文章以桉树木屑为原料,在微波固定床反应系统中进行热解实验,研究了反应温度和碱性催化剂对热解产物产率和甲氧基芳香化合物选择性的影响。研究结果表明:400℃是桉树木屑微波热解制取甲氧基芳香化合物的最佳温度,在此温度下,生物油的产率为28.4%,甲氧基芳香化合物的含量占生物油总量的70.4%,甲氧基芳香化合物以愈创木基和紫丁香基结构为主;中强碱性催化剂 K₂CO₃和 Na₂CO₃可以同时提高生物油的产率和生物油中甲氧基芳香化合物的含量,强碱性催化剂 NaOH使甲氧基芳香化合物的含量降低;碱催化剂对生物油中甲氧基芳香化合物选择性的影响顺序为 Na₂CO₃>K₂CO₃>NaHCO₃>NaOH。在此基础上,以生物油中愈创木酚为基本结构单元,对生物油中甲氧基芳香化合物的生成和转化机制进行了解析,提出了木质类生物质转化为甲氧基芳香化合物和甲氧基芳香化合物向苯醌、苯酚、邻苯二酚转化的化学反应路径。

文章通过综合调研、实验测试和统计分析,对河南省小麦根茬资源的分布特征、燃烧特性以及能源化利用潜力进行了深入分析。研究结果显示:河南省小麦根茬理论资源量为5430.4万t,可收集资源量为3964.2万t,可折算为2391.1万t标准煤,其中驻马店、商丘、周口和南阳4市的根茬资源较为丰富,约占河南省根茬资源理论总量的1/2;对河南省不同地区的小麦根茬样品进行工业分析,得到其灰分含量为10.30%~16.30%,挥发分含量为62.78%~69.10%,固定碳含量为8.50%~14.74%,热值为17.10~18.31 MJ/kg,可能源化利用的小麦根茬资源的总热量为6.99×10¹¹ MJ。小麦根茬资源的分布情况和能源化利用潜力的初步分析可为小麦根茬资源的合理开发和利用提供重要的参考和依据。

文章首先采集含Cl, Br¯和 NO₂标准水样的近红外光谱及其对应的 COD质量浓度,然后基于间隔随机蛙跳算法确定最优近红外特征波长组合,并基于偏最小二乘回归算法建立高质量浓度无机阴离子沼液中COD 质量浓度预测模型,最后将该模型用于真实沼液的 COD 质量浓度预测。研究结果表明:标准水样中 Cl, Br¯和 NO₂预测模型对应的决定系数(R²)分别为0.98,0.99和0.99,相对分析误差(RPD)分别为8.89,8.95 和11.75;沼液中 COD 预测模型的R²分别为0.77,0.95和0.76, RPD分别为2.23,5.02和2.19。该模型可以实现对高质量浓度无机阴离子沼液的COD质量浓度近红外光谱数据的有效特征提取。

文章构建了一种截面周期性收缩的锯齿形流道,建立了具有锯齿形流道的质子交换膜燃料电池单电池三维模型,在COMSOL 软件中基于多物理场耦合与计算流体动力学(CFD)方法探究流道截面收缩的尺寸和变化周期对燃料电池性能的影响。研究结果表明:在高电流密度下,相比直流道,锯齿形流道的最大净功率提高了6.12%,氧气传输能力和冲扫液态水的能力均有所提升;对于锯齿形流道,在流量相同的条件下,适度减小截面最窄处宽度有利于提高氧气分布的均匀性、提高排水性能;适度减小流道形状变化的周期能够提高气体流速的均匀性,最窄处宽度减小到0.8mm,形状变化周期减小到10mm的锯齿形流道的净功率提高最多;继续减小最窄处宽度和截面变化周期会造成进气压力的增大,导致燃料电池系统净功率下降。

