四十年回首──“节能的理论和技术”的教学与科研──写在华北电力大学校庆日

四十年回首──“节能的理论和技术”的教学与科研──写在华北电力大学校庆日宋之平［华北电力大学（北京）动能工程系］我校“节能的理论和技术”这一学术方向脱胎于《工程热力学》，《传热学》和《工程流体力学》三门课程的教学，合称“热工理论”。我校这一学科的教学...

机械工程领域专业学位案例库建设——以输电线路工程专业为例

随着学科综合与多元化趋势的日益显著,“双一流”建设背景下,研究生教学应朝着课程多样化、信息化的方向发展。教学团队针对华北电力大学机械工程领域专业学位案例库建设缺乏统一性、教学素材质量参差不齐、教学案例与技术脱节等问题,结合“双一流”建设“大能源电力学科”的优势,组织和编写了以工程问题为导向的输电线路工程案例教学资源库,并开展输电线路工程教学改革。通过构建以工程问题为导向的输电线路工程案例教学体系,形成“知识→案例→实践→知识”的良性循环,促进学生自主学习,并培养其开放性思维,达到培养学生分析问题和解决工程问题能力的教学目标。

考虑火力发电深度调峰的高渗透率新能源电力系统优化调度

为解决高比例新能源接入电网所带来的弃风弃光问题,针对高渗透率新能源电力系统,提出一种考虑火力发电深度调峰与新能源消纳的优化调度模型。该模型优化目标是系统调度总成本最小,包括火力发电机组运行成本、深度调峰补偿、风光储运行成本以及弃风弃光惩罚成本。通过调用CPLEX求解器对5台火力发电机组、1个风电场、1个光伏电站和1个储能电站组成的电力系统进行优化调度求解,并针对储能调峰与火力发电深度调峰进行分析。结果表明,高比例新能源接入电网,会导致明显的弃风弃光问题,但接入储能电站,可以降低弃风弃光率,降低系统综合运行成本;仅靠储能调峰容易增加储能电站的建设费用,而加入火力发电深度调峰可降低储能配置容量,有效提高新能源消纳能力,且调峰深度越大,弃风弃光率越小,系统综合运行成本越小。

能源动力类实验教学示范中心的建设与完善

以华北电力大学热能与动力工程北京市实验教学示范中心的建设和完善为例,介绍了如何建设和完善以培养创新能力为目标的热能与动力工程专业综合实验教学中心,可为相关院校、相关专业的实验、实践教学提供一定的借鉴经验。

风电并网后对华北电网调峰的影响

风电并入电网给系统的调峰带来很大影响,风电特有的随机性、波动性等特性影响着系统的稳定运行。文章针对风电并网后对电网调峰的影响问题,以华北电网的实测数据为分析对象,直观显示了风电出力在不同时段的波动特性。对比分析了风电的月、日出力特性与华北电网的负荷特性之间的关系,讨论了风电并网后对华北电网调峰的影响,得到了风力发电给电网调峰带来负面影响的关键月份。论文成果对于风电并网参与调峰提供了参考。

基于随机森林优化RL的电力工程造价预测

针对现阶段电力工程造价数据预测准确度较低的问题,提出了一种基于随机森林优化RL的相关预测算法。通过分析影响电力工程造价的因素,将其按照影响程度的大小进行分级,利用随机森林算法加以筛选,并采用筛选后的影响因素特征向量作为预测模型的训练和测试数据。同时,将电力工程造价预测问题转化为输电线路规划问题,再使用强化学习优化蚁群算法的参数来构建电力工程造价预测模型。经过实验对照,综合两种栅格尺寸结果,所提方案比两种对照组算法的电子工程造价分别降低了2.97%、3.78%。

机械工程专业课程思政教学改革探索和实践——以材料力学教学为例

文章针对高等院校材料力学传统授课相对枯燥、学生听课效率和学习效率低的教学现状,以“学生学”为中心,以课程思政为主线,以工程案例为驱动,进行材料力学课程教学改革。在材料力学教学过程中,尊重学生主体地位,给予学生自由发挥与创造的空间,实现师生双向互动。搜集材料力学中的相关素材,结合材料力学学习过程中学生反馈的情况,将思政元素与工程案例巧妙结合,可以激发新工科背景下学生学习材料力学的兴趣,达到学生主动学的教学目标,培养工科学生的爱国主义情怀。

能源动力类专业热力学第二定律的教学方法浅析

《工程热力学》课程是热能与动力工程专业一门重要的专业基础课。其中热力学第二定律是教学重点和难点之一,如何理解并掌握这个重点和难点是学好热力学及后续课程的关键。因此在教学中讲好热力学第二定律,使学生掌握其本质和内涵及熟练应用显得很重要。本文针对学生普遍反映的热力学第二定律的疑难点,根据作者多年的教学实践浅谈一些体会。

掺氨对乙烯氧化过程中多环芳烃生成影响的分子动力学模拟

作为可再生能源的储能载体,氨与碳氢燃料掺混燃烧可实现大规模二氧化碳(CO_(2))减排。该文以多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH)重要前驱体乙烯为对象,采用反应分子动力学模拟方法研究掺氨对乙烯氧化过程中PAH生成的影响。结果表明,PAH的生成呈阶段特征,包括PAH的形成、生长和聚集成核过程。掺氨基本不影响PAH前驱体(C_(1)-C_(5)碳氢化合物)的生成和消耗,因此对PAH形成阶段的影响较小。掺氨导致含氮PAH分子的分解反应增强,进而抑制了PAH的生长,但掺氨基本不影响PAH的芳环结构分布。掺氨引入的N原子导致PAH分子间通过二维边界相互连接聚合的次数减少,但通过三维堆积产生的平行层结构增加,从而降低了PAH的稳定性。可知,掺氨抑制PAH生长的原因是PAH生长速度减慢以及PAH聚合的稳定性降低。

