计及不确定性的风光抽蓄发电系统容量优化

风光等新能源的大规模利用是实现双碳目标的重要途径,其不确定性影响电力系统稳定运行和对新能源的消纳能力。对此,本文提出了一种计及不确定性的风光抽蓄联合发电系统容量优化配置方法。首先,采用不同的随机分布函数来描述风电、光伏发电的出力特性和负荷分布情况,建立了互补发电系统数学模型;其次,构建了基于信息间隙决策理论与熵权法的双层容量优化配置模型;最后,采用多元宇宙优化算法求解容量优化配置方案。算例结果表明,投资者可以根据投资意愿,对源荷不确定性采取不同的配置策略,所得的运行结果均能很好地满足不同运行模式和多种运行场景的要求;能有效地降低综合成本、提高新能源消纳能力,并且能保持抽蓄电站的长久运行。

旋流泵叶轮流道固液两相流动不稳定性分析

由于结构的特殊性以及固液两相存在的密度差,旋流泵在输送固液两相介质过程中,内部会出现多方面的不稳定性特征,基于Particle模型,运用ANSYS CFX软件对额定转速下旋流泵在不同流量下输送不同固相体积分数的多种工况进行了非定常数值模拟,分析了叶轮流道内的固相分布、压力脉动和叶轮径向力,从而深入了解叶轮内部不稳定性。结果表明:在C_(v)=5%体积分数下,0.8 Q_(d)、1.0 Q_(d)流量下叶轮流道内固相体积分布均匀,1.2 Q_(d)分布不均匀;在C_(v)=10%体积分数下,0.8 Q_(d)流量下分布均匀,1.0 Q_(d)和1.2 Q_(d)流量下分布不均匀;在C_(v)=20%体积分数下,0.8 Q_(d)、1.2 Q_(d)流量下分布均匀,1.0 Q_(d)分布不均匀;在C_(v)=20%、1.0 Q_(d)工况的一个旋转周期内,叶轮内部始终存在一个条形固相分布区域,且其旋转速度滞后于叶轮旋转速度。在1.0 Q_(d)流量下,随着固相体积分数的增加,各监测点压力系数幅值波动逐步变大;后缩腔监测点叶频处的幅值基本不变,叶轮流道内监测点轴频处的幅值逐步变大;在C_(v)=20%体积分数下,随着流量的增加,各监测点压力系数幅值波动先增后减,后缩腔监测点叶频处幅值逐步增大,流道内监测点轴频处的幅值先增后减。相同固相体积分数下,随着流量的增加,径向力逐步增大;不同固相体积分数下,随着体积分数的增加,0.8 Q_(d)流量下径向力波动不大,1.0 Q_(d)流量下波动逐步变大,1.2 Q_(d)流量下波动逐步变小。

气液两相条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响

为了研究电潜泵内部流动机理,从而改善高含气工况下电潜泵的气液混输性能,文中基于欧拉-欧拉非均相流模型,对不同入口含气率工况下叶片开孔前后的气液两相流动特性进行了数值模拟分析,探究了气液两相流条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响.结果表明,在纯水工况以及低含气率、小流量工况下,叶片开孔会降低电潜泵性能;但是叶片开孔可以改善电潜泵在大流量下的气液混输性能.叶片开孔后会改变叶轮内部压力分布,使电潜泵叶轮内部平均压力升高,进而改善叶轮内部流态.叶片开孔后会冲散气相聚集,使气体分布更加均匀,叶轮流道内涡核分布明显减少,减少了能量耗散.该研究为改善电潜泵气液混输性能提供了理论依据.

