高性能超临界二氧化碳（S-CO₂）换热器是实现S-CO₂布雷顿循环系统高效紧凑化的关键核心设备，S-CO₂在光滑通道内换热系数较低，寻求高换热性能与低阻换热结构是发展高效紧凑式换热器的关键。采用五轴电火花成型技术制造出直肋管，通过实验方法研究了S-CO₂在四头直肋管内传热规律，系统分析了流动参数对直肋管强化传热特性影响，定量评估了直肋管与光管换热能力的差异；采用数值模拟方法研究了直肋管结构参数对强化传热和阻力特性的影响规律，获得最优的直肋管结构。结果表明：增加压力和质量流速可以降低壁面温度，提高对流换热系数，直肋管的平均换热能力是圆形光管的1.96倍左右；相较于圆形光管，直肋管可以有效延迟传热恶化发生，且使传热恶化延迟能力提升0.3~1.8倍；当固定肋宽0.5 mm，肋高2.5 mm，直肋管的综合换热能力最好，综合换热因子为1.58；而固定肋高为0.5 mm，高宽比0.33，直肋管的综合换热能力最好，综合换热因子为1.22。

自循环机匣处理能够显著提升超临界二氧化碳离心叶轮小流量区域的气动性能，但对大流量工况附近的性能提升不明显。为此，考虑自循环机匣与叶轮关键参数的耦合效应，对机匣几何和叶轮叶片掠角实施耦合优化，实现了叶轮性能的全面提升。耦合优化后叶轮在大流量工况、设计工况及小流量工况下的效率分别提升了3.51%、2.60%、4.43%。耦合优化的扩稳增效机理为：在大流量工况下改善了叶片前缘进口攻角，减小了叶轮内部亚临界区，抑制了冷凝的同时改善了叶轮内部流通能力；设计工况下机匣的抽吸量增大，叶顶附近更多低能流体被移除，改善了叶轮下游流场结构；小流量工况下显著减小了叶轮内部堵塞面积，叶轮流动稳定性增强，同时改善了机匣回流造成的掺混损失，叶轮效率提升。

为研究类菱形肋片流道印刷电路板换热器热工水力特性，采用数值模拟方法，以冷侧超临界二氧化碳（S-CO₂）和热侧气态CO₂为工质，分析了冷侧进口温度313.15~353.15 K，热侧进口温度553.15~593.15 K，冷热侧热工水力特性的变化，比较了NACA0030翼型肋片流道和类菱形肋片流道的综合性能。结果表明：S-CO₂入口温度增大40.0 K，总换热量减小23.91%，冷、热侧压降分别增大29.95%、11.14%；气态CO₂温度增大40.0 K，总换热量增大16.40%，冷、热侧压降分别增大9.42%、7.43%，S-CO₂入口温度变化对热工水力特性的影响更明显；类菱形肋片流道印刷电路板换热器有着更小的流动阻力和较好的综合性能。该研究结果对间断型印刷电路板换热器设计有一定的参考意义。

二氧化碳（CO₂）布雷顿循环系统有着紧凑、高效、灵活的特点在第三代光热系统和第四代核电系统中具有良好的应用前景，而CO₂传热恶化现象影响着机组的安全运行。为研究竖直上升管内CO₂的传热恶化现象，在实验室建立了CO₂传热特性系统，对比了亚临界与超临界状态下CO₂传热特性，获得了热工参数对CO₂传热恶化的影响规律，并建立了CO₂临界热流密度预测关联，预测值与实验值吻合良好，误差在±30%以内。研究结果表明：亚临界压力下，CO₂发生传热恶化时壁温峰值更高；远离临界压力，增加质量流量均有利于抑制传热恶化的发生。

