2023年中国储能技术研究进展

本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

镉污染对滨海滩涂围垦区西兰花根际土壤细菌群落结构的影响

研究镉(Cd)污染对滩涂湿地围垦区西兰花根际土壤细菌群落结构的影响,探求有益于Cd污染农田土壤修复的耐Cd细菌菌群。采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析Cd浓度分别为0,3.5,60 mg·kg^(-1)时对台州湾滩涂湿地围垦区西兰花根际土壤细菌群落结构和多样性指数的影响。结果表明:所有样品中检测到的细菌菌群分属于35门、97纲、205目、315科、506属。低浓度Cd污染时,西兰花根际土壤细菌Chao 1指数和Shannon指数与对照相比大幅度升高,而高浓度Cd污染时,土壤细菌Chao 1指数和Shannon均大幅度下降。随着Cd污染程度的增加,西兰花根际土壤放线菌门和浮霉菌门相对丰度呈一直下降的趋势,拟杆菌门和芽单胞菌门相对丰度呈一直升高的趋势。土壤变形菌门和髌骨菌门相对丰度呈先下降后上升的趋势,而土壤酸杆菌门、棒状杆菌门、疣微菌门、硝化螺旋菌门和厚壁菌门相对丰度呈先上升后下降的趋势。变形菌门、拟杆菌门、髌骨菌门和芽单胞菌门在高浓度Cd污染下为农田土壤细菌群落的主体。土壤罗思河小杆菌属相对丰度在低浓度Cd污染时呈下降趋势,而在高浓度Cd污染时呈升高趋势,土壤鞘氨醇单胞菌属的相对丰度在低浓度Cd污染时呈上升趋势,在高浓度Cd污染时呈下降趋势。土壤罗思河小杆菌属、马赛菌属、黄杆菌属和杜擀氏菌属可以被认为是西兰花根际土壤高抗Cd污染的细菌菌属。研究结果可为滨海滩涂地西兰花重金属污染土壤微生物修复提供依据。

外源镉胁迫下葡萄根际土壤真菌群落结构及多样性特征

研究镉(Cd)污染对浙江省中部山区河谷冲积土葡萄园土壤真菌群落结构和多样性的影响,探求有利于Cd污染农田土壤修复的耐Cd真菌菌群。采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析外源Cd0、3.5、60 mg·kg^(-1)处理对葡萄根际土壤真菌群落结构和多样性指数的影响。结果表明,各Cd处理组土壤真菌隶属于11门、30纲、60目、100科、163属,Cd污染会造成葡萄根际土壤真菌多样性和群落结构发生变化。Cd浓度为3.5 mg·kg^(-1)时会导致其Chaol指数和Shannon指数上升,而Cd浓度为60 mg·kg^(-1)时会导致上述两指数大幅度下降;土壤子囊菌门和担子菌门相对丰度在Cd浓度为3.5 mg·kg^(-1)时下降,在Cd浓度为60 mg·kg^(-1)时升高;土壤接合菌门相对丰度在Cd浓度为3.5 mg·kg^(-1)时升高,在Cd浓度为60 mg·kg^(-1)时下降。在Cd浓度为60 mg·kg^(-1)条件下存在大量的未分类的子囊菌、链格孢属、亚隔孢壳属菌群,这些菌属被认为是在河谷冲积土葡萄园土壤中高抗Cd污染的真菌菌群。研究结果可为葡萄园Cd污染土壤采用微生物修复提供依据。

