采伐量和热解产物产量的敏感性程度较高,敏感性系数分别为1.297,1.000和0.702;竹炭还田带来的土壤碳汇效应具有巨大的减排潜力,综合产率为8.9%的竹炭可带来1300万t/a 的碳减排量。文章认为竹废弃物热解具有较强的碳减排能力,可以为合理利用竹废弃物生产可再生能源、积极应对气候变化,实现“双碳”目标提供一条新途径。

由于木质素模型化合物是由OH,OCH₃ 和苯环构成的复杂结构分子,其加氢脱氧反应有可能沿着多种反应路径进行,因此,提高目标产物选择性是该反应的主要挑战。文章对影响产物选择性的因素进行了综述。首先,讨论了木质素模型化合物加氢脱氧的反应机理和反应路径。其次,从两方面总结了影响产物选择性的因素:一方面是催化剂相关因素,包括加氢脱氧催化剂的主组分、助剂、载体和制备方法;另一方面是反应条件,包括反应温度、氢气压力、反应时间和溶剂。

文章以水稻秸秆为研究对象,采用4种浸泡溶剂(去离子水、纳米气泡水、沼液、纳米气泡水联合沼液)对水稻秸秆进行5d厌氧预处理,研究了不同浸泡预处理对挥发性脂肪酸含量、木质纤维素含量以及甲烷产率的影响。结果表明:纳米气泡水和沼液浸泡均促进了水稻秸秆的水解过程;纳米气泡水联合沼液组的处理效果最为突出,挥发性脂肪酸含量达到了6470mg/L,纤维素和半纤维素降解率分别达到了12.1%和23.7%,最大累积甲烷产率提高了19.5%。

乙酰丙酸乙酯(EL)是极具潜力的生物质燃料和添加剂,利用产量丰富的生物质生产EL有利于EL的产业化、大规模化生产。文章利用超低浓度硫酸催化纤维素制备 EL,研究了硫酸用量、反应时间、反应温度和底物浓度对 EL产率的影响,并利用响应面 BoxBehnken 模型研究各因素对 EL产率的影响。优化EL制取工艺,得到了超低浓度硫酸催化纤维素制取 EL 的最优工艺条件:硫酸用量为0.5%,反应温度为204℃,反应时间为240 min,底物浓度为29 g/L, EL实际平均产率为66.70%,与理论预测值相对误差为3.25%。利用 GCMS 分析了不同反应时间下超低浓度硫酸催化纤维素的醇解产物分布,提出了可能的反应路径。研究结果可为纤维素生物质醇解转化提供借鉴和参考。

为了解决传统太阳能蓄热式液态空气储能系统(LAESS)余热利用不完全的问题,进一步提高系统的往返效率,文章在 LAESS 系统基础上,构建了一个耦合太阳能蓄热和双有机朗肯循环的液态空气储能系统(LAESSO),并建立了耦合系统的热力学模型,分析了关键参数对系统性能的影响。结果表明:典型工况下,子系统 ORC1 和ORC2的净输出功分别为1296kW 和6 695.83 kW;新系统的往返效率可达117.63%,烟效率为38.97%,能量效率为28.88%,与参考系统相比,分别提升了12.58%,2.35%,1.21。此外,该系统还为用户提供了温度为364.15K的生活热水,实现了热电联产功效。对关键参数的敏感性分析显示,当液化压力(末级压缩机出口压力)从15 MPa 升高到18 MPa,液化温度(节流阀入口空气温度)从 93.15 K 上升到 113.15 K时,空气液化率、往返效率、㶲效率随液化压力的增大而降低,液化压力和温度的提高不利于系统性能的提升;但当排气压力从5.3 MPa升高至7.7 MPa时,往返效率、㶲效率均随之升高。研究结果可为液态空气耦合太阳能系统提供一定的理论支持。