对超临界二氧化碳（S-CO₂）在螺旋管内的对流换热性能进行模拟和试验研究。探讨了热流密度q、质量流量G、节距P、管内径d、螺旋半径R等流动、结构特性对流动传热的影响，并对各结构特性灵敏度做了量化分析；搭建了闭式循环的S-CO₂测试平台，对螺旋管内S-CO₂对流换热性能进行了试验研究，并基于试验工况数据验证了数值模拟的准确性；对数据进行处理，拟合出了S-CO₂的传热关联式。该研究为S-CO₂螺旋管式换热器的热力设计方法奠定了基础，并在核电及光热发电领域具有一定的工程应用价值。

为提高现有超临界二氧化碳（S-CO₂）动压型干气密封的气膜刚度和降低因密封进气管路上设置加热器而增加的额外功耗，提出一种基于静环背部环体加热的S-CO₂动静压型干气密封新结构。基于共轭热传递模型，采用商用软件Fluent求解密封压力场和温度场，对比分析了S-CO₂动压型、静压型和动静压型干气密封的稳态性能和流场分布，探讨了不同加热模式和热源温度下S-CO₂动静压型干气密封的流动传热特性和功率消耗。结果表明：在给定参数下，相较于动压型干气密封，动静压型干气密封的气膜刚度增加到2倍以上，不过泄漏率也增加了35%；相较于直接气体加热模式，环体加热模式下的加热功耗降低44%，密封运行经济性更好。这为S-CO₂发电系统压缩机端干气密封的结构设计和辅助系统改进提供了新的思路。

针对某型超临界二氧化碳（S-CO₂）轴流透平，结合不同工况试验测试结果进行了带粗糙度的仿真与测试的对比分析，重点讨论了壁面粗糙度对机组性能的影响。研究结果表明：采用的壁面粗糙度数值计算方法能够较为准确地评估透平不同负荷工况性能；与测试结果相比，效率误差最大为1.82百分点；壁面粗糙度使得透平整体性能下降，对于本透平开机升功率过程中5个工况，在Ra1.6粗糙度等级下效率最大下降2.8百分点，且涡轮级粗糙度对透平性能影响更加明显；壁面粗糙程度越严重，涡轮级效率下降越大；在非设计工况，粗糙度达到Ra6.3等级时效率最大下降11.6百分点，壁面粗糙度加剧了动叶压力面的流动分离，造成了较大的摩擦损失，严重影响透平性能。研究成果为后续S-CO₂透平设计与性能研究提供了技术支撑和依据。

超临界二氧化碳（S-CO₂）循环具有透平尺寸小、压缩机功耗小、循环效率高等诸多优势。为了探究S-CO₂循环耦合燃气轮机发电系统后发电效率最高的循环配置，提出了4种循环布局；并通过遗传算法以循环效率最高为优化目标，对循环系统的主要参数进行优化；对该方案进行动态系统分析，以底部循环输入热负荷为扰动变量，探究从满负荷分别阶跃降低到90%负荷、80%负荷和70%负荷后系统的动态响应情况。结果表明：4种方案中燃气轮机/两透平S-CO₂联合循环系统循环效率最高，为44.87%；烟气换热器附近参数响应时间比较快，而由于热惯性的影响在工质流程中离烟气换热器越远响应时间越长；且在同一位置，压力的响应时间略长于温度的响应时间，高温透平附近参数的下降幅度大于低温透平。

大量的废热损失和在中低热源应用下的低效率是影响超临界二氧化碳（supercritical carbon dioxide，S-CO₂）布雷顿循环在可再生能源应用的重大挑战。为实现能量的高效利用，提出并分析了一种具有较好热源适应性的布雷顿联合循环系统。该系统通过集成预冷-锅炉耦合模块和吸收式发电/制冷耦合模块代替常规预冷器，可以完全回收预冷器的余热，通过多种工作模式，保证系统性能不受环境温度和季节变化的影响。研究结果表明：透平2入口温度、余热回热器1出口过热度和热端温差对系统分流比、能量输出和模块间耦合关系有显著影响；此外，由于不可逆性的改善和㶲损失的减少，中间换热器、透平1和发生器（含精馏塔）的㶲损失分别占比56.1%、6.9%和5.2%；优化后的热效率、㶲效率、产品㶲流成本和净输出功分别达到84.2%、74.1%、9.48美元/GJ和397.4 MW。

