“双碳”背景下能源动力类实验室安全文化与制度研究

“双碳”背景下,我国能源发展面临新态势与新挑战,能源领域对相关从业人员也提出了新标准与新需求。能源动力类实验室作为培养能源动力类本科生及研究生能力的重要阵地,其在培养过程中的作用与重要性日益凸显。然而,由于能源动力类实验室内部环境的特殊性和实验操作的复杂性,实验室的安全管理面临一系列挑战。从“双碳”背景对能源动力类毕业生的要求出发,结合能源动力类实验室自身职责和特点,围绕如何构建实验室安全文化,如何完善实验室安全体系,如何从思想认识和制度保障上提高实验室安全管理水平,以保障实验室人员人身安全和实验设备正常运行等方面进行了论述与研究,为实验室安全管理思路的拓展提供了新角度和新视野。

多能源互补分布式能源系统集成研究综述及展望

分布式能源系统是能源革命发展的重要载体和推进手段,将在未来能源体系中占据重要地位;同时多能源互补是其发展的主要方向和关键特征,开展多能源互补分布式能源系统相关研究对我国的能源转型具有重要的意义。该文从资源量化表征与需求预测、多能流建模、系统集成与规划、运行优化与主动能量调控、以及能源系统综合评价等5个方面对多能源互补分布式能源系统集成的发展现状进行分析,探讨未来可能的发展趋势和面临的挑战,为多能互补分布式能源系统未来基础及应用研究和行业发展提供一定的参考和建议。

氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望

加快发展氢能产业,是应对实现“碳达峰、碳中和”目标和保障国家能源安全的战略选择。氢储能具有跨季节、跨区域和大规模存储的优势,同时具备一定的快速响应能力,在新型电力系统的“源网荷”各个环节均有很强的应用价值。本文剖析了氢储能相对其他储能技术的优势,阐述了新型电力系统对氢能的诉求,并构建了氢储能在新型电力系统“源网荷”中的应用价值体系。研究认为,氢储能在储存容量和放电时长等性能指标上可满足新型电力系统的要求,但在投资成本和转化效率方面与要求仍有一定差距;氢能系统与电力系统缺乏跨领域协同,氢储能在新型电力系统中的应用缺少相应的激励配套政策;在可再生能源制氢、电氢耦合运行控制和氢燃料电池发电等方面仍存在标准体系不健全甚至空白的问题。为此本文建议,现阶段应以效率高、成本低“电‒氢”广义氢储能方式为主,“电‒氢‒电”狭义氢储能方式为辅;充分发挥氢能市场、电力市场和碳市场力量,促进氢储能低碳低成本健康发展;积极探索氢能在不同距离尺度下的运输方式组合,解决氢能资源与负荷逆向分布难题;加快完善电氢耦合产业新型标准体系建设,抢占国际标准化制高点。

固体氧化物电池空气电极铬中毒机理及抗铬性能研究进展

固体氧化物电池(SOC)具有能源利用率高、污染排放量低、燃料灵活性高等优势,将在未来的能源供应和储存中发挥关键作用。当前,其长期稳定性尚不能满足大规模商业化的需求,电池堆中用于串联电池的金属连接体所导致的空气电极“铬中毒”是电堆性能衰减的重要因素之一。传统空气电极在发电模式(SOFC)下的铬中毒机理已较为明晰。然而,随着电解模式(SOEC)下应用的不断攀升,基于传统电极材料的毒化机理不适用于该运行模式下的电极体系。对典型空气电极材料在SOFC模式和SOEC模式下铬中毒机理进行对比分析,并且对提高SOC空气电极抗铬性能的研究进行总结和展望。

新工科背景下能源动力类高校学生实验技能培养思考

随着科技的不断进步和能源动力领域的快速发展,行业和产业在能源动力类学生须具备的实验技能方面提出了新的要求。探讨了在新工科背景下如何有效培养与提高能动类高校毕业生的实验技能。首先,结合新工科概念分析了能源动力类高校的实验教育目前存在的问题与须要改进的方向。其次,从策略与执行角度提出创新且可行的改进建议与方案,以为相关培养单位更好地帮助学生掌握实验技能、提高他们的实践能力和创新能力。

