水基炭黑-胶原蛋白纳米流体制备及稳定性实验

纳米流体由于其优异的光热转换性能,已成为新型太阳能集热介质的研究重点;但因其稳定性差、制备工艺复杂,未能在实际应用中得到推广。本文以去离子水为基液,通过两步法制备炭黑-胶原蛋白纳米流体。探究了材料添加顺序、胶原蛋白种类、超声时间、材料配比以及溶液pH等对纳米流体稳定性的影响。结果表明,制备水基炭黑-胶原蛋白纳米流体时,先分散炭黑再加入胶原蛋白可以提高其稳定性;猪皮胶原蛋白更适用于炭黑-胶原蛋白纳米流体的制备;超声45min,炭黑胶原蛋白质量配比为1/20,悬浮液pH在6.5~7.5之间制备得到的纳米流体稳定性较好。本研究有助于今后水基炭黑-胶原蛋白纳米流体产业化应用于太阳能光热转换领域。

计及AA-CAES与PTC集成的综合能源系统运行优化与性能分析

为进一步发挥综合能源系统的多能互补优势,提出一种计及先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)与槽式太阳能集热器(PTC)集成的综合能源系统(IES-PTC-CAES)优化运行策略。首先,对AA-CAES、PTC以及系统中其他设备进行分析并建立相应模型;进而以经济性、环保性和能效性为优化目标,以设备运行的关键参数为优化变量,基于分时电价建立了协同优化策略,并通过K-means算法将模拟出的典型年负荷聚类为典型日负荷;最终,使用并行式的遗传算法对系统进行寻优,得到不同目标下IES-PTC-CAES的最优运行策略。结果表明:与参考系统相比,IES-PTC-CAES系统经济目标下总成本降低了14.61万元,环保目标下二氧化碳排放量减少了6194.38 kg。

计及气象因素与分时电价影响的综合能源系统负荷调控策略研究

用能高峰时段,综合能源系统多元负荷受气象因素影响,使其用能需求量短时持续上升,导致供需矛盾加剧;同时,综合能源系统多能耦合转换与蓄放单元的电驱动特点(如冰蓄冷空调、电制冷制冰)致使其用能成本受分时电价影响进一步增加。以供冷季用能高峰时段综合能源系统冷-电供需调控为研究对象,提出一种包含冷负荷需求自身调节与供冷功率主动控制的两阶段递进式调控策略,旨在实现多能供需平衡空间的拓展与用能成本的降低。基于模糊C均值聚类并考虑综合气象因素与分时电价的影响,选取调控时段;在第1阶段构建了温-湿舒适度最佳与冷能需求量最低的多目标负荷调节模型,在第2阶段提出了用能成本最低和运行能耗最小的多目标供冷输出功率主动控制策略;选取某校园综合能源系统实际运行数据进行算例仿真,采用ε-约束法以及多维偏好线性规划方法进行多目标求解,并基于用能舒适度变化的运行能耗、用能成本等指标,对比分析负荷需求在用能高峰时段调控优化前后的效果。结果表明,所提方法在满足用能舒适度的同时,能削减约13%的负荷需求,并降低约1.9%系统用能成本,有效缓解多能供需矛盾,增强系统运行的灵活性。

基于GA-BP神经网络模型预测水基炭黑-胶原蛋白纳米流体热导率和黏度

纳米流体由于其独特的强化传热性能,已广泛应用于各个领域。而热导率和黏度直接影响纳米流体在实际工程中的适用性,因此在考察纳米流体的强化传热特性前首先要分析研究其热导率和黏度。本研究利用炭黑和胶原蛋白,采用两步法制备了水基炭黑胶原蛋白纳米流体。实验分析了炭黑和胶原蛋白质量分数、温度对纳米流体热导率和黏度的影响。采用灰色关联方法对这些参数的权重进行了数学计算,基于实验数据建立了三输入两输出的BP神经网络预测模型,并利用遗传算法(GA)对BP模型进行优化。结果表明,遗传算法优化后的BP神经网络模型对预测输出具有更高的准确性和更好的稳定性,回归系数和最大偏差分别为0.99918和0.002。本研究不仅对于理解和控制水基炭黑-胶原蛋白纳米流体的热物理性能有重要意义,而且为工程设计和材料科学等方面的应用提供了新思路。