随着电力系统向低碳化转型，新能源装机容量占比逐年增长。可再生能源发电具有间歇性的特点，主要发电时段和高峰用电时段错位，存在供需不平衡，电力电量平衡对灵活性的要求加剧。长时储能电站成为破解问题的有效有段。针对长时储能技术发展概况，首先分析抽水蓄能、压缩空气、锂离子电池、液流电池、熔盐储热、氢储能的技术特性、优势及目前瓶颈，统计以上储能技术的典型应用工程；然后从电源侧、电网侧和用户侧分析了储能的典型场景应用，阐述了多种储能技术在能量转移、辅助服务、黑启动、平滑新能源出力等多场景下的应用对比；总结分析了化学储能示范工程、储热示范工程、机械储能示范工程的技术参数、系统接线、能量管理等问题；最后对未来储能电站技术进行了展望。

在“双碳”目标的推动下，燃气轮机掺氢及纯氢燃烧技术备受关注，通过可再生能源制取“绿氢”并用于电力生产是未来能源领域的发展方向。而氢气来源的波动势必会引起氢混燃气轮机燃料掺氢比例的变化，为此研究了掺氢比例波动时燃气轮机的动态响应特性。以某F级重型燃气轮机为研究对象，采用模块化建模方法构建了机组的动态模型，对掺氢比例波动时不同负荷下机组关键参数的响应特性及部件运行的安全性进行了仿真分析。结果表明：当氢气掺混比发生波动时，透平入口温度（T₃）将出现剧烈波动，在高负荷区将出现T₃超温现象，叶片工作环境恶化，影响机组安全运行；氢气掺混比例波动幅度越大，机组负荷越高，T₃超温现象越显著；而氢气掺混比例波动对压气机的影响相对较小，压气机仍能维持合理的喘振裕度。

基于光伏发电、锂电池-超级电容混合储能、电解水制氢和燃氢微型燃气轮机耦合的直流微电网系统，提出了一种综合考虑锂电池荷电状态（SOC）和储氢罐氢状态（LOH）的功率分配策略。构建了光伏-制氢-微型燃气轮机直流微电网系统模型；设计了协调控制层功率判断模块的分配逻辑，给出了直流网内存在剩余功率时的3种运行模式。使用MATLAB/ SIMULINK软件对该功率分配策略进行仿真验证，结果表明，基于氢储能的直流微电网系统功率分配策略能够使得锂电池荷电状态逐渐趋于合理存储区间，可以提升锂电池的使用寿命。

新能源制氢系统的优化调度、经济性与制氢效率密切相关，针对现有新能源制氢系统制氢效率低的问题，提出一种基于粒子群算法的新能源制氢系统控制策略。首先，基于质子交换膜电解槽模型，分析电解槽工作特点与制氢效率的关系，提出一种基于粒子群算法的制氢系统运行控制策略，提高制氢效率；然后，建立了考虑系统制氢效率的新能源制氢系统优化调度模型，并采用粒子群算法求解最佳制氢功率；最后通过电网实际运行数据的仿真分析，证明所提出制氢系统控制策略相较于传统的启停控制策略能够有效提高系统制氢量，提高系统收益。这为制氢系统在电网中的大规模应用提供了理论依据。

针对功率预测模型受光伏功率波动性影响导致预测精度低的问题，提出一种基于相似日聚类的光伏功率预测组合模型。首先，采取k-means聚类算法将原始功率数据按不同天气类型划分为晴天、雨天和多云3种相似日样本集，并利用变分模态分解（VMD）对相似日样本进行分解；其次，采用卷积神经网络优化支持向量机（CNN-SVM）和双向长短时记忆（BiLSTM）神经网络2个单模型分别对分解后的功率数据进行预测叠加并将预测结果进行加权组合，利用网格搜索（GS）算法寻找最优组合权重，提升组合预测模型性能；最后，以澳大利亚某光伏电站1年实测数据为例，验证所提出光伏功率预测模型的有效性。实验结果表明：无论何种天气类型，所提出模型均能很好地对光伏功率实现预测，具有较强的适应性。