时空尺度对灰色系统理论预测秸秆折标煤量的影响研究

能源供给潜力的准确预测对秸秆生物质资源开发具有重要意义,数据的时空尺度对预测精度有重要的影响。在不同的时间尺度(7、10、12和15a)下研究了灰色系统理论GreyModel(1,1)模型及其拓展形式对全国、京津冀、河北三个空间尺度上秸秆折标煤量的预测精度,确定各空间尺度上的最优模型和数据时间尺度,分析影响可收集秸秆折标煤量的主要因素,并得到2021—2030年的预测结果。结果表明,灰色Verhulst模型的预测效果整体最好,10a时间尺度下的预测精度要明显高于7a、12a和15a,全国地区的预测精度为99.69%和99.72%,高于京津冀和河北省地区的预测精度;全国主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量主要受到播种面积和单位面积产量双因素的影响,而京津冀和河北地区的主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量则主要受单位面积产量的影响;2021—2030年的预测结果表明,全国主要农作物和主要粮食作物的可收集秸秆折标煤量基本稳定,而京津冀和河北地区的秸秆可收集折标煤量呈增加趋势,且主要粮食农作物的秸秆折标煤量的增速高于主要农作物秸秆折标煤量的增速。研究结果反映了京津冀协同发展对京津冀地区尤其是河北现代化农业格局发展和秸秆生物质资源量的影响,得到了不同空间尺度上影响秸秆折标煤量的关键因子,对灰色系统理论预测秸秆生物质资源潜力、推动能源格局转变有理论意义。

基于本科就业的新时代创新人才培养模式改革与探索

随着我国经济体制改革的不断深入,社会对人才的创新能力和实践能力提出了更高的要求。为满足社会对人才的需要,提高本科生的就业能力,高校应该致力于改革和深化本科人才培养模式,坚持把创新创业教育作为提高人才培养质量、提升学生就业能力、更好服务经济社会发展的重要途径,全面培养和提升学生的创新精神和创业实践能力。从本科就业角度分析新时代高校人才培养中存在的问题,以吴仲华学院为例,介绍创新实践型人才培养模式的改革与探索,希望能够为高校本科人才培养模式的改革及本科生就业能力的提升起到一定的借鉴作用。

紫精基铅碘配位聚合物杂化材料的制备与光电性质研究的综合实验教学设计

有机-无机杂化材料兼具无机材料的高性能和有机分子结构与性质可调的特点。本实验合成了一例紫精基铅碘配位聚合物光电材料,并围绕其制备、晶体结构及光电响应等性质设计了一个综合性教学实验。实验结果表明:新型紫精基铅碘化合物(C10N_(2)H_(8))PbI_(4)是由吡啶阳离子和一维碘铅链组成,缺电子的紫精阳离子与无机碘铅链之间的电子跃迁使其在可见光区表现出优异的光吸收性能。在800 mW·cm^(-2)光照条件下,化合物的电导率为1.21×10^(-10)S·cm^(-1),其在光照下与暗处的光电流比例为8∶1。该实验有助于学生理解“无机化学”中的重难点知识和学生科学素养的培养。

船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制

船舶岸电变流器作为靠港船舶新的供电电源,可极大地降低船舶靠港时船用同步发电机重质柴油燃烧所带来的NOx、SOx和柴油颗粒等污染物。为保证船舶供电的连续性,岸电侧与船电侧电源多采用预同步方式完成不断电切换,然而可能会因两侧电压非理想的相位差而诱发电流冲击,进而导致岸电与船电电源切换失败。因此,该文首先提出船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制策略,其实施于锁相环确定的船电两相同步旋转坐标系中,可在无预同步的前提下完成岸电变流器无冲击自整步并入船电系统,同时通过幅频电压-矢量电流级联闭环完成对船舶岸电变流器输出电压幅值和频率的有效调控。然后,建立构网型电流矢量控制数学模型,并基于此分析控制带宽对控制系统相位稳定裕度、电压跟踪能力以及对负载电流的抗扰能力。最后,通过Satrsim MT 8020硬件在环测试,验证了所提构网型电流矢量控制策略的有效性。

