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。

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。

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。

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。

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。

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。

随着光伏发电等新能源的快速渗透,电力系统对其参与一次调频提出了更高的要求。为了实现更全面的频率调节,文章根据相关电网规范,确定了评估频率质量的关键指标,借助同步发电机转子运动方程,分析了惯性常数和阻尼增益对频率质量的影响。基于这些分析结果,设计了一种虚拟惯性和频率阻尼的协调控制策略,旨在光伏系统具备一定功率储备下实现最佳频率支持。最后,通过仿真验证了所提出的控制策略在光伏系统参与一次调频的优势和有效性。通过虚拟惯性控制和频率阻尼控制之间相互协调,光伏系统能够以高效的方式支持电网的频率稳定性。

针对绿色能源富集的偏远地区外部供能代价大、内部绿色微电源可靠性低、柴油发电机作为后备电源成本较高等问题,文章提出了离网型储氢供能场景下基于氢储能的微能网设计。根据可再生能源富集偏远地区能源时空分布特性,提出了基于氢储能的零碳微能网构建框架,构建了绿色能源富集区建设氢能零碳微能网的资源禀赋约束及微能网运行约束,制定了能源富裕及短缺期微能网运行策略,并对云南省某村镇案例进行仿真。结果表明,文章构建的微能网运行策略能有效消除区域绿色微电源出力不稳定以及季节性短缺对供电系统可靠性的影响,减轻区域热负荷负担。研究成果可为偏远地区、海岛等绿色能源富集区域的用能改善及降碳提供参考。

在微波辅助加热方式下,分别以半焦(Char)和活性炭(AC)为催化剂,对棕榈壳(PKS)热解挥发分进行催化重整,分析了不同催化剂对产物分布的影响,同时对反应过程中可能发生的反应路径进行分析。结果表明:在Char和AC的作用下,生物油产率减小,气体产物产率增加;与Char相比,AC具有显著的促使生物油向气体转化的催化活性,同时对单环芳香化合物(尤其苯酚)的形成具有更高的选择性;当AC作为催化剂时,单环芳香化合物的相对含量为84.25%; Char和AC催化剂主要促使了脱甲氧基、脱烃基等反应的发生。

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。