为提升电动汽车CO₂热泵空调系统的制冷性能,文章构建了中间补气+回热器的跨临界CO2系统,通过仿真研究了气体冷却器出口温度(T)、气体冷却器压力(P)、中间补气压力(P』)、相对补气量(β)、回热器过热度(△T)对系统制冷系数(EER)、制冷量(Q｡)和压缩机排气温度(T)的影响及中间补气对回热器优化能力的提升。研究表明:存在最佳气体冷却器压力和最佳中间补气压力使得EER 达到最大值,并得到两者与气体冷却器出口温度的关系式;气体冷却器出口温度上升会使系统性能下降,中间补气量和回热器过热度的增加能提升系统性能,EER 提升了15.64%和6.07%,制冷量提升了27.88%和4.78%;回热器过热度的增加会导致压缩机排气温度上升,中间补气可降低压缩机排气温度,当限定压缩机排气温度时,中间补气可使回热器对EER 和制冷量的优化能力分别提升了203%和173.87%;相对于基础跨临界 CO₂系统,文章构建的优化系统在所研究工况内可使系统 EER 和制冷量分别提升18.38%和35.03%。

中深层地热能井下换热技术是一种环保的地热能开发利用技术,U型对接换热井为重要类型之一,取热能力和热影响半径是这一技术应用推广的关键问题。文章以西安某2500m深、水平段长200m的U型对接换热井为研究对象,基于实测地层温度和围岩热物性参数,通过原位测试及数值模拟技术,分析换热井的取热能力,探讨换热过程中围岩地层温度变化特征及范围。结果表明:目标换热井 30 a可持续取热功率达750 kW,平均换热功率为144 W/m;围岩地温衰减程度和范围随着取热功率增大而增大;换热井不同深度热影响半径不同,深部地层整体大于浅部,750 kW 取热功率下取热30a最大热影响半径超过 100 m,换热井进、出水井间存在一定程度的热干扰。

针对风机齿轮箱实际工况复杂多变及含有强噪声,传统故障诊断方法对风机齿轮箱故障诊断识别准确率较低的问题,文章提出了 MTFSwin Transformer 风机齿轮箱故障诊断模型。首先,采用马尔科夫变迁场(MTF)图形编码方法将原始一维振动时序信号转化为具有关联时间信息的二维特征图谱;然后,将特征图谱作为Swin Transformer 模型的输入,基于自注意力机制进行自动特征提取;最后,实现对不同故障类型的分类。仿真结果表明,该方法对齿轮箱故障诊断准确率达到了99.48%,证明了该方法的有效性和优越性。

文章针对凝冻积冰环境下风电机组叶片气热法防除冰技术展开现场试验,验证其防除冰效果及加热能耗。首先,分析了叶片表面结冰复杂过程并模拟计算 NACA64618翼型表面积冰分布;然后,结合2MW风电机组构建叶片主动气热法防除冰系统并实施现场示范工程;最后,开展了风电机组叶片静态除冰试验、防冰试验及防冰生产运行试验,辅助全景红外热成像检测分析叶片防除冰效果及加热能耗。试验结果表明,在冰厚为30 mm 并控制加热温度为50℃的前提下,持续加热2h后叶片表面开始融冰脱落,加热能耗功率不足50kW。可为风电机组叶片气热法防除冰的工程应用系统设计提供参考。

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片——塔筒——基础一体化有限元模型,计算了结构自振特性和基本运行载荷与附加载荷共同作用下的载荷响应。结果表明:风机叶片质量不平衡程度加深会导致基础结构的应力集中现象,加剧应力幅增加,进而影响结构的疲劳性能与寿命;结构中混凝土的受力特性受影响较大,钢筋笼次之,基础环最小。

虚拟电厂技术提升了分布式能源消纳潜力、填补了电网调度盲区。为引导用户参与电力调度,在激励型需求响应购电协议基础上,构建了包含智能家居负荷和冷热联供建筑相变储能系统的虚拟储能模型,并量化分析各类资源可调度裕度;以用户响应特性为指标,采用熵权法评估各类用户负荷的动态响应性能,设置虚拟储能参与调度的动态响应优先级;以虚拟电厂收益最大为目标,综合考虑资源购电成本、电热平衡等因素,提出了集分布式电源和智慧社区激励响应负荷的终端虚拟电厂优化调度模型,采用改进光线寻优算法对模型求解。结果验证了所提方法的有效性。