基于FA-ELM深度挖掘模型的电力工程预算控制技术

针对现有预算控制方法存在目标单一,效果不理想等问题,提出了一种基于FA-ELM深度挖掘模型的电力工程预算控制技术。通过深入剖析电力工程费用的组成与影响因素,提出了工程进度与预算双目标的管控方式。利用萤火虫算法优化极限学习机网络,构建FA-ELM预测模型,将预处理后的电力数据输入FA-ELM模型中,可估计每个阶段的工程费用,便于管理人员采取相应的措施。在MATLAB仿真平台上对所提技术进行实验分析,结果表明:FA-ELM模型的预测误差均控制在6%以内,且工程总费用节约了14.09%,整体性能优于其他对比技术。

针对工程料仓堵塞的一种机械式清堵方案

针对工程料仓下料堵塞现象分析了堵塞的原因和成拱机理,提出了一种机械式清堵解决方案,该方案可针对料仓不同部位的堵料分别进行清堵,并对该清堵方案的优缺点进行了分析。

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。

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。

含P2G和复合储能的高速公路服务区综合能源系统日前优化调度

为了提高高速公路服务区综合能源系统可再生能源消纳能力、降低经济成本,本文面向高速公路服务区中电、气、冷、热等多态能源,基于能源枢纽矩阵建模方法,建立能源供给侧、能量转换侧和负荷需求侧各模块的能量转换与供需耦合特性模型;在充分消纳可再生能源的情况下,以系统运行总成本最小为目标函数,建立系统优化调度模型;针对同一负荷不同运行场景下的调度结果表明,所提模型能最大程度使用风光发电,降低系统总运行成本;供给侧引入电气耦合与负荷侧引入复合储能的调度结果表明,所提模型能达到系统运行费用最优,同时可实现系统周期内运行费用的“削峰填谷”。

浮式风力机若干特征动力学问题综述

总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。

氨煤混燃气相中NO生成的化学反应动力学分析

氨煤混燃涉及复杂的化学反应过程,是否会加剧氮氧化物的生成是倍受关注的问题。通过化学反应动力学计算方法,研究了氨煤混合燃烧的气相反应中NO生成和还原的反应路径,以及不同因素对NO生成的影响。结果表明:温度T=1300℃、过量空气系数α=0.84时,相较于纯煤燃烧,掺氨比例为0.3时能够降低反应器出口NO体积分数96.5%,原因是此工况下氨分解产生大量的NH_(2)和NH等自由基,其还原反应的反应速率更快,从而使含N基元向N_(2)转化;T=1300℃下,掺氨比例为0.3时较为合适,此时反应器出口的NO和NH_(3)体积分数均较低;小比例掺氨燃烧会增大NO的生成速率和NH_(3)的分解速率,导致反应器出口NO体积分数增大,且温度越高,该现象越明显;α<1的还原性气氛和较低的温度(T≤1300℃)能够有效降低NO的排放。

基于多能流耦合规律的综合能源系统潮流及流分析

从能量流和流两个角度分析综合能源系统的多能流耦合规律,建立系统能流稳态潮流模型和流模型,根据模型特点研究系统潮流和流分布计算方法,以算例验证计算方法的可行性并分析计算数据,验证流机理模型相比于黑箱模型在局部分析方面的优越性。以算例数据为例,分析其潮流及流分布特点,结果表明:算例系统中能源转换环节的地方损最大,为系统薄弱环节,值得着重改进;同时电、热网络也有部分管段损较大,优化局部网络时也应纳入考虑。

直角凸壁面附近非对称位置的空泡动力学行为实验研究

空化破坏现象在核电厂中广泛存在。为了更深入地揭示空化破坏的机理,本文借助高速摄影实验系统,研究了直角凸壁面附近非对称位置空泡的动力学行为。具体分析了空泡的轮廓变形,形心的移动距离和方向,以及空泡射流的方向随着空泡与壁面相对位置d、h的变化规律。本文主要结论如下:(1)空泡的变形与空泡和固体壁面的相对位置d、h有关。随着空泡与右壁面的距离d的增大,空泡的非对称性越来越弱。随着空泡与上壁面的距离h的增大,在整个空泡的动力学过程中空泡的非球形特征逐渐减弱。(2)在空泡的溃灭和再生长过程中,空泡形心会持续地向左下方移动,且形心向左移动的距离随着d和h的增大而明显减小。(3)当空泡与上壁面的距离h适当时,会产生明显的斜向左下方的射流现象,且射流方向角θ随着d的增大而增大。

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。

基于绝对节点坐标法的架空线断线工况动力学计算

为了计算架空线断线工况下的动力学变化特性,考虑架空线的绞制几何结构及其初始构型的布置特点,以绝对节点坐标法为基础,建立了架空线单元,推导了架空线单元的质量矩阵和弹性力矩阵,给出了架空线的系统动力学方程。针对钢芯铝绞线的绞制几何结构,给出了其对应的轴向、弯曲刚度计算公式。通过仿真计算得到线缆的运动图像,设计试验验证了算法模型的可靠性。结合实际架空线初始位形和初始应力特点,对不同初始应力下的架空线断线工况动力学问题进行仿真分析,绘制了悬挂点处的受力时程曲线并对曲线进行了频谱分析,研究了初始应力对断裂架空线运动过程以及悬挂点受力的影响规律。