猕猴桃根腐病根际土壤酶活性及真菌群落组成研究

分析猕猴桃根腐病感病植株和未感病植株根际土壤真菌群落差异,可为研究猕猴桃根腐病发生机制及其调控技术提供依据。在浙江省天台县街头镇的“红阳”猕猴桃种植基地,以树龄9年的猕猴桃根腐病感病植株和未感病植株根际土壤真菌为研究对象,对菌群ITS序列进行高通量测序注释后,对比分析了真菌群落结构与多样性指数的差异,并测定分析了根际土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶的活性。结果表明,猕猴桃根腐病的发生极显著地降低了根际土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性(p<0.01)。感病植株根际土壤真菌群落丰富度指数(Chao1)显著低于未感病植株根际土壤(p<0.05)。在门分类水平上,感病植株根际土壤真菌中相对丰度降低的有担子菌门、未分类真菌和接合菌门,其差异均为极显著(p<0.01);相对丰度升高的为子囊菌门,其差异达极显著水平(p<0.01)。在属分类水平上,感病植株根际土壤真菌相对丰度增加的有赤霉菌属、丛赤壳属、镰刀菌属、假裸囊菌属和肉座菌属,其差异均达极显著水平(p<0.01);相对丰度降低的有未分类伞菌纲、枝鼻菌属、粗糙孔菌属、线虫草属、支顶孢属、粪盘菌属、木霉属和被孢霉属,其差异均达极显著水平(p<0.01)。猕猴桃感染根腐病后,根际土壤真菌在门和属水平上的菌群变化打破了原有的微生物拮抗平衡关系。

面向来华泰国华裔青年学生的中华文化推广策略研究——基于安徽师范大学泰国华裔青年学生的调查

华裔青年学生是来华留学生的重要组成部分,加强对华裔青年学生的中华文化教育,增强他们对中华文化的认同,是国际中文教育的一项重要使命。东南亚地区是世界华人的主要聚集地,泰国是东南亚地区的重要国家,华人数量众多,近些年来,来华学习的泰国华裔留学生不断增加,值得重点关注。该文以在华学习的泰国华裔青年学生为调查对象,了解他们在华学习期间接触中华文化的方式及学习中华文化的需求。在充分调查的基础上,该文进行归纳和总结,并结合教学实践,提出几点面向来华泰国华裔青年学生的中华文化推广策略。

MW级大储能量飞轮轴系结构力学及动力学研究

当前,对于高功率大储能量飞轮储能系统的仿真和实验研究还不够充分,本工作主要针对MW/100 MJ级飞轮储能样机展开。比较分析了内置式和表贴式两种结构飞轮电机转子的结构力学,比较了不同动平衡块材质对应力及形变的影响,并开展了轴系的动力学特性分析。对飞轮样机开展了实验测试,验证了系统的稳定性。数值计算结果表明,表贴式结构形式可以使电机硅钢片应力显著降低,但是通常这种结构需要在硅钢片外缠绕碳纤维加强层,以确保运行时磁钢不会因为离心力与硅钢片发生分离。动平衡块材质为不锈钢时的应力值相较于动平衡块为铝合金时提高了45%以上。对轴系进行了动力学特性分析,在工作转速下存在着1300 r/min和4200 r/min两个刚性振型,分别为平动和锥动。测试运行中,飞轮轴系在1300 r/min出现振动峰值,证明了数值仿真计算的准确性。但是数值仿真中的4200 r/min临界转速(锥动)在实际运行中并未出现明显峰值,在本工作的轴系结构中,相较于锥动,平动振型更容易被激发。

氮化硼纳米片表面修饰及其在导热涂料中的研究进展

目的研究氮化硼纳米片表面修饰对导热涂料性能的影响,以改善微电子产品的散热功能。方法从氮化硼纳米片的制备出发,介绍了共价修饰和非共价修饰氮化硼纳米片的表面处理技术,综述了氮化硼纳米片分别与环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等高分子材料制备复合导热涂料的研究进展及氮化硼纳米片用于导热涂料存在的现行问题。结果自上而下策略是氮化硼纳米片制备工艺中应用最广的策略方法,通过共价和非共价修饰氮化硼纳米片可以有效改善氮化硼纳米片与高分子材料的相容性,进而提升氮化硼纳米片与高分子材料制备的复合涂料的导热性能。结论氮化硼纳米片表面修饰在导热涂料领域具有广阔的应用前景,将为微电子产品的散热问题提供更有效的解决方案。