基于热电解耦CCHP和综合需求响应协同优化的配电网韧性提升策略

针对灾后紧急恢复阶段,提出一种基于热电解耦燃气冷热电三联供(CCHP)和综合需求响应协同优化的配电网韧性提升策略。该策略在提升韧性的同时计及资源利用效能,通过刻画计及不确定性的冷热用户响应意愿曲线,得到其可用调温范围,并基于此提出衡量用户舒适度的温度偏离度指标,最终以停电周期内电负荷恢复价值量最大和冷热负荷温度偏离度最小为目标构建多目标优化模型,利用ε-约束模型将其转换为单目标模型进行求解。以IEEE-69电力系统与比利时20节点天然气网络耦合系统进行仿真模拟,验证策略的有效性。

光-气-储互补的综合能源系统全生命周期优化研究

针对北京某大型商场构建的光-气-储互补的综合能源系统展开研究,提出全生命周期优化方法,以全生命周期最小环境影响为目标函数,优化设备变工况运行下的容量配置。基于电跟随、热跟随两种运行策略,考虑多余的热、电产品是否计入环境收益构建4种场景;计算分析4种场景下的能耗和污染物排放,并研究全球变暖、酸雨和人体呼吸系统3种环境影响因素对全生命周期环境的影响程度。研究结果表明:电跟随运行策略在考虑剩余产品的环境收益方面优于热跟随策略,电跟随策略的效益案例对全生命周期环境的影响较小。

基于全生命周期评价的冷热电联供系统优化研究

天然气与太阳能互补是提高能源利用率和实现节能减排的有效方法,该文构建一种光-气-储互补的冷热电联供(CCHP)系统。基于全生命周期理论,以一次能源节约率、总污染物减排率为目标函数,建立冷热电联供系统优化模型,应用遗传算法对系统变工况运行下的容量配置进行优化;将物质回收阶段纳入全生命周期评价,并在运输阶段考虑燃料运输。结果表明:经优化后,CCHP系统电跟随(FEL)策略可实现较好的节能减排效益。分供(SP)系统在物质回收阶段对环境的影响微乎其微,CCHP系统燃料运输能耗量远低于SP系统。

水风光大基地资源分析要求和方法

近年来,由于“极热无风”“晚峰无光”“云来无光”“冬季枯水”甚至极端天气导致的“汛期反枯”等气象问题加剧了能源保供的压力,能源开发方式将不能局限于单一能源品种,而应呈现多能互补方式,清洁可再生的“水风光”多能互补开发,可以最大程度地带动流域内风光资源的开发利用,弥补新能源发电的出力不足,是保障电量可靠供给的有效方式。水风光资源的特性与时空分布是水风光多能互补规划设计和调度运行的基础与依据,本文首先论述了水风光资源特性及其评估方法,进而开展对水风光互补特性的研究,最后针对水风光大基地在规划设计和调度运行中的资源分析方法进行论述。

阶梯碳下考虑耦合电转气-碳捕集和热电联产灵活输出的综合能源系统优化调度

“双碳”目标下,为进一步降低综合能源系统(integrated energy system,IES)碳排放,提升可再生能源消纳能力,提出一种IES低碳经济运行优化策略。首先引入阶梯型碳交易机制约束IES的碳排放;然后建立耦合电转气(power to gas,P2G)和碳捕集系统(carbon capture system,CCS)模型,并细化P2G两阶段运行;接着在传统热电联产机组(combined heat and power,CHP)中引入卡琳娜循环与电锅炉联合运行,构造热电灵活输出的CHP模型;最后以系统运维成本、碳交易成本、购能成本和弃风弃光成本之和最小为优化目标,构建IES低碳经济调度模型,并设置不同运行场景对比分析。结果表明:IES碳排放减少38.45%,运行总成本降低10.37%,验证了所建模型的低碳性和经济性。