针对太阳能集热器盖板积尘会导致集热性能降低的问题,文章对颗粒沉积机理进行了分析,选择超疏水和疏水涂层用于平板集热器抑尘。为验证所选涂层抑尘的可行性及量化其抑尘效果,在乌鲁木齐市对使用超疏水涂层、疏水涂层和无涂层玻璃盖板的3组集热器进行了自然积尘实验,分析了各系统性能参数的变化。结果表明,在自然积尘情况下,超疏水涂层能有效提升平板集热器的集热性能,而疏水涂层玻璃盖板效果不如裸玻璃盖板。经过16d的自然积尘,和裸玻璃盖板集热器相比,超疏水涂层盖板集热器的透光率提升了3.6%,集热板温度提升了3.96%,集热效率提升了2.94%。从16d的整体情况来看,和裸玻璃盖板集热器相比,超疏水涂层盖板集热器的透光率提升了1.66%,集热板温度提升了4.09%,集热效率提升了2.90%。

化石燃料一直在全球能源结构中占据主要份额,其大量使用带来了严重的环境问题和不可持续性的能源消耗。为了减少化石能源所引起的CO2排放量,我国于2020年正式提出了在2060年实现“碳中和”的目标,并大力发展清洁的可再生能源。地热能作为一种清洁环保、稳定的可再生能源,其高效开发与利用对于实现“碳中和”的目标具有重大意义。目前,地热能利用形式以地源热泵为主,其中,2020年地源热泵系统利用的地热资源占全球地热资源总利用量的58.8%]。为了进一步开采中深层地热能,一些研究者提出了中深层地埋管换热器的概念,。其中,U型中深层地埋管换热器(Ubend Deep Borehole Heat Exchanger, UDBHE)具有较高的传热性能和良好的应用前景,因此受到越来越多的关注。岩土热物性会随深度而变化,并且变化较大,因此对地埋管换热器进行传热分析时不能将岩土看作均匀介质。岩土热物性会影响地埋管的传热性能,而分层岩土热物性(热导率和体积比热容)对浅层地埋管的传热性能有重要影响。现有的UDBHE 研究文献表明,岩土热导率是影响UDBHE 传热性能的重要因素[10,然而目前考虑分层岩土热物性的 UDBHE 文献较少。Bao LL和Li C分别结合某实际 UDBHE 工程,在考虑岩土分层的基础上建立了 UDBHE 的解析传热模型,并对提出的模型进行了验证[11,12]。李超考虑了岩土分层情况,基于现场试验建立了 UDBHE 的三维数值模型,并分析了 UDBHE 的取热性能[13,14]。而Zhang W K简化了 UDBHE 模型,假设岩土为均匀介质或均匀层状介质,建立了仅考虑轴向与径向传热的二维数值模型,以便于分析 UDBHE的传热过程[15,16]然而,上述 UDBHE 文献在对 UDBHE 进行传热分析时仅考虑了分层岩土热物性,并未阐明分层岩土热物性对 UDBHE 传热性能的影响,缺乏分层岩土热物性对 UDBHE影响的深入研究。因此,本文基于团队前期建立的 UDBHE 半解析传热模型,分别研究了各层岩土热物性(热导率和体积比热容)以及岩土热物性非均匀性对 UDBHE传热性能的影响,以揭示分层岩土热物性对UDBHE 传热性能的影响规律。

文章基于多孔介质模型,建立了考虑地下水渗流的双 U型地埋管换热器三维传热模型,采用数值模拟方法分析了渗流速度和管内流速对换热器温度场的影响,并对比了圆管(管截面纵横比ţ=1)与扁管(分别为0.54,0.44,0.34)的换热性能。结果表明:增大渗流速度和管内流速u均可以提高埋管换热量;当ğ减小时,进水管换热量的增幅大于出水管的换热量,垂直于渗流方向布置埋管换热量的增幅大于沿渗流方向布置的埋管换热量;减小管截面纵横比可以减小钻孔热阻并提高埋管换热量,但也会使埋管压降增大,热短路损失有所增大;当v=1.50×105 m/s,u=1.3 m/s时,与圆管相比,=0.34 的扁管换热量提高了 11.4%,钻孔热阻降低了20.52%,压降增加了24.32%。