育训结合修德技,双师协同育巧匠——印前处理与制作岗位课程思政建设案例

本文依托国家现代学徒制试点项目,坚持“工学结合”“以学生为中心”的理念,针对思政元素无法精准融入、双导师协同育人难、课程思政评价不完善等问题,探索和实践了“育训结合修德技,双师协同育巧匠”的印前处理与制作岗位课程思政建设思路和方法。

铁轨重力储能系统关键影响因素及其与风电场的耦合研究

大规模储能技术对于可再生能源的发展及电网稳定运行具有重要意义。铁轨重力储能(rail gravity energy storage,RGES)技术可灵活调度载重机车进行储/释能,有效解决风电场大幅度功率波动问题,在长时大规模储能应用技术中前景广阔。本文开展了RGES系统关键影响因素及其与风电场耦合调度的研究,基于MATLAB软件搭建了RGES系统模型及其与风电场的耦合系统模型,研究了储/释能过程中关键参数对RGES系统的影响规律,并且以减少风电场的弃风率为目的,选取了四个季节的典型日,详细研究了耦合系统的运行特性及RGES系统的配置方案。结果表明,储/释能功率随载重质量增加而增大,随匀速阶段的上/下坡速度增加而增大;储/释能效率及系统效率随载重质量的变化极小,随上/下坡速度增大而减小;RGES系统与风电场耦合运行时,可根据功率需求灵活配置各时段的载重车辆数及上/下坡速度进行储/释能,并可在四个季节典型日的用电高峰期分别实现22 MW、16 MW、27 MW、29 MW的恒定功率并网,且风电利用率平均增长17.1%。

火-储耦合系统深度调峰综合经济性分析

火电机组耦合储热技术,可提高机组的热电解耦能力,减少深度调峰对系统安全性和经济性的影响。本工作提出了火电机组与填充床储热的耦合系统,在考虑了机组变工况、填充床储/释热过程动态时间序列基础上,通过EBSILON建立了耦合系统变工况仿真模型;分析深度调峰对耦合系统热力性和碳排放量的影响,通过汽水分离器筒体应力变化分析深调对锅炉寿命损耗的影响,通过转子寿命损耗率曲线分析深调对汽轮机寿命的影响,最终建立耦合系统调度运行经济性模型,开展综合经济性分析。结果表明:火-储耦合系统比自身变工况减小碳排放量7418 t/a(仅配置风电)~9216 t/a(仅配置光伏);深度调峰对锅炉寿命损耗的影响大于汽轮机,火-储耦合系统可提高系统运行寿命,深度调峰318次/年,相比于机组自身变工况(30%~20%额定负荷)可提高13.3%~15.3%;火-储耦合系统深度调峰收益高于火电机组自身变工况,当填充床释热量用于发电或供热时,耦合系统比自身变工况收益分别增加40万元/年、72万元/年。

压缩空气储能系统用多级离心压缩机进口导叶调节策略研究

压缩空气储能系统在储能过程中,储气装置内部压力不断升高,这要求压缩机在较大压比范围内工作。高效变工况是压缩空气储能系统中压缩机的核心要求,为实现这个设计目标需要采取合适的调节方式及其调节策略。可调进口导叶结构简单,可在工作过程中运行,并可利用伺服装置实现自动化,是目前压缩空气储能系统中压缩机最适合的调节方法之一。本文以压缩空气储能系统中某4级离心压缩机为研究对象,建立了一种适用于多级离心压缩机变工况调节的性能预测方法,采用数值模拟得出单级离心压缩机性能曲线,并编写级性能叠加程序获得整机性能曲线。利用最小二乘法将多级离心压缩机性能数据拟合为多项式函数,采用遗传算法建立了以等熵效率为优化目标,进口导叶开度为优化变量,整机出口压力或者流量为约束条件的可调进口导叶调节策略程序。

