随着可再生能源的快速发展，为应对间歇性和可变电力生产带来的挑战，电网侧能源存储解决方案的需求不断增加。卡诺电池作为多种成熟电热转换和存储技术的集成，因其可扩展性和不受地理限制的优势，正受到越来越多的关注。综述卡诺电池的基本原理、关键技术、应用前景及当前研究现状；探讨了高温卡诺电池技术的定义，以及关键设备如压缩机和膨胀机的运行特性与技术挑战；分析了基于电加热和双向循环（如布雷顿循环和朗肯循环）的卡诺电池系统的实际应用案例和技术前景，为未来研究和技术开发提供参考。

质子交换膜（proton exchange membrane，PEM）电解槽可以将绿电转化为氢能，但PEM电解槽的能量转化效率较低，电解槽出口水的能量未被充分利用。为了充分利用PEM电解制氢系统中的余热，在发电和热电联产2种运行模式下，提出了集成660 MW燃煤电站和PEM电解槽的耦合系统；使用EBSILON和MATLAB Simulink软件进行建模，并对系统进行了热力学和经济性分析。提出发电模式中，将电解槽的出口水用于加热燃煤机组的给水；在热电联产模式中，将电解槽的出口水与抽汽共同用于加热供热网络的回水；产生的氧气输送到锅炉中燃烧，进而促进炉内燃烧。结果显示：与参考燃煤电站相比，发电模式中的供电量增加了2.55 MW，供电效率提高了0.17百分点，锅炉效率提高了0.04百分点；热电联产模式中，供电量增加了5.83 MW，系统总效率提高了0.40百分点。将机组出功增加量折算到PEM制氢系统后，在发电模式下PEM制氢系统的㶲效率达到69.74%，提高了3.44百分点；在热电联产模式下PEM制氢系统的㶲效率达到75.41%，提高了9.11百分点。2种模式下的系统㶲效率分别为40.20%和40.18%。电解制氢经济性分析显示：发电和热电联产模式的年售电收入增长分别为546万元和1 246万元，净现值增长分别为6 132万元和14 014万元；独立系统中的平准化制氢成本为42.72元/kg；集成后发电和热电联产模式下的平准化制氢成本分别为42.55、40.79元/kg。

针对综合能源系统负荷复杂多变、耦合性强的特点，提出一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，VMD）、Prophet模型、长短时记忆（long- and short-term memory network，LSTM）神经网络、差分自回归移动平均（autoregressive integrated moving average，ARIMA）模型的Prophet-VAL组合预测模型，用于综合能源系统短期电负荷预测。首先，通过VMD获取不同中心频率和较为稳定的电负荷本征模态函数；接着，根据过零率值的大小将不同模态分量分成高频和低频时序分量，并使用Prophet模型将高频分量进行时序特征提取；最后，通过ARIMA预测模型对低频分量进行预测，使用LSTM神经网络模型对高频分量进行预测，将各自的预测结果进行叠加得到最终的电负荷预测结果。将所提方法应用于实际综合能源系统，实际算例分析表明，所提出的组合预测模型预测性能良好。

随着风电在电力系统渗透率的逐渐提高，电力系统惯量水平下降，调频资源不足，频率响应裕度逐渐趋于临界值，频率安全面临严峻挑战。针对高比例风电电力系统调频能力不足的问题，首先，从调控机理角度出发，构建了基于风电虚拟惯量控制的风火协同调频模型，利用风机转子动能快速响应频率波动，提高电力系统综合惯量水平；在此基础上，提出并设计了基于新型自抗扰控制方法的风火协同电力系统负荷频率控制器，提升电力系统对不确定风电功率及负荷扰动的抗扰能力，并通过设计串级扩张状态观测器，解决现有自抗扰控制方法在高频噪声抑制与快速响应性能之间的矛盾，避免频率测量噪声对风电和火电机组造成过度调控，提高风火协同调控品质；最后，采用遗传粒子群算法对所提出的负荷频率控制器参数进行优化。仿真结果表明，相比基于常规自抗扰控制及其他传统控制方法的调频策略而言，所提出的基于新型自抗扰控制方法的风火协同调频策略可有效提升频率响应特性，避免测量噪声对系统频率响应幅值、控制器动作幅值等性能的影响。