叶轮开孔参数对气液两相高速离心泵的影响

为保持高速离心泵在气液两相条件下的性能稳定性,采用CFD数值模拟方法探究不同孔径和位置叶轮开孔对高速离心泵的性能影响。结果表明:开孔泵的性能趋于稳定,随着入口含气率的增大,开孔泵的扬程逐渐降低。而原始无孔泵扬程随着入口含气率的增大而显著下降。因此,在入口含气率较大的情况下,开孔可以提高高速离心泵的性能;当入口含气率不足时,有孔泵的性能不如原始无孔泵,扬程随着孔径的增大而减小。当孔径为3.5 mm时,扬程衰减超过18%,因此孔径不应>3 mm;随着开孔孔径的增大,叶轮中的气体体积减小,而孔径越大,泵内的水力损失越大。因此在选择孔径时,必须在叶轮中的气体体积和泵的水力损失之间进行权衡;开孔的径向位置值越小,孔越靠近叶轮中心,水力损失越大;开孔的径向位置值越大,叶轮中气体体积就越大,在选择开孔的径向位置时,仍然需要权衡。对于所研究的高速离心泵,仿真结果表明,径向位置为14 mm和孔径为2 mm的选择是可取的,可以很好地平衡叶轮中气体体积和水力损失。

感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究

湿地具有固碳释氧、涵养水源等作用,改善水体交换能力是湿地研究热点之一,但关于潮汐变动水位条件下湿地水体调控措施的探究相对较少。以长江南京段绿水湾湿地为例,建立平面二维水动力模型,开展感潮河段城市湿地水动力模拟及改善方案研究。计算不同水文条件及闸泵调度方案下湿地流场,分析潮位变动对绿水湾湿地水动力的影响,分析不同闸泵调度措施对水体流动性的改善效果。研究表明,闸泵联合调度可使枯季大部分区域水动力明显增强,但仍存在主槽外坑塘等局部滞水区,需通过湿地植被重构的方式提高水体自净能力。对易暴发藻类的4—5月,闸泵联合调度可较好改善绿水湾内上游区域的水动力条件,对于改善效果并不明显的下游区域建议增设补水点,降低水体富营养化风险。本研究可为绿水湾湿地的设计、建设与管理提供科学依据。

双向柱塞泵双向缓冲槽结构优化设计

轴向柱塞泵的高低压切换通过配流盘结构实现,配流盘上的缓冲槽结构对于降低压力冲击与流量脉动至关重要。为了优化双向柱塞泵的缓冲槽结构参数,分析了缓冲槽结构对出口压力-流量特性的影响规律,计算了在单缓冲槽结构下柱塞泵转向调节时的压力-流量特性,得到优化构型。首先,对缓冲槽的构型与泵输出压力-流量特性的关系进行了理论分析,采用CFD方法对采用单向缓冲槽结构的整泵流场压力-流量特性进行计算,对缓冲槽结构参数与出口流量脉动特性的影响规律进行了研究;其次,对单向和对称式的缓冲槽结构的流场特性进行了计算,探究了在柱塞泵正、反转工况下,缓冲槽结构对配流特性的影响规律;最后,通过多目标优化算法寻优,计算缓冲槽的优化结构参数,降低了柱塞泵出口的压力-流量脉动。结果表明,对于需要同时应对正反转工况的柱塞泵结构而言,其配流盘缓冲槽结构需要采用轴对称构型,同时前后缓冲槽的结构参数保持一致将有助于获得更稳定的压力-流量特性;前后缓冲槽的优化后宽度角为82.3°,深度角为12.7°,优化后的压力脉动率为0.3%,流量脉动率为13.7%。

跨临界CO_(2)热泵单/双级切换性能优化对比分析

为提高跨临界CO_(2)热泵系统在不同地区采暖的能效和经济性,提出STSHPS(单、双级切换的热泵系统),并与BASE(单级压缩热泵系统)和TSHPS(双级压缩热泵系统)进行对比,通过建立各循环系统的热力学、环境性以及经济性模型,从不同角度进行分析。研究结果表明:设计工况下,环境温度为3℃时,双级压缩系统的C_(OP)(制热性能系数)大于单级压缩系统,即环境温度为3℃可作为单双级切换的条件;在乌鲁木齐采用STSHPS碳排放所造成的成本与BASE相比降低22%;STSHPS在单级压缩运行时采用2台压缩机交替运行的方式,初始成本经过折算与TSHPS相比降低26.9%—66.7%;在设备运行15 a后,3个城市的累计总费用,STSHPS与TSHPS和BASE相比降低5.3%—16.8%和1.8%—13.5%。STSHPS的能效、环保性能以及经济性均是3个系统中最好的,优势比较明显。

