随着全球气候的不断变暖，对空气中的CO₂进行捕获利用已经成为可以减少温室气体污染的有效措施之一。CO₂储能系统不仅可以对空气中的CO₂进行储存利用，而且还可以用来消耗过量的电力以填补用电高峰期电力供应匮乏。压缩机作为CO₂储能系统中的核心设备，其性能的优劣直接影响着系统的整体性能。总结了7种不同形式的CO₂压缩机的应用范围、性能特点以及国内外的研究现状；论述了活塞式、离心式、轴流式3种压缩机在CO₂储能系统应用时可能存在的潜在问题；并给出了相应建议及改进思路。研究结果可为设计优化CO₂压缩机提供参考。

大型火电机组励磁系统进行国产化替代，要打破技术壁垒，从信息系统、控制系统和电子器件等多方面实现突破。首先，对现代励磁技术的控制与指令子系统、通信子系统、整流子系统及灭磁子系统等关键技术进行了系统地总结归纳，针对各技术所涉及的研究现状、存在问题及难点进行了分析与概述；其次，叙述了大型超临界670 MW火电机组HN-i6200励磁系统的国产化替代历程，对于火电机组励磁系统运行的特殊要求，开展针对性设计，研制高可靠性的国产直流开关，并通过试验研究攻克火电机组励磁系统的运行策略，成功研制出全国产化HN-i6200型励磁系统。现场测试与系统建模验证了全国产化励磁系统工作性能，为电力工业励磁技术的国产化提供了技术与实践参考。

在“碳达峰、碳中和”的战略目标下新能源渗透率不断增加，煤电正逐步转变为灵活调节性电源。而燃煤发电机组在灵活运行过程中将导致能效损失，同时产生额外的污染物排放，这对于发电成本带来了一定程度的影响，不利于煤电灵活性资源的进一步挖掘。为此，构建了一种燃煤机组灵活运行性能分级方法，通过计算性能指标评估燃煤机组在特定工况下的灵活性能，研究机组发电煤耗率和部分影响发电成本的大气污染物与灵活性之间的关系，估算了燃煤电厂秒级的度电成本。以某330 MW机组为例，采集秒级运行数据来评估燃煤机组灵活运行对于发电成本的影响，并构建最小二乘支持向量机（LSSVM）模型实现机组不同灵活性等级下度电成本的预测。研究结果表明，特定工况中的预测精度较于全工况度电成本预测误差能够降低50%。

为了提高太阳能腔式颗粒吸热器的热效率，设计了腔体式石英螺旋管太阳能颗粒吸热器，建立流动分析模型，并对吸热器结构参数进行对比分析，最终将腔体锥度定为5°，管道螺旋圈数定为5圈，采用石英玻璃窗口；在确定吸热器参数后，对该吸热器的传热特性进行数值模拟，探究了不同入射辐射强度和不同颗粒流量对该吸热器传热特性的影响规律。结果表明：在入射辐射强度为100 000~350 000 W/m²、颗粒流量0.001~0.051 kg/s范围内，出口端颗粒最高温度673 ℃，吸热器的最高效率为70.12%。该研究对高温太阳能颗粒吸热器的设计具有参考意义。

为满足建筑及电动汽车、氢燃料汽车多元负荷需求，构建了太阳能、地热能与天然气互补的区域综合能源系统，利用储氢罐及蓄热罐等储能设备对系统进行灵活性调节，在满足用能需求的基础上实现低碳经济运行。以住宅小区为例，考虑新能源汽车工作日与周末出行行为差异及出行频率随季节变化特点，模拟获取住宅与新能源汽车的整体负荷。以该系统一次能源节约率、二氧化碳减排率及年总成本节约率为优化目标，基于混合整数线性规划对系统进行容量配置优化，并从经济、能源、环境等方面对系统性能进行多维度评价。结果表明，优化后系统的一次能源节约率为42.95%，二氧化碳减排率为55.89%，年总成本节约率为50.82%，系统总投资收益为49.18%，本系统中电网输入电量仅占总电力负荷的16.93%。本研究为基于住宅建筑/新能源汽车耦合负荷的新型供能系统集成提供了重要理论依据，有助于进一步推动综合能源系统在建筑和交通领域的集成应用。

