新能源汽车碳减排潜力分析

在“碳达峰、碳中和”双碳目标驱动下,新能源汽车凭借其碳减排优势受到了广泛关注.旨在促进新能源汽车碳减排潜力评估的相关研究,从新能源汽车碳排放计量与分析、车网协同优化低碳运行、车辆碳排放总量态势预测等三个方面进行分析与综述,归纳了相关领域最新研究成果,总结各类建模方法优缺点,重点阐述了汽车节能减排核算体系与行业碳排放管理体系等相关成果,并提出新能源汽车碳减排潜力分析研究的发展趋势及未来研究方向.

生物质水蒸汽汽化催化制氢研究进展

综述了生物质水蒸汽汽化催化制氢的研究现状,明晰了汽化反应机理,梳理了物料特性和反应条件对制氢效果的影响。介绍了天然矿石、镍基催化剂、碱及碱土金属催化剂在生物质水蒸汽汽化制氢方面的研究现状。提出长寿命新型催化剂是生物质水蒸汽汽化催化制氢的关键因素,结合生物质原料特性确定最佳工况条件,以提高氢气产率,并减少副产物焦油生成。

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。

垂直式重力储能系统的研究进展和关键技术

基于固体重物的重力储能技术因其不依赖水资源、选址灵活、效率高等优势,未来有望成为我国北方和西北缺水地区重要的储能技术之一,可以很好地满足大规模可再生能源电力并网对储能技术的需求。然而,由于固体重物的不可流动性和不连续性,重物启停和切换过程会对机械传动和电网系统造成冲击,是固体重力储能区别于抽水蓄能的重要特征。本文首先介绍了近年来国内外基于竖井和地面构筑物的垂直式重力储能技术的研发现状和示范工程,并进一步对垂直式重力储能系统垂直提升、水平转移和自动接驳机械传动技术,以及发电电动机和并网控制技术中存在的核心技术难题进行了分析,最后对垂直式重力储能技术未来的发展趋势进行了展望。研究表明,垂直式重力储能系统尽管技术方案较多,但在重载快速提升和转移、重物启停和切换过程控制、并网控制和能效提升等方面还存在诸多技术难题有待解决,后续通过技术提升可进一步降低系统建造成本并提高系统运行的效率和寿命,有望在近期获得一定的示范应用。

基于斜坡和山体的重力储能技术研究进展

大力发展可再生能源并实现清洁能源变革,是实现碳达峰碳中和的重要途径,电网对各种储能技术的需求日益增长,而规模化储能技术是有效解决可再生能源并网问题的重要技术途径。抽水储能是标杆性的物理储能技术,技术成熟、应用广泛且装机容量最大,是规模化物理(重力)储能技术的典范;重力储能是最近引发广泛关注的新型物理储能技术,按照应用场景的不同分为多种技术类型。本文首先介绍了依托山体、倾斜矿井的斜坡重力储能的原理和结构,并根据应用场景和技术特点进行了分类阐述,包括依托山体斜坡的抽水储能、轨道式重力储能和缆索式重力储能等技术类型;然后回顾了不同类别依托斜坡重力储能技术的研究进展和应用情况,并阐述了每种技术类型的优势和不足;据此提出一种更为优化的斜坡重力储能技术——斜坡缆-轨式重力储能技术,不仅融合了斜坡轨道式重力储能与斜坡悬架缆车式重力储能的优点,且避免了两者的缺点;最后概述了当前斜坡重力储能技术存在的关键问题,并就其发展与推广应用进行了展望。

基于多元储能的分布式能源系统优化调度方法研究

为进一步构建清洁低碳、经济节能的供能系统,研究建立了含风、光以及多元储能的分布式能源系统,针对北京某办公园区,采用DeST预测用户负荷以及当地风、光条件。以经济性、节能性和环保性三方面的综合效益最大为目标,提出一种自适应优化运行策略,分别采用穷举搜索法和遗传算法对系统优化调度方案进行优化。同时,采用以电定热运行策略作为对照,对比分析几种不同运行策略下系统的综合效益。结果表明:传统以电定热运行模式下的综合效益平均值为0.41;而在自适应优化运行策略下,使用遗传算法得到的调度方案,其综合效益平均值可达0.5,穷举搜索法得到的运行方案,其综合效益平均值可达0.51。