三相交错并联直流变换器母排低电感设计

由于开关器件频率的提升和电压等级的提高,功率回路中的杂散电感引起的冲击电压影响越来越受到关注。为解决在高频器件下因母排杂散电感引起的冲击电压过高的现象,将以往研究中的解析法建模和部分元等效两种方法结合起来建立能同时反映结构参数作用机理并反映各部分电感对冲击电压影响的综合电感模型。利用模型按照叠层方式设计、基础尺寸设计和器件布局设计3步设计了一款用于三相交错并联直流变换器的叠层母排。对于其中有着复杂影响效果的结构参数,将数学模型代入双层规划算法,进行了参数寻优。最终设计了一款低杂散电感、低冲击电压母排,并通过双脉冲实验验证了设计的有效性和模型的准确性。

面向电气化铁路牵引供电的光伏发电分相电流控制策略

充分利用电气化铁路沿线太阳能禀赋,不仅可以为电气化铁路牵引供电提供清洁能源,也可以促进光伏发电的就近消纳。文中提出一种面向电气化铁路接入的光伏发电分相电流控制策略。该分相电流控制策略实施于三相静止坐标系,通过对分相电流的调节实现对光伏发电的并网控制;同时,考虑变流器容量约束,在保证光伏功率全额输出的前提下,充分利用变流器裕量输出负序电流供给单相牵引负荷,降低电气化铁路并网接入点的电流不平衡度,可在无需相序分离的条件下实现光伏发电的并网发电与负序补偿的统一控制。最后,基于RTLAB实验平台验证了所提控制策略的有效性。

主编寄语

作为可再生能源调峰电力,集成大容量储热的太阳能热发电将在我国构建以新能源为主体的新型电力系统过程中发挥重要作用,也是实现我国未来能源结构升级以及“碳达峰、碳中和”目标的关键途径之一。随着近十年来国家对于可再生能源领域的大力发展,目前我国太阳能热发电装机规模已跃居增量世界第一、总量世界前列的位置,自主化技术与国际先进水平的差距显著缩小。另外,以大跨度变工况、强瞬态随机性以及大热力迟滞为特征的太阳能热发电系统,具有通过光热有序转化、多过程匹配、能量梯级利用、高参数储能等途径,进一步实现能效提升与成本降低的巨大潜力,必将在调峰电源刚性需求、国内外电力市场竞争等方面迎来更大的机遇。然而,太阳能热发电技术仍面临初投资成本高、全年发电效率低、主动灵活调控难等问题尚未完全攻克,致使其特有的调峰优势难以充分展现。实现太阳能热发电系统的高效、低成本利用,仍面临重大的理论和技术创新需求。值得欣慰的是,近年来,我国涌现出了一批高效太阳能光热转化、先进热力循环和多能源互补的新理论、新方法,在高效低成本太阳能热发电关键技术上取得了一系列重要突破。

面向铁路牵引供电网的光伏发电混合电流控制

随着低碳化交通的持续发展,铁路交通沿线所蕴含的太阳能资源禀赋开发利用势在必行。利用铁路沿线空间资源实施光伏发电,不仅可为铁路牵引系统提供清洁电力,也可拓展新能源发电消纳空间。因此,文章提出面向铁路牵引供电网的光伏发电混合电流控制策略。该控制实施于三相静止坐标系,构造由传输光伏功率所需的正序电流分量与补偿牵引负荷所需的负序电流分量的混合电流受控目标,实现光伏逆变器的并网发电与负序补偿的统一控制。同时,该控制策略可在无需相序分离与提取的条件下,完成对单相牵引负荷负序电流的补偿,增强高压侧电网电能质量。最后,在RTLAB硬件在环试验平台验证了文章所提控制策略的有效性。

氢能与弓网并联供电系统的无缝切换控制方法

氢动力机车的氢能系统在并/离网切换时存在暂态过程,影响切换效果。文章提出了一种氢能与弓网并联供电系统的无缝切换控制方法。该方法将氢能供电侧Boost变换器并网状态与离网状态下的受控功率目标相联系,制定了Boost变换器统一功率指令配置策略,可实现Boost变换器受控功率目标对氢能与弓网供电系统并/离网状态的自适应调节,进而保证了并联系统的直流母线电压的稳定。该方法无需检测弓网侧AC/DC变换器状态,实现了氢能供电侧Boost变换器在并/离网控制状态下的平滑切换。通过分析下垂系数、直流母线电压和最小受控功率目标的关系,给出了氢能供电侧Boost变换器的最佳下垂系数设计方法。最后进行了RTLAB硬件在环试验,验证了所提方法在不同负载工况下稳定直流母线电压和实现氢能系统并/离网状态的平滑切换的有效性。