对大型风力发电机转子设备静止和旋转状态下的动力学特性进行了实验分析。研究主要基于实验模态分析和工作变形分析，采用LMS.TESTLAB系统及无线数采系统，首先测试各响应点锤击激励下振动信号，信号经频响函数计算、曲线拟合后得到其各阶模态参数；然后进行全转速振动测量，并根据实验结果选取共振运行工况，进行工作变形测试分析；最终实现转子静态及旋转状态数据收集、模态参数提取和分析。分析结果表明：发电机转子在旋转过程中，发生共振的频率与实验模态频率存在偏差，转子整体刚度减小；且在旋转电磁力作用下，振型由静止状态时的驻波形式变为行波形式。该研究结果对于转子动力学评估、仿真模型修正及参数输入以及转子结构优化设计具有借鉴参考意义。

制造了一台直通道及半圆形截面的印刷电路板式换热器（PCHE）样机并进行了不同流量下的水-水过渡区下的传热与流动实验。采用经典宏观圆管传热与流动关联式获得的计算结果与实验结果有明显偏差，具体为实验f因子更大，总体传热系数随雷诺数的变化更复杂。因此，对相应应用范围内PCHE过渡区液体流动的传热与流动关联式进行了校准。为了获得传热关联式，利用数值模拟获得PCHE过渡区单侧平均表面传热系数。结果表明，基于平均表面传热系数获得的总体传热系数与实验值平均偏差为8.5%，最大偏差为17.2%，但基于平均表面传热系数获得的总体传热系数预测模型与实验结果的偏差在10%以内，说明通过数值模拟获得PCHE过渡区单侧平均表面传热系数是一种可行的思路。

针对目前电厂实际选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统运行中存在的出口NO_x质量浓度分布不均以及氨逃逸超标等问题，进行了数值模拟分析并基于此提出了一种氨氮双控的喷氨优化新方法。以某660 MW机组SCR烟气脱硝系统为例，建立可视化流场和脱硝反应数值模型，分析比较了不同氨氮摩尔比条件下出口各分区NO_x质量浓度、氨逃逸体积分数以及脱硝效率的变化规律。结果表明：分区脱硝效率、出口NO_x质量浓度和氨逃逸体积分数与氨氮比之间的关系均呈由一拐点分隔的两段线性的变化规律，拐点出现在氨氮摩尔比为1.15左右。据此，提出了基于分段拟合函数与优化矩阵方程相结合的氨氮双控喷氨优化新方法，分别预测了该660 MW机组使用5分区和42喷嘴进行喷氨调节优化，优化后的总喷氨量相对均匀喷氨工况最多下降7.2%，同时出口NO_x质量浓度和氨逃逸体积分数的相对标准偏差分别下降至9.4%和4.2%，出口均匀性显著提高，不存在局部超标现象。

燃煤机组选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统运行过程中，烟气中的硫酸氢铵（ABS）易造成空气预热器（空预器）冷端灰垢板结，增加了吹扫清灰难度。为此，实验制备ABS预混灰样压片并在不同温度下加热，设计新型检测方法比较样品抗压强度的变化，探索ABS对灰垢机械强度的影响规律。结果显示：1）ABS预混灰样在147~220 ℃加热板结过程中发生了物理团聚和化学反应，抗压强度最大提高了约95.50%，其中物理团聚起主导作用，影响程度约占88%~89%，化学反应的影响约占10%~12%；2）ABS板结灰样在220~300 ℃加热下，气化析出率最高达到96.43%，灰样由板结状态转为疏松，抗压强度由空白样品的195.50%降低到110.17%。证明通过高温加热降低堵塞物中ABS含量是可行的，为改进吹扫清灰创造了条件。