提升超临界二氧化碳（S-CO₂）锅炉调峰能力是实现S-CO₂燃煤发电机组灵活运行的关键。研究S-CO₂锅炉动态特性有助于优化锅炉运行控制。以西安热工研究院有限公司5 MW S-CO₂循环发电机组锅炉为研究对象，基于热力学和传热学原理，建立了S-CO₂锅炉动态仿真模型，并利用机组运行数据验证了模型的可靠性。基于仿真模型，开展了燃料量、工质流量、工质温度等不同边界条件阶跃扰动下S-CO₂锅炉的动态特性分析。结果表明：S-CO₂锅炉具有较大的热惯性，不同边界条件扰动下锅炉出口工质温度稳定时间不同，且随着边界条件扰动幅度增加，稳定时间变长；随着S-CO₂锅炉热负荷升高，锅炉出口工质压力下降，出口工质流量会出现瞬时增大现象。

针对光伏发电在微电网中的间歇性和不稳定性问题，利用全钒液流电池（vanadium redox batteries，VRB）和超级电容（super capacitors，SC）组成的混合储能系统平抑独立微电网中的功率波动，以提高微电网的供电可靠性。考虑到混合储能系统的容量配置问题，建立最小化混合储能系统年均成本和负荷缺电率的多目标混合储能系统容量优化模型。针对传统精英非支配解排序遗传算法（non-dominated solution sorting genetic algorithm，NSGA-II）求解多目标优化问题时局部搜索能力较差，提出一种基于改进精英保留策略的NSGA-II。该算法通过引入新的适应度函数进行排序，合理保留优秀个体，提升算法的优化效果，从而提升局部搜索能力，不断逼近Pareto实前沿，获得更优的容量配置方案。最后，通过算例验证了所提算法的合理性。

为提高全钒液流电池（VRB）系统中电池的性能和效率，根据VRB的组成及原理，建立了包括电化学、流体力学、温度、旁路电流、钒电池多堆等效损耗电路模型，并探究全钒液流电池管道系统中的泵送损耗与旁路电流对钒电池的影响。通过建立泵送损耗和泵损电流之间关系、旁路电流模型、多堆串联的钒电池等效电路模型，将各模型“化零为整”，阐述了计及动态响应的钒电池的内核机理。详细探讨了VRB建模中涉及的关键因素，包括泵送损耗、旁路电流，并分析了电池性能和效率的影响因素。研究表明，管道的长度与横截面积等参数影响着管路电阻，较长的主管与支管会减小旁路电流，但会增大泵损电流；较长和较粗的管道有利于同时减小旁路电流和泵送损耗，提高了电池的能量效率，这为厂家管路设计提供了思路。

针对发动机换热器的冷却问题，开展了超临界压力下氢气在竖直管和U形管内流动传热特性研究。采用数值方法研究了压力和质量流率对管道换热的影响，从而得到换热规律，深入讨论弯管段的换热机理，分析了无量纲力对换热的影响。结果表明：压力贴近拟临界或质量流率增大均会增加对流换热系数，产生换热强化；U形管的弯管段可有效强化换热，在θ=90°附近达到峰值；入口直管段存在浮升力作用，但当压力高于2.0 MPa时，由于密度差影响，浮升力作用在弯管段后可忽略；由二次流引起的迪恩涡是强化弯管段换热性能的主要因素，其中对入口段的影响显著弱于出口段。

海上风电场水下资产的成本在海上风电项目总成本中占比不高，但水下资产的质量对海上风电场的安全稳定运行具有重要意义。分析海上风电场内风力发电机组、海上升压站的水下钢结构和基础，以及海底电缆在工程期和运维期出现的各类质量问题，基于已实施的海上风电项目案例，对相关标准的检测要求和检测方法进行评估，针对不同质量缺陷给出了完整、有效的现场检测方案，并在实际项目上进行应用和验证，形成了行业内标准规范。这对海上风电场水下资产的质量管控和运行维护，具有重要的技术指导意义和参考价值。