新能源场站高比例接入电网后,已有广泛应用的工频量距离保护判据存在无法准确识别电网故障的问题。文章着重从装置中保护判据与工频量提取算法入手,对比分析新能源场站高比例接入场景下不同类型距离保护算法的适应性。针对保护判据,对比分析了方向圆、多边形、比相式以及工频变化量距离保护各自的适应性,明确了能够较好适用于新能源场站高比例接入的距离保护判据。针对工频量提取算法,探究了不同类型新能源场站所提供短路电流中非周期谐波量的变化特性,进一步推导了受谐波量影响的傅里叶算法对工频量提取产生的计算误差,确定了影响工频量提取精度的关键谐波分量。

大规模风电并网增加了系统运行的不确定因素,文章利用快速可调资源平抑风电和负荷波动引发的功率不平衡,并考虑备用调用过程减少对系统潮流的影响。首先分析了风电和负荷预测误差的概率分布模型;然后,建立含 N1 网络安全机会约束和旋转备用机会约束的电力系统优化调度模型,以系统调度总成本最小为目标优化机组出力;最后,基于起作用整数变量的识别方法的Benders 分解法处理 N1 网络安全约束,提高求解效率。利用修正的IEEE30节点系统,验证了所提模型能够保障系统备用可用性、经济性和安全性,充分挖掘抽水蓄能的快速可调能力。

模块化多电平变换器的零转动惯量特性,使其无法对交流电网的频率波动提供支撑,导致交直流混合系统的整体惯性下降,影响并网系统的动态性能与稳定性。文章将改进功率—电压下垂控制与虚拟同步机技术相结合,提出一种新型功率协调控制策略。在系统直流电压稳定的情况下,对交流电网进行频率调节,同时对各变换器间的功率进行合理分配,无需通讯系统即可建立有效的能量管理体系。与传统双闭环控制进行对比试验,结果表明,所提控制策略有效解决了系统由低惯量、欠阻尼引起的动态性能与稳定性的问题。

在高风光渗透率型配电网中,受逆变器控制策略的影响,故障电流弱馈特征明显,传统工频电气量保护动作性能下降,甚至出现误拒动。文章分析了同步发电机和逆变型分布式电源的故障电流特征,获知配电网区内、外故障时两侧故障电流向量存在明显差异,进而提出利用相关系数度量向量相关性并构造动作判据,基于5G通信技术提出高风光渗透率型配电网相关性纵联保护新方案。仿真结果表明,所提保护方案能够快速、稳定地判别高风光渗透率型配电网线路短路故障,有较强的耐噪声能力,解决了 5G时延波动对纵联保护的影响。

采用分布式储能技术可以改变能量的时空分布,提高配电网消纳分布式能源的灵活性。传统储能模式下储能成本过高、储能资源利用率低,而云储能是一种能够响应分布式储能需求的新型商业模式。文章考虑负荷、可再生能源出力、分时电价以及虚拟储能价格等影响用户虚拟储能需求的因素,建立了云储能模式下分布式用户虚拟储能需求配置优化模型。为验证该模型的有效性,选取社区内14个典型用户为分析对象。算例分析表明,与传统储能模式相比,云储能模式下用户的虚拟储能容量及功率需求分别降低了18.2%和7.1%,年化成本降低了4.12%,储能资源利用率提升了 8.12%。因此,云储能模式具有很好的应用前景。

针对现有的电网输电线路融冰方案决策过程耗时长、存在运行安稳风险而导致电网应对严重冰灾决策能力不足的问题,文章提出了安稳风险动态约束下综合能源支撑的输电线路融冰优化策略。首先,根据气象数据建立覆冰增长模型,分析输电线路覆冰增长与线路故障的对应关系,建立线路停运概率模型,并量化线路停运的损失程度;其次,分析基于综合能源改变线路潮流以减缓线路覆冰增长机理,并考虑综合能源配电线路融冰风险约束,建立基于综合能源的线路融冰模型,在此基础上,提出了安稳风险动态约束下综合能源支撑的输电线路融冰优化方法,基于拉格朗日松弛方法进行迭代求解。采用IEEE RTS79 进行融冰算例仿真,研究结果表明,基于该策略可以提高输电线路融冰方案决策效率,并保证电网的安全稳定运行。