长三角地区加氢站发展现状、障碍分析及对策建议

[目的]为促进我国实现碳达峰、碳中和目标,深入推进生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,发展氢能产业有着重要意义。加速发展加氢站是实现氢能源全链条的关键,是实现氢能产业健康、迅速发展的重要保障。由于长三角地区石化和化工企业氢能消费规模大,氢燃料电池汽车等发展迅速,促进加氢站发展及网络建设是氢能推广的重中之重。[方法]通过文献研究法、个案研究法、调查研究法、经济性测算等研究方法分析长三角地区加氢站建站审批流程、政策环境等现状,识别制约长三角地区加氢站建设发展的障碍。[结果]由于氢的能源属性缺乏法律支撑,建设标准缺乏指导性,多部门协作机制不健全等因素制约了加氢站的建设,阻碍了氢能产业的发展。[结论]应健全氢能有关法律法规,明确氢能“危化品”与“能源”的边界条件,完善加氢站建设标准及审批流程,集中力量攻关核心技术,增加财政补贴扶持力度,加速推广燃料电池汽车,促进氢能产业发展。

高精度无损质子交换膜燃料电池膜电极Pt载量与分布测试方法

随着质子交换膜燃料电池商业化的推进,为提高膜电极制造的可重现性,保障膜电极制造工艺的产品控制,需要Pt载量和分布无损高精度在线检测提供技术支撑。根据欧姆定律与焦耳定律,利用质子交换膜燃料电池膜电极在直流激励电压下产生的电流密度和热分布信号可以对膜电极电阻进行分析,通过膜电极Pt载量与其电阻的关系就可以实现膜电极Pt载量和空间分布分析。通过不同直流激励电压下电流测试,证明了膜电极电阻与Pt载量反相关,Pt载量定量表征精度为0.0008~0.0025 mg/cm2;利用红外热成像法对直流激励电压下膜电极热分布信息的采集成功实现了Pt载量分布的定性分析;最后,通过直流激励前后膜电极性能的对比证明了该方法对膜电极性能是无损的。高精度无损的直流激励测试方法可以实现膜电极Pt载量的高效在线测试,提高膜电极质量和制造效率,降低膜电极制造成本,对于质子交换膜燃料电池大规模商用具有重要意义。

碱性水电解槽关键材料研究进展

绿氢需求的快速增长对制氢电解槽提出了低成本、高电密以及适应低/变负载运行和快速/频繁启停的要求。碱性水电解制氢是当前低成本电解制氢的首选方法,但其电流密度低且设备庞大,难以适应可再生能源的电力波动性。碱性水电解的进一步发展面临着关键材料性能提升、电解槽优化设计和运行调控等方面的技术挑战。本文在介绍碱性水电解基本原理的基础上,梳理了限制碱性电解槽电流密度和负载运行范围的关键材料的研究进展。针对电解槽运行控制,阐述了反向电流对电极材料的影响与缓解策略,最后展望了碱性水电解制氢技术发展前景与挑战。

未来能源体系重要组成——氢能

1800年,英国科学家威廉·沃尔夫发现了水可以通过电解分解成氢气和氧气的原理,这标志着氢能的起源。随后,19世纪初威廉·格罗夫斯提出的燃料电池为氢能利用提供了理论支持。20世纪初,氢气被广泛应用于气球、火箭等领域,而燃料电池的商业化应用则始于20世纪中叶,然而受限于技术和成本等问题,发展相对缓慢。二十世纪70年代的石油危机引发了人们对替代能源的迫切需求,推动了氢能技术的研究和应用。

基于氙灯阵列-光纤束的高密度能流的3D空间投射

传统太阳模拟器由于其相对固定结构的制约,输出光斑的大小和形状难以调节。在太阳模拟器中使用了柔性光纤束来传输高强度的光流,并通过CCD(电荷耦合器件)相机等设备测量了不同空间布置下模拟器的输出能流密度分布。研究结果表明通过调整光纤束的空间布置和氙灯功率,可获得特定的光斑形状和能流密度分布,从而实现3D空间内对输出光斑的灵活调整。