抗菌抗病毒可降解新材料的研究进展

本文分别对抗菌/抗病毒材料、生物可降解材料、抗菌抗病毒可生物降解纳米复合材料的研究现状、水平和发展趋势进行了综述,以开发具有抗菌、抗病毒、可降解新材料。并分析了抗菌抗病毒可降解新材料符合国家发展规划情况及其研发对国家经济社会发展的重大意义。目前,抗菌抗病毒可降解材料大多被用于果蔬、肉类等食品的储藏包装,若未来广泛应用于非食品领域,如消费领域、快递包材、汽车领域、医疗领域、卫生产品、电子产品、儿童玩具等,将有望取代传统石油基包装材料。

压缩空气储能系统膨胀机末级叶片特殊边界处理与失效分析

以压缩空气储能(CAES)系统中膨胀机末级叶片为研究对象,针对末级叶片的离心力工况,提出了一种高效的等效叶冠约束模型,并对比了循环对称约束模型和多叶片模型的仿真结果。同时,还开发了一种能够模拟弹塑性和失效行为的本构程序。结果表明:与其他模型相比,等效叶冠约束模型的仿真结果与全尺寸模型结果最接近,兼具精度和效率优势;所编写的本构子程序可有效模拟17-4ph钢的应力-应变响应曲线;针对所研究的叶片构型,当失效发生在叶片径向约1/4位置处时,失效区域快速扩大。

竖直波纹流道内超临界氮气流动与传热研究

本工作开展了不同质量流速[G=200~400 kg/(m^(2)·s)]、热流密度(q=200~400 kW/m^(2))和系统压力(P=5~7 MPa)对超临界氮气在竖直波纹流道内流动与传热特性影响的研究,分析了局部对流换热系数和周期平均对流换热系数分布特性,结合场协同原理和浮升力效应分析不同竖直流向之间对流换热系数差异产生的主要原因。结果表明,波纹周期内局部对流换热系数存在波动;周期平均对流换热系数能更好地反映超临界氮气在流道内的整体流动换热特性。提高质量流速可以显著增强换热,削弱流向对换热系数的影响;增加热流密度会降低流道内换热系数,强化流向对换热系数的影响;系统压力接近临界压力会提高流道内换热系数峰值,不同流向换热系数差异受系统压力影响较小;波纹流道内不同流向对流换热系数差异主要是由浮升力效应和场协同效应共同影响产生的。

风光储多能互补能源系统容量配置优化

风光储多能互补能源系统可充分利用可再生能源提高供能的经济性和环保性。本文提出了一种风光储多能互补能源系统,建立了系统的能量模型;综合考虑系统运行的经济性和环保性,提出了系统综合成本和碳排放量最低的目标;开发了改进型非支配遗传算法求解仿真模型,得到了多目标问题的帕累托最优解集,并通过逼近理想解排序法获得了系统的最优容量配置运行方案;利用线性规划软件CPLEX求解器开展了系统的运行调度优化,验证了该系统框架和优化调度模型的有效性和正确性。研究结果表明,本文所提出的风光储多能互补能源系统容量配置优化方法有效提高了可再生能源利用率,实现了经济成本和碳排放量最低,提高了系统的经济性和环保性。本文为可再生能源系统实现持续稳定可靠的供能和园区的低碳化转型提供了参考。

热处理对Ti62A钛合金显微组织及力学性能的影响

热处理是调整钛合金组织及性能的重要手段之一。对Ti62A钛合金进行了910~940℃/2 h、AC的热处理试验,对试样分别进行室温力学性能检测和金相组织观察,研究了不同热处理制度对Ti62A钛合金组织及力学性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,Ti62A合金的冲击功呈现升高趋势,冲击功由26J提高到34 J,提高比较明显,而抗拉强度变化不大,屈强差略有缩小。试样经940℃/2 h、AC热处理后,其显微组织由球状初生α相和片层状次生相组成,这种组织有利于提高材料的冲击功。因此,对Ti62A合金进行940℃/2 h、AC热处理后,合金的强度和冲击韧性可以达到良好的匹配。