双碳目标下基于Stackelberg和合作博弈的虚拟电厂双层优化调度

在中国的双碳目标下,大规模新能源发电接入虚拟电厂时,将导致电力市场交易中的高额惩罚成本。为此,设计了虚拟电厂参与日前市场竞标的双层博弈模型,以双层收益最大化为目标对虚拟电厂进行调度优化。首先,利用场景生成与削减技术考虑风力发电商和电动汽车聚合商的不确定性,设计了由风力发电商、电动汽车聚合商和燃气轮机合作组成的虚拟电厂下层电量竞标模型,以及虚拟电厂控制中心的上层电价竞标模型。其次,基于两个子模型之间的主从递阶关系,利用卡罗需库-恩塔-克(KKT)条件将双层模型转化为一个混合互补问题,通过求解获得优化方案,并基于Shapley值法对合作方进行利润分配。数值算例表明,设计的模型能有效减少碳排放和降低风电惩罚成本,同时增加参与者的收益。

基于强化学习的含电动汽车虚拟电厂优化调度

大量电动汽车(EV)用户的无序充电可能造成电网负荷剧烈波动,危及电网的安全稳定。随着EV入网(V2G)技术的应用,将EV充电站及其周边的分布式新能源发电聚合为虚拟电厂(VPP)后进行优化调度,有助于改善EV用户充放电的经济性及满意度,同时提高分布式新能源的利用率,平抑电网负荷波动,但EV充电站的整体充放电负荷是大量个体EV用户随机行为的聚合,难以用数学模型精确描述。针对包含EV的VPP,提出一种基于深度强化学习的交互式调度框架,以最大化VPP内EV用户的总效益。VPP控制中心作为智能体决策EV个体的充放电动作,无需掌握个体详细模型,而是通过与区域电网环境的交互,不断学习和更新动作策略,从而克服集中式优化方法的局限性。该优化调度框架采用深度确定性策略梯度(DDPG)算法进行求解。仿真结果表明,与集中式优化方法相比,该优化算法提高了各EV用户的效益,并使EV充放电负荷与分布式新能源发电协调配合实现削峰填谷,改善了VPP的整体运行性能。

多种构型超临界CO_(2)循环热力学解构分析与参数优化

新型超临界CO_(2)(S-CO_(2))循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S-CO_(2)循环解构为若干热功转换过程,建立各解构过程与循环效率之间的关联方程,进而开展流程参数优化。研究结果表明,预压缩、后压缩和再压缩方案均是通过增加压缩耗功,减少吸热量实现循环效率提升,其中再压缩方案效果最优,再压缩流量优化后循环效率提高5.1%;采用部分间冷方案,可有效降低压缩功耗,同时避免高品位热量贬值,间冷压力优化后循环效率提高2.2%;再热方案在不改变压缩耗功的前提下,增加透平出功,再热压力优化后循环效率提高1.9%;最后,循环联用再压缩、间冷和再热三种节能措施,可使效率提高9.3%。

基于分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波算法的超级电容SOC估计

对超级电容的SOC估计展开了研究。首先,搭建了超级电容测试平台,用于超级电容的参数辨识,并对超级电容进行了常规性能测试;其次,在不同的环境温度和动态工况下采用多种算法进行超级电容SOC估计。结果表明,采用分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法对超级电容SOC的估计精度最高,对超级电容的路端电压跟随情况最好,估计结果的均方根误差和平均绝对误差的最大值分别约为1.8%和1.73%。

基于油田分时电价的用户侧储能装置应用分析

用户侧储能可以削峰填谷,降低用电成本,具有重要意义。基于油田分时电价机制,对用户侧储能装置的应用进行分析,提出充放电策略,并测算收益。

考虑风险偏好的多主体虚拟电厂经济调度与收益分配策略

虚拟电厂(VPP)在新型电力系统中的地位日益凸显,而可聚合分布式能源(DER)的VPP内部风电机组、光伏发电机组的随机性和波动性负荷等不确定因素给VPP的运营决策和收益带来风险。如何建立公平、合理、透明的利益分配机制是成功维护VPP内DER合作关系的关键。为了激励VPP内部各主体参与市场的积极性,各主体可根据自身特点与贡献度协商分配收益,构建计及风险偏好的包含风电机组、光伏发电、可控分布式电源、储能及柔性负荷的多主体VPP内部优化调度决策模型,参与电力市场,并建立Nash-Harsanyi讨价还价解的VPP利益分配模型。算例分析以VPP最大化运行效益为目标,指导系统运营策略和降低VPP运行风险水平,验证了所提利益分配法能有效平衡各方利益,量化各DER对VPP利润的实际贡献度,提高各成员参与市场竞争的积极性。采用Nash-Harsanyi解的分配方案在VPP收益分配合理性和适用性方面优于Shapley值法方案。