为使风力机翼型同时具有较好的气动与结构性能,文章提出了一种翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化方法。采用HicksHenne 型函数表征翼型气动外形,利用XFOIL 计算其气动性能;通过ANSYS 建立翼型有限元模型并计算其拓扑结构性能。在此基础上,采用MATLAB 编写基于遗传算法且以升阻比最大以及结构柔顺度最小为目标的优化程序。对某1.5MW风力机叶片的5种基本翼型进行3种目标权重因子下的优化设计,结果表明,相比于初始翼型,各优化翼型的最大升阻比均有提升,且结构柔顺度均有减小,并获得了基本一致的上、下表面主梁帽分别向前缘及后缘偏移的内部结构概念设计方案。与原叶片相比,采用优化翼型的新叶片结合微小的主梁帽偏移量可令叶片的气动与结构性能得到有效提升。

对于现有的海上风机计算工具 FAST V8 无法对桩土相互作用进行合理模拟的问题,文章通过对分布式线性弹簧边界约束条件下的海上风机结构耦合运动方程进行推导,并基于该方程对 FAST V8 进行二次开发,建立了采用分布式线性弹簧基础边界条件的转子—机舱组件塔筒−基础结构−桩基础耦合数值仿真模型。在风浪联合作用下,对固定边界与分布式线性耦合弹簧边界约束模型的动力特性进行分析。分析结果表明:在风浪联合作用下,考虑分布式线性弹簧边界约束条件后,风机塔顶位移和基底倾覆力矩时程、频域响应产生明显变化;分布式弹簧地基边界约束条件对低风速影响更加明显,而固定边界约束条件模型对高风速影响更显著。

针对风电机组性能下降的问题,构建一套客观、全面、准确的风电机组发电性能动态建模方法,对于设备运行工况辨识、运维检修、并网性能评估等意义重大。文章建立了风电机组发电性能画像建模框架,基于风资源特性、出力特性和运行特性3类准则建立风电机组发电性能层次化“输入输出”指标体系;利用模糊层次聚类分析法和融合数据特征法构建多指标主、客观组合赋权方案,构建机组发电性能的绝对性能评价模型;利用数据包络分析法构建风电机组相对发电性能标尺评价模型,表征机组的运行效率;引入信息熵和时间度计算动态时序加权矩阵,实现风电机组绝对性能与相对性能的动态评价,分析其运行工况和演化趋势。某风电场风电机组运行数据案例验证了文章提出的体系的有效性和合理性。

为解决清洁能源富集地区多时间尺度电力电量失衡问题,文章提出了一种基于发电侧共建共享原则的季节性短期混合储能系统协同配置方法。首先,根据水电季节性出力特性建立了氢储能系统的跨季节时序耦合运行模型;其次,提出了日内时间尺度上氢电储能系统的耦合运行机制,以配置混合储能系统后发电侧年净收益最大为目标,建立了混合储能系统规划模型,并将非凸非线性的规划模型转换为混合整数线性规划模型;再次,考虑发电侧不同主体面临的差异性投资风险,对混合储能系统的投资成本进行了合理分摊;最后,以浙江某地区实际数据为算例进行分析。结果表明,该配置方法可以有效改善该地区季节性电量失衡和日内电力失衡问题,并保证了发电侧各主体合作共建储能系统的稳定性。

多直流微网将成为接纳分布式能源和直流负荷的有效手段。文章提出了一种适用于含多直流微网的多电压等级直流配电系统的稳定性分析方法。首先,依据互联变换器的控制方式推导得各微网子系统的等效导纳,并利用各微网单独运行时的等效开环增益判断其等效导纳是否存在右半平面极点;其次,将多电压等级直流配电系统简化为只包含中压母线的单电压等级直流系统,并利用等效阻抗比判断中压侧子系统的稳定性,当且仅当各微网的等效开环增益以及系统中压侧等效阻抗比均满足奈奎斯特判据时,系统可稳定运行;最后,基于PSCAD/EMTDC 仿真平台搭建包含两个直流微网的多电压等级直流配电系统进行验证。仿真结果表明,所提稳定性分析方法可以对含多直流微网的多电压等级直流配电系统的稳定性进行准确判定。