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。

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

“双碳”目标下火电厂CO_(2)计量技术研究现状与展望

中国电力行业CO_(2)排放量是CO_(2)排放的主要来源,其中火电厂CO_(2)排放量在电力行业中占比最大。在“双碳”目标下,CO_(2)计量技术可以实现对火电厂中CO_(2)排放量的直观判断,为火电厂CO_(2)减排提供重要支撑,促进火电厂参与碳交易,带动区域经济发展。结合国内外政策,讨论了目前通用CO_(2)计量方法的实施进展,总结归纳了以碳核算为主、碳监测为辅的火电厂CO_(2)计量方法存在的问题,并对火电厂CO_(2)计量技术应用的重难点进行了分析。最后,对火电厂CO_(2)计量技术的发展及应用进行了展望。

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。

计及多重需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行

为挖掘需求侧资源响应潜力,文中提出一种计及多重需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应差异性,建立计及价格型和激励型的多重综合需求响应(integrated demand response,IDR)模型。然后,为减少源、荷预测误差对IES运行的影响,分别构建日前低碳经济调度模型和日内双时间尺度滚动优化平抑模型。最后,算例仿真设置不同场景进行对比分析。结果表明,相比传统IDR,多重IDR能有效挖掘用户响应潜力,提升系统经济性。此外,计及多重IDR的多时间尺度调度策略能有效缓解源、荷误差带来的功率波动并降低系统碳排放量,实现IES低碳、经济和稳定运行。

锅炉运行监控系统初步应用研究

开发一套锅炉运行监控系统,将锅炉现有传感器接入锅炉运行监控系统,对锅炉的运行状态进行实时监控,采集记录锅炉运行数据,测试锅炉运行监控系统的可靠性。通过运行监控系统进行故障诊断,分析得出了锅炉停机的原因,进一步验证了运行监控系统对锅炉运行故障诊断的可行性。通过锅炉运行监控系统对锅炉运行数据进行采集,通过分析锅炉历史运行数据,指导锅炉运行调节,实现锅炉高效节能运行。结果显示:该监控系统具有较强的扩展性,可兼容锅炉房其他辅机设备。

高比例新能源接入的主动配电网规划综述

新能源以分布式电源的形式接入配电网,给系统带来了不可控性、随机性和波动性问题。借助现代电力电子、信息通信及自动控制等技术,灵活可控的主动配电网成为发展趋势,其中主动配电网规划是近年来研究的热点之一。综合国内外在这一领域的研究成果,对主动配电网规划相关研究内容及其方法进行总结、分析及展望。对主动配电网基本结构进行了描述,介绍了配电网组成元素的特点;根据其控制变量的不同,对主动配电网规划模型进行了归类,总结了模型中的优化目标;针对常用模型求解算法及其优缺点进行分析、总结;通过对关键性问题的讨论,分析了未来主动配电网的发展趋势。

基于NSGA-Ⅱ的飞轮-火电联合二次调频最优负荷分配策略

为了在提升飞轮-火电联合二次调频性能的同时控制调频成本、减少飞轮损耗,面向飞轮-火电联合系统,提出一种考虑自动发电控制(AGC)指令及电网频率偏差的基于多目标遗传算法的负荷分配策略。该策略以电网调频偏差、飞轮-火电出力能量和、飞轮损耗为三层最小化目标,考虑火电机组爬坡率及其负荷备用、飞轮荷电状态及其功率等约束条件,基于改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),通过AGC功率指令变化速度及频率偏差动态调整飞轮与火电出力权重系数,以频率偏差及其变化方向调整飞轮虚拟下垂、惯性系数,求解飞轮-火电出力比例、飞轮下垂系数和飞轮惯性系数。结合中国宁夏某电厂飞轮储能系统辅助火电机组调频现场AGC指令等历史数据,在双区域两机系统模型上进行仿真实验,结果表明该负荷分配策略有效地减小了火电二次调频偏差和调节时间,提升了调频性能,同时也有效地控制了系统出力能量及飞轮损耗。

新型储能关键技术和商业模式

我国确定了加快建设新型电力系统和新型能源体系的战略部署,其中储能是推动新能源大规模高比例发展的关键支撑,将在推动电力系统转型发展中发挥重要作用。目前,锂离子电池、钠离子电池、超级电容、压缩空气、飞轮储能、重力储能、储热、储氢等新型储能技术不断发展,满足电网不同时间尺度应用场景的要求。高安全、大容量、低成本、长寿命储能技术是未来发展方向,其创新突破将带动全球能源格局革命性、颠覆性调整,而高效、灵活、可持续的商业模式是新型储能技术快速健康发展的核心推动力。因此,开展新型储能关键技术和商业模式研究,具有重要的科学价值与现实意义。