吸入涡形成机理及其对离心泵性能的影响

泵站运行在淹没深度较小工况下进水池内容易产生吸入涡,影响泵站安全稳定运行。为研究离心泵吸入管进口前吸入涡形成机理及其对过流部件的影响,本文采用可视化试验捕捉吸入涡动态发展过程,并结合数值模拟分析了吸入涡的诱因以及对叶轮性能的影响。结果表明:可视化试验验证了数值模拟吸入涡从初生、发展、强化到保持阶段的准确性。在计算工况下,进水池内会产生贯通吸入涡,空气沿“漏斗形”气柱进入吸入管,并以不断脱落的破碎气囊形式持续进入过流部件;吸入涡形成过程是具有一定周期性的能量聚集-维持-耗散过程,主要受大速度梯度影响;吸入涡携气进入吸入管,造成吸入管内部流动紊乱,流速分布均匀度及速度加权平均角均明显降低,导致叶轮轴向均匀入流假设失效,进而影响叶轮内部流动;吸入涡的发展与叶轮功率、效率有明显相关性,在其携气过程中,气相聚集导致叶轮流道内靠近叶片吸力面侧产生低速区,叶片正背面压差明显降低,叶片载荷分布不均,叶轮做功能力降低。

考虑台风时空特性的海上风电场群协同紧急防御策略

极端天气发生率逐年升高,威胁电网安全稳定运行。为解决极端天气历史数据抽样建模存在局限性、极端天气预测不准确和电网应对自然灾害防御吸收能力不足等问题,提出一种考虑台风时空特性的海上风电场群协同紧急防御策略。首先,基于Batts梯度风模型分析台风时空特性与影响机理,量化台风物理信息与海上风电场出力间的耦合关系。然后,以偏差考核区间内的紧急防御成本最小为目标函数,提出了考虑台风时空特性的海上风电集群多时间尺度两阶段随机优化模型。模型第一阶段基于台风预报信息定制出包含常规机组备用出力、抽蓄机组启停计划、储能电站出力、计划弃风/切负荷量的防御资源预调度策略,第二阶段将台风预报的不确定性纳入决策过程中,基于灵活分布式资源制定紧急防御调整策略。最后,通过算例验证了所提紧急防御策略的有效性与经济性。

原型水泵水轮机过渡过程可压缩空化流动模拟

在模型水泵水轮机空化两相流动模拟研究中,通常不考虑水流压缩性对压力脉动的影响,但在原型水泵水轮机过渡过程计算中,该影响显著。因此,提出了一种可压缩的空化两相流动模拟方法来同时考虑液态水和气液两相中间混合物介质的压缩性。在该模拟方法中,结合液态水的弱可压缩模型和气液两相中间介质的状态方程得到了依据流场压力分布对流体密度进行修正的计算模型。采用该密度修正模型对一个原型水泵水轮机的甩负荷过程进行了模拟,研究首次在机组甩负荷过程转轮高压进口回流涡中捕捉到了空化现象。此外,研究发现,空化和转轮进口回流涡的耦合作用诱发空载工况附近出现了低于5倍额定转频的高幅值压力脉动。

太赫兹时域光谱技术在材料科学领域研究进展

太赫兹时域光谱技术是一种研究材料中载流子超快动力学过程及光电导率特性的重要实验手段。近年来,随着材料科学的飞速发展,人们应用太赫兹时域光谱技术研究了包括二维层状材料、钙钛矿材料和碳基低维材料等新型材料中光生载流子、激子和极化子等粒子及准粒子在皮秒时间尺度上的超快动力学过程及在太赫兹波段的光电导特性。本文主要介绍近5年来太赫兹时域光谱技术在材料科学领域取得的最新研究进展,并对太赫兹时域光谱技术在材料科学领域的应用做出展望。