针对循环流化床锅炉氮氧化物排放质量浓度变化规律复杂、自相关性强等特点，利用有关变量及其历史信息，分别建立了氮氧化物排放质量浓度的整合移动平均自回归（ARIMA）和随机森林（RF）、梯度提升树（GBDT）、极致梯度提升树（XGBoost）等集成学习在线模型，并对预测效果进行对比择优，其中以GBDT回归器为最优。为了进一步改进模型的预测效果，提出将一阶差分与GBDT回归算法相结合，建立了GBDT差分回归模型。测试表明所建立的GBDT差分回归模型比前述模型具有更好的预测性能，其预测值的均方差比单纯GBDT回归器降低了20.2%，并比参考文献采用的在线贯序极限学习机（OS-ELM）模型低46.5%。所建的在线模型还充分考虑避免仪表吹扫过程的影响，具有较强的实用性。

随着高比例可再生能源电网负荷波动问题的日益突出，提高大型燃煤机组在全工况下的快速变负荷能力已成为维护电力系统安全稳定运行的迫切需求。为此，提出了一种与高加旁路改造技术相结合的负荷快速调控策略以实现灵活性需求下的超临界机组全工况负荷快速爬坡。首先，为机组的高压回热系统增加一条高加小旁路灵活改变从汽轮机抽取的高温高压蒸汽量，以加快直流锅炉的能量供给速率；其次，充分考虑滑压运行模式下机炉可承受的主蒸汽压力、温度的上下限及变化速率，同时对输出功率与主蒸汽压力进行解耦并设计一套适应机组高爬坡速率的负荷快速调控方案；最后，在某燃煤600 MW机组上进行试验验证。研究结果表明，负荷爬坡速率3%Pe/min下机组能够实现全工况范围内的负荷快速响应，且主蒸汽压力、汽轮机总调节阀开度等参数保持平稳变化，并通过仿真验证了机组在负荷爬坡速率5%Pe/min下的负荷调节能力，充分证实了所设计负荷快速调控策略的有效性。

燃煤电站锅炉尾部饱和烟气直接排放会导致大量的低品位余热损失。构建了饱和烟气余热回收集中供暖系统，分析了燃煤电站供暖抽汽参数，验证了饱和烟气余热用于加热供热管网回水的可行性，探究了以不同目标运行时集中供暖系统的经济效益，揭示了运行参数对集中供暖系统热力性能的影响特性。结果表明：以饱和烟气余热作为吸收式热泵的低温热源，经吸收式热泵回收的烟气余热温度可提升30~40 ℃；以350 MW供热机组为例，吸收式热泵回收再利用饱和烟气余热为50.23 MW，提升供暖能力带来的经济效益明显优于增加发电量对应的经济效益，机组供热能力可提高13.4%，年度供暖收益新增1 975.20~3 442.32万元。研究结果可为燃煤电站饱和烟气余热回收再利用提供技术参考。

针对煤电机组低品位余热能质浪费问题，以某350 MW机组为研究对象，采用Ebsilon平台建模模拟研究不同的低品位余热能质深度回收方案，计算“有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC）”和“加热器”2种方案对应机组运行数据，分析能耗特性、收益特性和差异性等，得到了余热能质深度回收的机理和优化方案。结果表明：2种方案下机组能耗特性均有明显提升，“加热器”方案能耗更低；随着有机工质流量增加，ORC系统发电量逐渐增大，ORC系统热电效率先逐渐增大后趋于平缓并有下降趋势，变化范围为6.94%~7.75%，有机工质流量对ORC系统循环效率影响较小；2种方案技术经济均可行，“ORC”方案可以为电厂带来直接电能收益，“加热器”方案经济性略好。

为对电厂锅炉受热面管进行有效的修复及防腐处理，保障设备的安全运行，针对水冷壁管采用了一种冷金属过渡（cold metal transfer，CMT）熔覆工艺。设计了4种熔覆工艺路径，通过ANSYS数值模拟与搭建的CMT熔覆实验平台，验证了数值模拟数据的可靠性。根据仿真过程中拟定的工艺进行对比，结果表明：设计的CMT热源函数表征的温度场较传统电弧热源吻合度更高，且沿材料厚度方向的温度梯度变化规律与试样横截面实际形貌规律一致；在热输入相同的情况下，交叉熔覆路径平均温度均比顺序熔覆路径低30 ℃，交叉熔覆路径给基体带来的热影响更小，比顺序熔覆路径后的应力低22.0 MPa；交叉反向熔覆路径下的管道变形较顺序反向熔覆路径减小0.18 mm；综合考虑残余应力和变形量的影响，得出交叉反向熔覆路径是CMT最佳的工艺路线。

