柠檬酸是目前世界上产量最大的生物质有机酸之一,应用十分广泛。文章以还原铁粉为铁源,柠檬酸为多齿络合剂和碳源,采用氨水强化柠檬酸络合溶解能力的策略,使其能较快溶解铁粉形成均相的溶胶凝胶络合物,再经过原位炭化直接获得碳包覆核壳型铁基费托催化剂。在催化剂的费托合成反应性能测试中,使用柠檬酸直接溶解铁粉制备得到的催化剂表现出了优异的催化活性和稳定性,CO转化率达到99.2%,C5+烃类选择性为53%,经过168h的稳定性测试后,CO转化率仍稳定保持在97.3%以上。柠檬酸络合法可以避免硝酸铁等铁盐的使用,以及铁盐还原过程中易爆和有害气体的产生,具有更加绿色安全的特点,该合成方法为催化剂的绿色安全生产提供了一种新思路。

中国浅海风电开发潜力达17.3亿kW,深海风电开发潜力达18.3亿kW,是亚洲海上风电开发潜力最大的国家。随着漂浮式风机技术的不断突破,海上风电正逐步向深、远海推进,开发与外送成本将快速下降。经测算,2030年漂浮式风电的平准化度电成本将下降到0.28¥/(kW·h),2050年下降到0.14¥/(kW·h)。采用柔性直流输电对漂浮式风电进行外送,到2050年,离岸100,150km和200km的输电成本在基本情景下的测算结果分别为0.050,0.059¥/(kW·h)和0.068¥/(kW·h),在技术快速进步情景下的测算结果分别为0.033,0.040¥/(kW·h)和0.046¥/(kW·h)。

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。

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。

文章建立了基于圆柱形换热结构的金属氢化物储氢反应器的多物理场耦合模型,研究了圆柱形换热结构的几何形状和位置对储氢反应器吸氢性能的影响规律并构建了数学模型,优化得出了换热结构的最佳位置,还探讨了吸氢过程中合金床层的热质传递特性及其内在作用机制,并基于床层之间温差区域的面积分析了多床层热量传递的均匀性。研究结果表明:当内嵌换热环处于合金床层的0.62R位置时,储氢反应器达到90%储氢量的吸氢时间最短,比中心换热管结构和外部换热套结构分别减少了76.3%和60.7%;不同形式的换热结构会导致合金床层的热质传递特性产生差异,进而改变床层反应界面面积和移动速度,最终影响反应器的吸氢性能;当反应器内存在多个独立反应床层时,不同床层之间的温差区域面积越小,则床层之间的热量传递越均匀,换热结构的能效越高。

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。

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。

文章以 GE 9HA.02 型燃气蒸汽联合循环机组为研究对象,提出了以气氢长管拖车作为主要输氢方式,并预留管道来气接口的燃机电站氢气天然气掺混集成系统设计方案,通过氢气压缩机旁路系统的配置,对长管拖车内储存的残余氢气进行充分利用,提高了长管拖车储氢利用率。同时,还对9H级燃机电站加掺氢气进行了经济性分析,电价和天然气价格对于内部收益率的影响较敏感,当氢气价格不超过 38.5元/kg时,能够满足收益率要求。随着可再生能源制氢技术发展带动制氢成本的进一步下降,氢气天然气掺混集成系统的推广应用将越来越具有竞争力。

质子交换膜电解水制氢技术在制氢领域有着广阔的发展前景,为深入研究该技术,文章使用商业软件Comsol Multiphysics 建立了一个考虑膜内水分输运的三维、两相、非等温全耦合质子交换膜电解槽模型,以精确地描述质子交换膜电解槽在实际运行中的传输反应过程,并分析梯形和矩形流道结构下质子交换膜电解槽性能的差异。研究结果表明:梯形流道结构的电解槽性能优于矩形流道,在2.4V的工作电压下,性能提升了5.5%;相较于矩形流道,梯形流道具有更出色的水/气传输性能,在2.4V 的工作电压下,梯形流道阳极催化层内的水饱和度比矩形流道提高了7.92%,氧气浓度降低了10.36%,膜內含水量提高了1.22%,膜电导率提高了1.75%,但两种流道膜内温度的差异并不显著。

文章模拟了 CO₂ 与绿氢合成甲醇的过程,提出了CO₂储能密度指标,研究了多个参数对甲醇储能性能的影响。研究结果表明:系统能效和甲醇能量产率随着电解水效率、单程 CO₂转化率、电解水压力和 CO₂ 初始压力的升高而升高,随着甲醇合成压力的升高而降低;CO₂ 储能密度随以上参数的变化趋势与系统能效和甲醇能量产率相反;电解水效率和单程 CO₂转化率是敏感关键的参数;在最优组合工况下,基于甲醇高位和低位热值的系统能效分别为68.0%和59.6%,CO₂ 储能密度为6.07 kW·h/kg,能量产率为0.108 kg/(kW·h),表明以CO2为原料的电制甲醇的系统能效不够理想,但储能密度优势显著。