针对分布式新能源作为独立电源向家庭能源系统供能存在的不稳定性问题，提出了一种基于氢能的分布式家庭能源系统容量配置方法。该方法基于氢能可平抑风光波动、灵活性转化负荷需求等特性，构建了氢能耦合分布式能源的家庭终端能源系统结构，结合地区可再生资源特性，以净现总成本为目标建立了基于氢能的分布式家庭能源系统容量配置模型。以新疆地区的风光资源和典型家庭用能数据为例，仿真分析了分布式能源与氢能系统配置容量大小对系统的影响，得到了最优风光配比条件下氢能系统的最佳容量配置。由仿真结果可知：所提模型能够在实现家庭能源系统离网可靠供能的条件下有效降低系统的总成本，促进新能源消纳，为基于氢能的分布式家庭能源的设计提供了建议。

燃气轮机联合循环机组底循环动态特性对机组变负荷特性有极其重要的影响。部分回热是一种可用于改善联合循环部分负荷性能的新方法。由于回热调控对底循环的运行有重要影响，研究部分回热对底循环动态特性的影响是系统可行性评价的重要一环。采用模块化的建模方法构建了部分回热联合循环机组底循环系统的动态仿真模型，研究了底循环入口参数扰动与降负荷过程的动态特性。结果表明，建立的动态模型可准确反映底循环动态特性。对比分析仿真结果发现，面对燃气轮机排烟参数扰动，部分回热机组的动态响应与常规机组基本一致。排烟温度的扰动主要影响高压过热蒸汽和再热蒸汽，且影响幅度较大，排烟温度T₄扰动5%可使底循环功率下降16.32%，机组响应速度较慢，汽轮机功率的时间常数约400 s；排烟流量的扰动影响各级蒸汽，且影响幅度相对较小，扰动10%使底循环功率下降9.49%，机组响应速度较快，汽轮机功率的时间常数约60 s；面对回热比例扰动，机组动态响应与排烟温度扰动相似；而使用回热调节的运行策略导致联合循环变负荷量全部由底循环承担，部分回热机组负荷达到稳态所需时间较常规机组滞后1 100 s，回热调节的方式较为适合在低于51.4%的负荷区间内采用。

为了解贫燃预混燃气轮机燃烧室掺氢燃烧的性能变化及潜在风险，以西门子SGT-800型燃气轮机燃烧室为对象开展了天然气掺氢燃烧过程的数值模拟研究，考察了0、5%、10%、15%、30%（体积分数，下同）5种掺氢比例工况下燃烧室内的燃料着火、温度分布、火焰形态以及NO_x排放特性。研究表明：在当前燃烧室内开展掺氢燃烧，将导致燃料着火位置提前、温度峰值提高、火焰轴向长度变短，同时外侧值班火焰逐渐向中心混合管聚拢；在15%掺氢比例以下时燃烧室内的温度分布以及火焰形态不会发生明显变化，但在30%掺氢比例下混合管内燃料着火位置回缩严重，外侧值班火焰紧贴喷嘴出口，该工况存在回火风险；此外，燃烧室出口NO_x排放值随掺氢比提高而增大，在30%掺氢比下NO_x排放值接近国内部分地区限值，表明高NO_x排放也是制约燃气轮机高比例掺氢的因素之一。