压气机叶顶间隙流动与控制研究进展

压缩空气储能被视为最具发展潜力的物理储能技术,作为其核心部件,压气机的性能表现在较大程度上决定着储能系统的经济性和效率。叶顶间隙流动因其复杂的三维流动特性,对压气机内部流场结构变化存在重要作用,是影响整机性能的关键因素。文章依照叶顶结构特点分类总结了带冠、无冠轴流压气机和开式/半开式、闭式离心压气机叶顶间隙流动产生的机理,根据压气机流动特性,进一步综述国内外压气机叶顶间隙流动的研究进展,形成以下结论:对于无冠轴流压气机,非定常叶顶间隙流动与失速、叶片噪声及振动问题密切相关,需扩充研究成果以优化叶顶设计;带冠轴流压气机缺乏实验和数据支撑,流动控制手段单一,可尝试跨领域应用控制技术;离心压气机叶顶间隙流动研究仍需探索变间隙特性和周向不均匀性对流动结构的影响,并提升应对流场变化的能力。未来研究可着重于高精度数值模拟方法的应用推广、跨领域控制技术的尝试和复合结构的探索。

飞轮储能用永磁电机研究进展

高速永磁电机能够满足飞轮储能系统对电机高效率、高功率密度的需求,目前主要还存在高速、高功率带来的转子旋转强度和转子散热这两个问题,永磁体的旋转离心载荷只能由转子结构来承担、真空运行高热阻条件增加了问题的难度。本文分析了飞轮储能用永磁电机的各种分类及其结构特点,对比了多个飞轮储能永磁电机案例中的主要参数,分析了永磁电机各类电磁损耗的计算方法、损耗减低措施。总结不同飞轮永磁电机的各项损耗占比,永磁电机额定状态下电磁损耗与额定功率的比值一般不超过5%,大功率永磁电机的转子损耗与额定功率的比值往往低于0.4%。简要回顾了永磁电机的热管理研究现状。新型永磁材料、转子直接冷却和飞轮电机转子一体式结构研究是未来飞轮储能永磁电机发展的重要方向。

基于圆柱封装单元的水合盐相变储热填充床的储释特性实验研究

水合盐相变储热技术具有储热密度高、成本低等优势,在清洁供暖中具有广阔应用前景。本研究设计并搭建了以三水合乙酸钠作为储热材料,以圆柱形相变材料封装单元作为基础单元的填充床相变储热装置。通过实验研究填充床储热装置的运行特性,研究了流量和储热温度对装置的储释热用时、出口温度、热效率及储热密度的影响。实验结果表明:提高储热温度和增大流量可缩短储热用时、提升热效率和储热密度。储热装置的热效率可达94.73%,储能密度可达71.77 kW·h/m^(3)。

激波发生器几何结构对激波-气膜干涉影响的数值仿真

为探究激波-气膜干涉流动机理,采用带激波发生器的平板模拟跨声速叶栅内的流场。以激波发生器模拟入射激波,采用数值计算的方法研究当来流马赫数为1.45、吹风比为0.25、0.50和0.75时,楔形激波发生器角度和长度对超声速下平板气膜冷却流场的影响规律。结果表明:激波发生器角度影响激波强度,激波-气膜干涉会引起附面层流动分离产生分离泡,且分离泡尺度随激波强度的增强而增大;由于分离泡形成的鼓包使气流转折角增大,在5°和7°激波发生器下会形成局部正激波;激波发生器长度影响入射激波和膨胀波系之间的距离,随着激波发生器长度的增加,入射激波受膨胀波系影响减小。通过对比发现,合适的激波发生器可有效减弱流场内干扰波系的影响,从而突出激波对气膜冷却的干涉作用。