低氧燃烧对炉内石灰脱硫过程影响的实验研究

为了探究流化床锅炉低氧燃烧对炉内石灰脱硫过程的影响,在小型鼓泡流化床实验装置上开展了不同过量空气系数(0.6~1.2)下炉内石灰脱硫实验研究。通过炉内烟气组分变化特性、脱硫灰渣含硫量变化特性和脱硫石灰产物特性的研究,揭示了不同过量空气系数下炉内石灰脱硫特性。实验结果表明:当空气过量系数大于1.0时,含硫烟气主要是SO_(2),灰渣中的硫主要以硫酸盐形式存在,过量空气系数的降低对石灰固硫影响较小。当工况转变为缺氧燃烧时,烟气中的硫主要以H_2S形式存在,灰渣中的硫化物硫的含量最高,有机硫和硫酸盐硫次之,石灰中含硫产物大幅下降。从脱硫剂的利用率上考虑,建议低氧燃烧时空气过量系数宜控制1.0以上但尽可能低。

基于PSO-MSVR的太阳能耦合土壤源热泵系统优化配置

为了优化太阳能耦合土壤源热泵系统(SGSHPS)的配置,以沈阳地区办公建筑为例,基于TRNSYS平台建立了不同运行模式的SGSHPS模型,对比分析不同模式下系统运行30 a后土壤温度不平衡率和系统总能耗;以并联过渡季蓄热模式为对象,对不同的太阳能集热系统和地埋管换热器组合方式进行模拟;在保证系统稳定的前提下,以动态费用年值最低为目标,优化太阳能集热器面积和地埋管换热器钻孔数的配置方式;引入粒子群优化-多输出支持向量机回归(PSO-MSVR)算法,使用PSO算法生成MSVR模型参数并寻找最优值。结果表明:与采用传统热平衡法确定的配置方式相比,优化后运行30 a的系统能耗降低379522 kW,节能11.2%,费用年值降低61863元,土壤温度仅上升0.73 K;对于不同的太阳能集热器和地埋管换热器造价,优化后费用年值相较优化前仍有不同程度的节省,且土壤温度均未有较大偏移。

电动汽车车能互动的充电机理、系统构型与推广路径

电动汽车与能源系统融合互动是普及新能源汽车和构建新型电力系统的关键要素,亟需构建适应多主体交互的技术体系和发展路径。在分析动力电池充电和充电场站供能的互动需求基础上,探索适应车辆-能源系统双向交互的充电方法和电气构型,提出车能互动的电动汽车充电安全与延寿机理、补能站绿电高效消纳电气架构,阐明电动汽车发挥规模化储能潜力支撑可再生能源接入的技术方案。最后,结合中国不同区域的能源禀赋和电动车辆分布特征,提出具有“点-线-面”特色、“自下而上”特征的车能互动推广路径,实现高比例电动汽车和可再生能源发电的相互支撑与协调发展。

光电互补的氯碱化工与冷热电氢多联供系统热力学分析及优化

提出了一种光电互补的氯碱化工与冷热电氢多联供系统,通过建立热力学模型,探究了不同关键参数对系统各单元性能的影响规律,并对系统运行策略进行了分析。结果表明:与传统氯碱系统相比,多联产系统能量利用效率可提高14.65百分点,全年可减少31%的碳排放总量,可节约系统日购电成本25.4%~51.1%。

可再生能源多能互补系统两阶段容量优化配置

随着“双碳”政策的持续推进,可再生能源多能互补系统成为能源领域的研究热点。为解决系统容量配置问题,以动态投资回收期、CO_(2)排放量和可再生能源消纳率为优化评价指标,构建了以综合性能为主、投资成本为辅的优化目标函数;提出了一种基于正交设计优选和智能算法寻优的两阶段容量优化配置方法,并以南京地区某办公楼为研究对象进行算例分析。结果表明:与最大矩形法和正交实验法相比,两阶段容量优化配置方法可以有效提高系统的综合性能,验证了该方法的优越性;通过合理配置储能装置的容量,可以平抑设备出力不稳定带来的影响,优化系统性能。此外,不同优化参数方案的对比结果表明,本文所用参数设置可为相关研究提供参考。