建立了大功率燃气-蒸汽联合循环三压再热余热锅炉热力性能Python编程模型，模型计算了在变负荷条件下的余热锅炉详细热力性能，包括主蒸汽压力和流量、各换热器的换热量和换热系数、以及功率和效率，分析了烟气温度和流量对余热锅炉热力性能的影响，探讨了在机组部分负荷下环境温度、湿度和燃料加热温度如何影响余热锅炉出力。模型经过验证具有较高的仿真精度和计算效率。以某型燃气轮机联合循环机组为研究对象计算表明：当机组负荷从满负荷650 MW降低到部分负荷250 MW后，余热锅炉三压主蒸汽压力和给水流量降低，汽轮机输出功率从219.1 MW减小到了130.4 MW，而余热锅炉效率从89.3%升高到了92.1%；随三压再热余热锅炉入口烟气流量和温度升高，余热锅炉的三压主蒸汽流量都升高；随机组负荷降低，余热锅炉各换热面的换热系数和换热量减小，但是烟气与高温段换热器的换热量在总换热量中的占比升高，烟气与低温段换热器的换热量在总热量中的占比降低；当机组负荷从650 MW降低到300 MW时，在余热锅炉输出能量中，汽轮机轴功率的占比增大了1.67%，烟囱烟气热损失的占比减小了2.63%。

在局部遮阴条件下，光伏阵列的P-U特性曲线会出现多峰现象。传统的方法易陷入局部最大功率点（LMPP），而基于元启发式算法的最大功率点跟踪（MPPT）方法难以兼顾快速性和准确性。对此，设计了一种基于改进粒子群（IPSO）算法内嵌变步长扰动观察法（IP&O）的IPSO-IP&O混合算法。首先，采用IPSO对粒子的速度和位置进行更新；然后，通过IP&O对粒子进行最大功率点跟踪，并将跟踪得到的功率作为粒子的适应度值，以便于IPSO在诸多局部最大功率点中找到全局最大功率点；最后，以IPSO输出的全局最优为初始位置，再次利用IP&O进行全局最大功率点跟踪。将所提算法与IP&O、IPSO、改进粒子群算法结合扰动观察（IPSO-P&O）算法进行仿真对比，仿真结果表明：所提算法在跟踪速度和精度上表现优异，尤其是在宽电压搜索范围的情况下；并且在跟踪过程中的功率振荡更小。

光伏阵列在局部遮荫条件下，会产生多峰值的功率-电压（P-U）特性，为了迅速精准地实现最大功率点追踪以避免大量的能源损失，提出一种改进的天鹰优化算法，通过Circle混沌映射及反向学习策略合理分配初始种群位置，以缩短算法寻优时间，同时对天鹰优化算法中的短滑翔攻击进行螺旋形优化，并结合鲸鱼优化算法改善天鹰优化算法局部最优停滞以及提高收敛速度。多种智能算法对比仿真和实验结果表明，相较于粒子群算法及鲸鱼优化算法，改进天鹰优化算法在静态、动态局部遮荫情况下均能更快、更平稳精准地搜索到全局最大功率点。

为建立精确有效的热电联产机组动态模型，利用机组运行数据，提出一种基于数字孪生技术的热电联产机组建模方法。首先提取机组数据服务器内存储的历史数据，采用改进遗传模拟退火的模糊C均值方法对其进行聚类，建立历史数据聚类库；然后在机组运行期间，采集并传输实时运行数据，利用多级相似度识别策略，在历史数据聚类库内检索最接近实时运行数据的历史数据；接着基于优化的极限学习机将搜寻到的历史数据用于机组建模；最后以杭州某热电联产机组为实验对象，建立该机组的孪生模型并进行对比实验。结果表明：所建模型满足精确性要求，能够跟踪机组实时状态响应；并且可以通过灵活改变建模过程中参数的设定来进一步优化模型精度。