针对某型汽动静叶可调引风机叶片断裂故障开展计算分析和试验研究。通过振动试验和模态实验，获取不同转速和开度下风机振动信号以及叶片固有频率，根据相似理论绘制风机不同转速下性能曲线，求得与流量对应的转速-开度曲线，由失速线划定风机运行禁区。试验结果表明，转速一定时，随着静叶开度增大，叶片通过频率及其谐波分量幅值增大，结合模态实验发现风机在796~912 r/min转速区间运行时，叶片固有频率和叶片通过频率及其谐波分量重合，引发叶片共振。风机应避开共振转速区间运行并避免在转速禁区内运行。

近年来，随着新能源大规模开发和并网，电力系统的控制基础和运行机理发生显著变化，电力系统中出现的低频振荡事件通常采用典型调速系统模型进行过程模拟和分析。但是，典型调速系统模型未能全面反映机组调节特性，无法准确复现低频振荡过程。研究基于汽轮机调节阀门的非线性特性，结合实际调频控制逻辑，将小频差补偿模块及阀门流量模块引入典型调速系统模型，建立了低频振荡模型，并利用实际运行数据验证了模型的准确性和有效性；同时构建了低频振荡评价指标，利用层次分析法和模糊评价方法，实现了低频振荡在线辨识及分级评价；在此基础上，提出了火电机组原动机侧低频振荡分阶段抑制策略，根据不同低频振荡评价结果执行相应的抑制方案，利用低频振荡模型进行仿真验证。研究结果表明抑制策略能够有效抑制原动机侧低频振荡，提高火电机组运行安全。

随着互联网技术向工业控制领域的不断渗透，催生出了工业4.0、工业互联网等概念体系，电厂也不断向数字化、信息化方向发展，现场被控对象的智能性与复杂程度日益增加，传统分散控制系统（DCS）的控制功能逐渐显得力不从心。为提升我国智能制造的成熟度，DCS应强化自身核心的运算控制功能。对此，提出了一种基于软件定义的新型协同控制平台，采用软件定义思想对传统DCS的软硬件进行解耦，在上位机中重构了其控制与组态功能，设计、开发了双冗余计算引擎和组态配置与调试工具，并建立了保护机制来保障平台运行安全及第三方数据安全，使得平台在功能方面既继承了传统DCS的常规组态及控制功能，又能额外支持各种先进智能算法的实现；在应用方面，既能用来增强传统DCS的控制性能，又能作为独立产品为其他控制系统提供高质量的计算服务。因此，该控制平台可以广泛应用于多种过程控制场景，为平台用户提供一种可靠、高效、灵活、廉价的生产控制方案，也为未来DCS引入人工智能、大数据等计算机前沿技术提供了可选的平台基础。

海底充油电缆的安全稳定运行至关重要，但内部的十二烷基苯（DDB）绝缘油在热故障导致的局部高温下会快速热解和产气。基于反应分子动力学模拟（ReaxFF-MD）和热重-红外光谱（TG-IR）实验，对十二烷基苯绝缘油的热解和产气过程进行探究。热解模拟结果表明：十二烷基苯分子初始裂解反应主要为C—C键的断裂产生长链大分子，后逐渐热解产生小烷基自由基和烯烃分子，DDB最终会热解为侧链为·C₂H₅、·CH₃和·C₃H₇基团的短链烷基苯分子。热解过程中主要特征气体为C₂H₄、H₂、CH₄，与IR实验结果相同，特征气体生成的主要反应机理分别为：β位C—C键的断裂、加氢反应和脱氢反应；·H自由基攻击其他自由基上的H原子；甲基自由基（·CH₃）与游离的氢（·H）自由基反应。动力学结果表明TG实验与ReaxFF-MD的活化能分别为86.606 kJ/mol以及99.867 kJ/mol，相近的活化能进一步验证了仿真结果的合理性。研究结论为深入了解十二烷基苯绝缘油的裂解和产气机理提供了理论支持。