基于碳捕集-电转气的矿区综合能源系统协同优化调度

“双碳”战略目标下,为促进风光消纳与能源电力低碳转型、提高矿区能源利用率,提出一种含伴生能源和碳捕集与电转气耦合的矿区综合能源系统低碳经济调度模型。首先,综合考虑瓦斯、乏风、涌水等矿区伴生能源利用,建立矿区综合能源系统基本模型,并以碳捕集和电转气设备为耦合单元,促进节能减排与可再生能源消纳。然后,引入奖惩阶梯式碳交易机制,以矿区综合能源系统运行成本最小为目标,建立矿区综合能源系统协同优化调度模型。最后,以中国云南某大型煤矿为例,通过设置不同场景进行仿真分析。结果表明,所提模型能够促进矿区综合能源系统低碳经济运行,提高风光消纳率。

考虑移动式储能的综合能源系统冰灾后抢修与调度协同优化

冰灾易造成大规模停电事故,此时综合能源系统中的热电耦合设备可协调电出力和热出力,降低损失。根据典型的气象数据模拟冰灾故障场景,建立除冰抢修、综合能源系统与移动式储能系统双层协同优化调度模型,以减少冰灾带来的不利影响。上层优化模型为保障综合能源系统的电网快速恢复供电的除冰抢修调度模型,下层优化模型为综合能源系统与移动式储能系统调度模型,上层的各故障线路除冰抢修进度与下层的各节点实时切负荷情况相互传递、交互优化,保障在短时间内抢修更多的故障线路的同时恢复更多的用电负荷,并充分利用热电联产机组灵活的热电比以优化综合能源系统调度,有效减少系统整体经济损失。另外,下层优化模型依据故障后综合能源系统的切负荷情况调度移动式储能系统,进一步减少系统切负荷损失,同时可提高综合能源系统韧性。通过算例仿真验证所提方法的有效性。

压缩二氧化碳储能系统膨胀机研究进展

压缩二氧化碳储能系统具有储能密度大、系统设备紧凑、运行寿命长等优点。膨胀机是储能系统的关键设备,对整个储能系统的效率和性能有直接影响。综述了各类膨胀机的研究现状;介绍了不同类型二氧化碳膨胀机的工作原理及特点;提供了可在压缩二氧化碳储能系统中应用的膨胀机类型;分析了应用于储能系统的4种膨胀机存在的问题及其解决方案;指出了二氧化碳膨胀机的研究方向,包括设计方法优化、关键部件结构优化、泄漏、密封、摩擦、润滑等,为压缩二氧化碳储能系统膨胀机的优化设计提供参考。

含电转气和碳捕集耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度

为提升综合能源系统(integrated energy system,IES)的可再生能源消纳以及低碳经济效益,提出含电转气(power-to-gas,P2G)和碳捕集(carbon capture system,CCS)耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先,建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型,并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统;其次,基于多时间尺度的优化调度策略,以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型;最后,以四川某工业园区为例进行仿真,结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

石蜡与低熔点合金双级联相变材料强化板翅式散热器换热性能的数值模拟

相变散热技术可以通过相变材料的物态变化,有效吸收或释放热量,从而实现被动式热管理。本文建立了一种板翅式相变散热器的结构模型,研究级联相变技术的相变传热过程及优化传热性能的措施,重点分析了相变材料(PCM)的组合方式、翅片结构以及不同的PCM体积比工况对相变散热器传热性能的影响。研究结果表明,改变PCM的组合方式对相变材料传热过程有显著影响,对于采用双PCM的级联相变散热器,PCM1和PCM2呈相变温度递减排列具备更优的热管理性能;当翅片数为16时,具备更低的工作温度,并且相比于四翅片结构的相变散热单元,两种级联PCM组合的相变散热单元的凝固时间分别缩短了25.3%和22.5%。因此,当翅片数为16及翅片厚度为0.5 mm时,热管理性能较优;采用石蜡和低熔点合金材料,当PCM体积比为1∶2时,两个临界温度下的热管理时间分别延长了17.2%和15%,温升速率也随着低熔点合金所占体积增多而逐渐减小,综合考虑热管理时间和温升速率,可知PCM体积比为1∶2时级联相变散热器的热管理性能较优。