CO₂捕集过程的高能耗限制了减排技术的应用，开发新型高效的捕集介质是降低能耗、推广减排技术的关键。利用实验数据对离子液体[hmim][Tf₂N]的物性以及[hmim][Tf₂N]-CO₂气液相平衡进行建模，搭建了物理吸收CO₂的燃煤电厂脱碳工艺流程模型。结果显示，填料高度和吸收压力的提高对CO₂吸收有利，贫液进料温度会影响CO₂溶解度和离子液体黏度，使CO₂脱除率先上升后下降。综上，选取吸收塔填料高度为20 m、吸收压力为4.0 MPa、贫液进料温度50 ℃为最优操作条件。为了降低能耗，再生过程中采取变压方式，将高压富液减压至0.1 MPa实现CO₂分离和离子液体再生，几乎没有介质损耗。对系统的能耗分析表明，多级压缩机在系统中能耗最高，吸收压力对系统能耗和成本影响最大，4.0 MPa吸收压力下系统经济性较高。在优选条件下，CO₂捕集能耗为2.21 GJ/t，相比传统乙醇胺脱碳系统更加节能。

以平顶山煤单颗粒做燃烧材料，运用光散射法耦合热泳探针取样技术，测量了平顶山煤火焰不同高度碳烟的质量，研究了煤单颗粒燃烧过程中碳烟的生成和演变。构建了一个能够精确垂直移动的光散射测量系统，测量火焰不同高度处的光散射强度。通过热泳探针取样法获得碳烟颗粒尺寸分布，并结合Mie散射理论，计算得到火焰稳定时不同高度的碳烟颗粒质量。结果表明，随着火焰高度升高，碳烟颗粒质量中值粒径先增大后减小。当火焰稳定燃烧时，在火焰高度H=10 mm处形成大量碳烟，随着火焰高度的升高，碳烟颗粒质量在H=10~30 mm处迅速下降，在H=10~20 mm处平顶山煤火焰中的碳烟颗粒质量下降了58.62%，当H>40 mm时，碳烟颗粒质量缓慢下降。

针对风电机组存在的典型故障进行了归纳，选取某风场风电机组故障频次较高的变流系统、发电机系统、变桨系统、辅助电源系统故障数据和非故障数据进行故障诊断研究，分别采用极限学习机（ELM）、最小二乘支持向量机（SVM）、核极限学习机（KELM）和鲸鱼群优化算法（WOA）的WOA-KELM算法建立了故障诊断模型，同时采用拉普拉斯分数对模型特征变量重要程度进行排序和选取，WOA-KELM算法通过优化KELM算法的正则化参数C与核参数γσ取得了更好的诊断效果。研究表明：不同样本数量下4种算法4对非故障类型的诊断准确率均为100%；采用拉普拉斯分数对WOA-KELM算法进行特征筛选后测试样本的平均诊断准确率从88.0%提高到93.2%；WOA-KELM算法在样本数量为250~500内进行特征筛选后的诊断准确率达到最大值96.0%。这证明该模型可以有效实现风电机组的故障诊断，为现场运维人员提供指导与参考。

对用于系统边界外设备的热量进行分析，能量转换位置在GB/T 10184中的锅炉边界外，不能利用现有标准进行锅炉效率计算。将热风外用损失热量分为热风回用和热风不回用2类，基于GB/T 10184的计算框架，提出这2类热风外用损失的计算方法。以某350 MW机组锅炉作为实际算例，在相同负荷下连续进行投运热风外用和停运热风外用2个对比工况。依据实际测试数据和化验结果，利用该计算方法对实际运行工况进行对比，定量分析热风外用对锅炉效率的影响。计算结果表明：2个工况燃用煤质、飞灰、炉渣可燃物化验结果基本相当；冷风回收的工况T01热风外用损失为0.82%，冷风不回收的热风外用损失为0.13%，工况T02热风外用损失为0；工况T01、工况T02实测锅炉效率分别为93.10%、94.00%，投运热风外用系统使锅炉效率下降约0.9百分点。

针对机组四分仓空气预热器（空预器）漏风过大的问题，以某电厂1 000 MW机组的四分仓回转式空预器为研究对象，通过理论分析和数值模拟相结合，对空预器热力特性、转子热变形以及漏风等问题进行研究。数值模拟结果表明：1 000 MW机组漏风率每增加1%，空预器换热效率降低1.13%，电厂年平均多消耗3 604 t标准煤；空预器内部在轴向和周向上有较大的温度梯度，而腐蚀和沉积区域大部分分布在低温段；空预器在不同工况运行时转子热变形存在较大的差异，最大热变形都发生在二次风侧，在设置密封系统时需根据转子不同位置热变形特点做出相应调整。

