基于熵理论的能量调节性能研究

在高比例风、光接入背景下,电力系统面临日益突出的能量调节压力。当下,储能作为构建新型电力系统的重要支撑面临配置成本高,利用率不足等问题。本工作基于克劳修斯熵理论,构建出一种可用于量化及评价能源系统能量-时间解耦能力的物理量——功率熵,系统研究了功率熵与功率、时长、容量等储能配置关键决策变量间的内在关系,发现功率熵与多种关键决策变量间具有一致的正相关关系,可用于衡量储能综合调节性能,同时功率熵还兼具体现储能功率时序特征的功能。基于功率熵所展现的特性,本工作建立了基于功率熵的电力系统储能配置优化分析方法,并通过模拟案例分析对功率熵在储能配置优化中的作用进行了验证。结果显示,在不同的储能配置下,系统功率熵增不同,系统优化方向是由储能引入系统的功率熵增逐渐减小的方向,也即储能调节性能冗余逐渐减少的方向。功率熵的概念为未来电力系统的储能配置优化,乃至综合能源系统内部多种能源形式的配置优化提供了一种新思路。

克劳修斯熵在多时间尺度储能配置问题上的应用

“功率熵”能够定量反映多尺度储能配置的特性差异。采用2种正弦功率曲线合成的功率曲线,重点研究了调频、调峰以及跨季节调节等储能应用主要场景的熵值差异和特性。结果显示:功率熵能够有效体现不同时间尺度储能特性的差异;调频、调峰2种调节类型宜采用2套储能组合配置;对于频率和幅值差异在2倍以内的2种调节类型,则宜采用1套储能配置整体调节。该研究从理论方面探索了多时间尺度储能配置的方法和依据,揭示了多时间尺度问题的本质差异,有助于形成科学的最优储能配置、调度和优化方案。

超疏水复合涂层的机械性能研究进展

超疏水表面具有杰出的防润湿特性,在防水、防污、防冰、自清洁等众多领域均具有极高的应用价值。超疏水复合涂层具有适用基材广泛、易加工施涂、成本低廉等诸多优势,是当下极具实用化前景的超疏水表面构建技术,然而涂层普遍较差的机械性能极大地限制了其在生活中的实际应用。总结并对比了超疏水表面的构建方法,简要介绍了影响超疏水涂层机械性能的条件和机制,综述了近年来国内外科研工作者在提升超疏水复合涂层机械性能方面取得的进展。重点关注了提升高分子材料与微纳米级颗粒物填料间的结合性及二者的固有机械性能,优化涂层表面微纳米形貌,引入自修复表面机制等技术手段。主要介绍了可提升涂层机械性能的新型高分子材料及微纳米颗粒物填料,以及可优化涂层表面形貌、增强涂层材料间结合的新型施涂工艺。最后,对研究中普遍存在的问题进行了总结,并对具有优异机械性能的超疏水复合涂层材料的发展趋势进行了展望。

基于液体催化燃料电池的葡萄糖电解制氢性能分析

以葡萄糖为原料,利用液体催化燃料电池搭建生物质电解制氢系统,并对磷钼酸催化氧化葡萄糖电解制氢的性能进行分析。结果表明,当将浓度为0.2 mol/L的磷钼酸与质量浓度为15 g/L的葡萄糖混合溶液在120℃下连续加热24 h后,葡萄糖的有机物降解率达到43%,混合溶液连续进行5次加热-电解循环后,葡萄糖中有机物降解率可达到71%。将首次加热后的混合溶液在恒电压1 V下测试电流-电压曲线,初始电流密度和产氢量分别可达到191 mA/cm^2和175 mL。

电解葡萄糖制氢能耗分析

新型高效生物质电解制氢技术通过使用杂多酸作为催化剂和电荷载体,能够将几乎所有的生物质原料直接电解得到氢气,效率高、能耗低,具有极大的应用价值。本文搭建了以葡萄糖为原料的生物质电解制氢实验系统,并构建了制氢能耗的物理模型,从制氢速率和能量转化率两方面研究了电解葡萄糖的制氢性能。实验结果表明:采用该技术的制氢速率可达58.88 mL/min,计算得到制氢电耗为2.132 (kW·h)/m^3,能量转化率可达10.465%,其中在预处理阶段能耗最大,约占总能耗的73.187%;通过分析各部分能耗的特点,提出改变泵运行策略,利用太阳能等可再生能源进行预处理,可极大地提高能量转化率。

硫化铁/硫化钴复合材料的合成及催化应用

采用两步法合成了Fe/Co双金属硫化物硫化铁/硫化钴(FeS_(2)/CoS_(2)),并对其相应的电催化析氧性能进行了研究。催化实验结果显示,FeS_(2)/CoS_(2)催化剂具有良好的催化活性和催化稳定性。当电流密度为10mA/cm^(2)时,与FeS_(2)、CoS_(2)和两金属硫化物的混合物FeS_(2)-CoS_(2)等催化剂相比,FeS_(2)/CoS_(2)需要相对较小的过电位(370mV)、具有较小的塔菲尔斜率值(69mV/dec)和更好的催化性能。

葡萄糖循环电解制氢性能研究

为了研究葡萄糖循环电解制氢性能,在液体催化燃料电池的基础上,搭建了葡萄糖电解制氢系统,对比研究了加热反应时长及反应次数对系统电解制氢性能的影响。结果表明:阳极电解液在120℃下加热24h后,电解制氢系统在常温及1V恒电压下的初始电流密度可达232mA/cm^2,且首次电解制氢的制氢量达到173mL。当阳极电解液在相同温度下加热不同时长时,随着加热反应时长缩短,葡萄糖的制氢效果逐渐变差;随着阳极电解液循环加热反应次数增加,虽然系统的制氢量逐渐减小,但分解后的葡萄糖仍有一定的制氢效果,验证了葡萄糖循环电解制氢的可行性。