生产数据的查询统计功能始终是各生产管理业务分析决策的基础，多年信息化建设及其应用效果显示，数据查询的模式、功能和性能仍不能满足实际需求。基于此，提出并开发了基于监控画面软件的数据查询统计组件，通过对组件的数据链路架构的设计、数据读取和统计机制的优化、数据资源的共享和备份等方面的开发和思考，实现了对生产实时数据的个性化管理、轻量级分析、灵活性读取的良好效果。所开发的画面标签组件和数据链路模式经过测试和实际应用表明，基于画面的数据查询统计功能与数据库实现了松耦合，支持C/S和B/S 2种部署模式和国产化替代需求，支持集成多数据源和多层级机构下的画面数据统一查询。其数据查询效率和趋势查询效率达到或接近数据库原生管理工具的水平，优于常规监控信息系统（supervisory information system，SIS）网站的查询效率。最后，提出了监控画面标签组件功能与SIS数据查询、报表系统的整合共享机制，有助于降低数据使用的重复工作成本。

含有不稳定零点的非最小相位对象在电力生产过程中广泛存在，由于存在非最小相位特性，要求控制系统在确保输出跟踪的同时还要兼顾内部稳定性，在克服系统负调的同时，要尽量提高其响应速度，普通的PID控制难以满足工程应用的需要。基于此，首先，提出了一种非最小相位对象工程控制及其整定方法，设计鲁棒PID控制器实现系统无差控制，提高系统稳定性，同时克服系统负调；然后，设计二阶滤波器，并引入系统位置误差、速度误差、加速度误差信息，以提高系统的响应速度，改善系统动态性能。该方法原理简单，整定方便，易于在DCS中组态实现，且对模型不确定性有较强的鲁棒性，具有较好工程应用价值。

大型工业炉窑燃烧监测可简化为封闭空腔体系内的辐射换热问题，精确定量其边界辐射特性是开展后续辐射逆问题研究的基础，而这需要解决壁面辐射与空间辐射相互耦合的难题。通过引入基于蒙特卡洛的DRESOR法来精确求解封闭空腔内部辐射传热方程，解耦了计算边界处检测能量中分别来自空间辐射和壁面辐射的份额，并比较了温度分布和辐射物性参数对壁面辐射贡献份额的影响，最后实验验证了利用边界检测辐射信息反演壁面温度的可行性。本研究将为探索工业炉窑壁面热物理量场检测方法提供参考。

针对燃气轮机发电机组频繁长期停机备用期间，余热锅炉省煤器鳍片管08Al碳钢表面腐蚀严重的问题，通过挂片法和电阻探针法，研究08Al碳钢在临界湿度以上环境下的宏观腐蚀现象及腐蚀速率。结果表明：在恒定的20 ℃及相对湿度70%环境下，08Al碳钢在前5天的腐蚀速率最快，腐蚀深度达到了0.85 μm，占整个过程总变化量的47.7%；腐蚀现象变化最为明显的过程，包括质量及表面腐蚀面积比例的变化，发生在约第19~25天；随着相对湿度从临界湿度70%逐渐增加（环境温度20 ℃），08Al碳钢的各项腐蚀评价指标均呈线性上升趋势。根据研究结果制定的燃气轮机发电机组长期停机备用下的充氮保养策略，可有效缓解余热锅炉省煤器鳍片管的腐蚀状况。

提出了一种基于双水膜脱气法和电再生离子交换技术相结合的水汽脱气氢电导率多参数协同监测系统及方法，可快速测量电导率、氢电导率、脱气氢电导率和pH值等多项关键水质指标，对水质做出综合评判，指导停机启动及正常运行水工况调整，对保障水汽品质及热力设备腐蚀、积盐、结垢的防控具有重要意义。其中，脱气氢电导率测量采用双水膜脱气技术，可高效脱除水中CO₂，在此基础上提出标准溶液校准脱气氢电导率测量值的方法，可有效评判测量值的准确性。该方法用于典型的燃气联合循环机组、供热机组的现场监督，结果表明其测量准确性高，可快速综合评估水汽品质，能辅助解决现场出现的各类技术问题，具有很强的推广应用价值。