蠕变损伤是火电厂管道最常见失效形式之一，对其进行剩余寿命预测是确保设备使用安全性、利用率和效益最大化的有效保障。基于实际服役超20万h 2.25Cr-lMo耐热钢蠕变持久试验数据，综合考虑工作应力与时间-温度热强参数（TTP），分析了TTP选择原则及对寿命预测精度的影响，利用Z参数法的关系曲线族表征了不同电厂管道持久性能数据的垂直分散性，建立了评估寿命预测可靠性的应力-TTP-可靠度曲线，得出不同电厂管道预测寿命与机组工作状态的关系，获得不同电厂试样在540 ℃/45.26 MPa环境下运行的蠕变剩余寿命分别为1.725 6×10⁵ h和3.378 8×10⁵ h，且预测可靠度达到99%。研究结果可为电厂设备运行可靠性提供检修建议。

为了吸纳新能源，燃煤机组需要灵活运行，而由此引起的多变工作环境会导致湿法脱硫过程产生显著的非线性和不确定性，同时脱硫过程的时延特性也会增加控制难度。为了实现脱硫过程更快速灵敏的控制，提出一种基于变频改造的脱硫控制策略，并基于该策略，通过现场试验获得动态特性模型。同时，为了良好地处理不确定性，实现控制过程中的不确定性补偿，提出一种针对时延对象的更新高斯过程模型预测控制方法，并通过参数分析与仿真试验证明了该方法的可行性。最后，通过现场实际应用，验证了所提控制策略与控制方法的有效性。

针对托盘参数对脱硫塔脱硫效率及能耗的影响展开研究，通过搭建的大型热态试验平台，研究托盘不同孔径、开孔率、开孔形式、堰板高度及不同的安装位置对脱硫效率和能耗的影响，首次提出能耗效率比作为评价脱硫塔运行经济性的指标。结果表明：在液气比较小（不大于13.6 L/m³）时，选择中等孔径、较高堰板、较小开孔率、低位布置、新形开孔的托盘脱硫塔运行经济性较好；在液气比较大（大于13.6 L/m³）时，选择中等孔径、较高堰板、较大开孔率、高位布置、新形开孔的托盘脱硫塔运行经济性较好。该结论对脱硫塔托盘设计选型具有指导意义。

磨煤机运行干扰噪声多、耦合程度高的特点加大了火电机组安全运行故障预警难度。提出了基于小波包变换（wavelet packet transform，WPT）和Transformer的故障预警方法WPT-Transformer。首先，通过自适应阈值的小波包分析方法，对信号进行降噪处理；接着，选取与故障测点相关的特征参数作为输入，建立基于自注意力机制的Transformer磨煤机预测模型；最后，利用核密度估计法分析预测偏差，确定预警阈值。以某660 MW机组中速磨煤机为研究对象，采用实际数据做验证，结果表明，所提方法预测精度高于CNN、LSTM、CNN+LSTM模型，能够对磨煤机早期故障进行预警。

某电厂ZGM133G-I型中速磨煤机长期振动引起送粉管道焊缝疲劳断裂，产生煤粉泄漏，污染环境，严重影响机组运行。通过对中速磨煤机机械振动分析和现场试验，研究了加载力、分离器转速、磨煤机出力等运行参数对磨煤机振动的影响，研究结果认为中速磨煤机振动主要有机械设备本身和运行参数设置2个方面的原因。磨煤机型号和分离器型式不是引起磨煤机振动的主要原因，但机械结构的磨损、破坏会引起磨煤机振动；运行参数中加载力的大小对中速磨煤机振动影响最大。为减小中速磨煤机振动，应根据试验结果综合考虑磨煤机出力及煤粉细度等要求，合理控制加载力、分离器转速和出力的大小。