随着电力市场各区域间功率交换愈加频繁,电力系统稳定性也受到影响。为了解决电力市场下各区域间功率交易以及拒绝服务攻击对风能电力系统的干扰,在考虑到多区域风能电力系统模型难以建立的前提下,文章设计了基于数据驱动的负荷频率控制方法。该方法首先通过采集输入、输出数据,利用紧格式动态线性化技术对伪偏导数进行参数估计,设计出一种改进的无模型自适应控制算法;然后,引入抗饱和补偿控制算法解决控制系统因输入饱和而造成的输出不跟随问题,并理论性证明了控制算法的稳定性;最后,以三区域风电系统为例,通过 Matlab 仿真验证文章所提算法的有效性。

直流微电网中并联变换器常用下垂控制进行均流,但因线路参数不一致以及传感器采样误差,致使传统下垂控制电流分配精度较低。文章提出了一种基于交流信号注入的并联均流策略。首先,通过在变换器的输出电压上叠加一个交流电压小信号,构建交流电压的频率与变换器输出电流间的下垂特性,利用该信号产生的无功功率以及反馈机制实现变换器的精确均流;其次,引入补偿虚拟电阻,提高系统在负荷变化较大时的稳定性;然后,设计模式切换环节使得稳态时停止注入交流信号,让电能质量得以改善;最后,仿真结果表明该控制策略实现了大负载接入情况下的系统稳定,能够在无通信条件下自适应完成电流均分和改善电能质量的目标。

随着光伏、储能等清洁能源大规模接入电网,构网型控制技术在处理缺乏同步性的新能源电力系统电压稳定问题时具有明显优势。然而,如何自适应控制构网型光储逆变器参数,使得电网阻抗发生变化时电压仍然保持稳定是当前亟须解决的一个问题。基于此,文章提出一种基于瞪羚算法优化卷积神经网络的光储构网型逆变器优化控制方法。首先,搭建构网型逆变器控制模型,对输出电压稳定性进行分析;其次,基于卷积神经网络建立逆变器参数控制模型,利用瞪羚优化算法寻优能力强、搜索速度快的特点优化卷积神经网络超参数,提升模型特征学习能力,输出逆变器控制参数;最后,选取某光储发电地区进行仿真验证。仿真结果表明,所提构网型光储逆变器控制方法能够根据电网阻抗实时变化自适应优化控制参数,实现电压稳定输出,具有较强的实际工程意义。

在主动配电网(ADN)中,可再生能源的渗透率不断提高,这使得 ADN 面临更加复杂和不确定的运行场景,增加了日常运行中出现重大风险的可能性。文章提出了一种针对ADN 中分布式电源的协同配置方案,旨在提升对可再生电源出力的消纳能力。所提 ADN 源荷协同规划模型充分考虑了可再生能源的不确定性、ADN 中广泛存在的需求侧响应资源、ADN的双向潮流特性以及配电网安全运行约束。为了解决可再生能源的有效消纳与 ADN 运行经济性、安全性之间的矛盾,基于贝叶斯优化算法,文章提出了一种基于超空间指标的多目标贝叶斯优化算法(EBO)。该算法通过对多个目标函数进行概率性建模,有效地平衡了解空间的探索与单目标的最优性,且计算效率优于传统的基于启发式算法的多目标规划方法。

随着新型电力系统建设的发展,多种能源以集群、网络的形式并入配电网,使配电网呈现主动特性。充分发挥多能源之间的关联互补特性,能够在减缓配电网不确定性的同时为需求侧提供充分的电、热、气、冷、暖等需求。针对现有分布式协调控制方法仅考虑气网、热网及电力网络,而没有考虑氢能源网络,文章给出主动配电网、热网、天然气网和氢能源网的综合能源互联的分布式协调控制方法。首先,建立了以运行成本为最小的经济目标,并给出了各个网络的约束条件;其次,提出主动配电网、热网、天然气网和氢能源网采用分层控制策略,采用改进的一致性算法和粒子群优化方法进行求解对比;最后,给出某实际电网仿真算例。算例结果表明,分布式综合能源互联调度控制方法能够得到与传统方法相同的结果,并验证了所提调度控制策略的有效性。