泥浆射流泵冲蚀磨损特性

为了研究泥浆射流泵的冲蚀磨损特性,基于欧拉-拉格朗日方法对泥浆射流泵内部的固液两相流动开展了数值模拟,重点对泥浆射流泵内部液固两相流的冲蚀磨损规律进行了研究。结果表明:泥浆射流泵喉管进口和喉管中后段是产生冲蚀磨损的主要部位,吸入室和扩散管未产生明显冲蚀磨损。颗粒质量流量从1 kg/s增大到1.8 kg/s时,泥浆射流泵最大冲蚀速率增大了93.7%;泥浆流速从2 m/s增大到5 m/s时,最大冲蚀速率增大了11.48倍;颗粒直径从200μm增大到450μm时,最大冲蚀速率先减小后增大。相较于颗粒质量流量和颗粒直径,泥浆流速对射流泵内表面的冲蚀磨损影响更大,但产生冲蚀磨损的主要部位不会随泥浆流速、颗粒质量流量和颗粒直径发生明显改变。研究成果可为射流泵的设计提供参考。

基于CFD-DPM的离心泵内颗粒性质对泵性能与磨损的影响

为揭示离心泵在输送固液两相流时颗粒密度和粒径对泵性能和磨损的影响,采用Realizable k-ε湍流模型(液相)和DPM离散相模型,对模型泵内固液两相流动进行定常数值模拟,研究固液两相流场中颗粒的运动轨迹以及磨损规律。结果表明:随着颗粒密度和粒径的增大,模型泵的扬程和效率均下降;密度、粒径越大的颗粒,其运动轨迹越易偏向叶片工作面;随着颗粒密度的增加,叶片工作面以及蜗壳内的磨损程度加剧,但是叶片背面的磨损减轻,颗粒相应地在叶片工作面和蜗壳外壁边缘聚集;随着颗粒粒径的增大,蜗壳整体磨损程度加重,其中蜗壳的隔舌区域、Ⅱ区域和Ⅵ区域磨损程度最严重;叶片整体磨损程度逐渐降低,且叶片工作面磨损程度大于叶片背面。

多交易模式下混合式抽水蓄能电站优化调控策略

“双碳”目标下,实现常规水电与抽水蓄能二者功能结合的混合式抽水蓄能电站是水力发电的新趋势,而如何制定合理的调控策略是混合式抽水蓄能适应电力市场发展的关键难点。因此,提出了一种适用于混合式抽水蓄能电站的多交易运行模式,同时根据常规水电与抽水蓄能的特点提出了混合式抽蓄电站内部协同调控方法。多交易模式下混合式抽水蓄能的常规水电部分实行峰谷电价结算、抽水蓄能部分实行两部制电价结算,同时允许电站保留容量电费参与日前现货市场出清。基于该运行模式和调控方法,以混合式抽水蓄能电站利润最大化和社会福利最大化为目标提出了双层优化调控模型。最后通过算例分析证明了所提模型的有效性,同时分析结果表明所提混合式抽水蓄能调控策略有利于实现水电资源的合理利用,对比不同单一交易运行模式电站利润至少提高1.2%。

负开口设计对于二维活塞泵机械效率的影响

二维活塞泵因其传动为滚动摩擦,适合在电静液作动器中作为动力元件使用。然而,使用轴配流形式的二维活塞泵会受到内泄的影响,在高负载下容积效率表现不佳,因此该泵经常采用负开口设计。为探究二维活塞负开口设计对于泵机械效率的影响,分别对泵的机械效率和腔内压力进行数学建模,探究负开口设计对于泵的腔内压力、输入力矩以及机械效率的影响。对比分析零开口和负开口两种二维活塞的试验,结果表明:二维活塞泵因其等加减速凸轮,使负开口设计对于其机械效率影响非常小,并且在2°遮盖量以内的负开口设计对于腔内压力的影响可以忽略,不需要担心困油效应,但又解决了内泄问题。

泵驱动的制冷剂相变冷板冷却系统实验研究

元器件的小型化和性能的提升使电子器件功率不断提高,优越的散热性能对于保证电子器件的可靠性具有重要意义。本文搭建了泵驱动的制冷剂相变冷板冷却实验系统,设计加工了4块不同材质(铜、铝)和流道高度(10、15 mm)的相变冷板,对散热功率为200~1000 W、热流密度为4.4~22.2 W/cm^(2)的集中热源在制冷能力为3~11 kW和不同热源位置时的冷板换热性能、阻力特性及泵功耗进行了研究。结果表明:相变冷板换热性能优越,在应对散热量为1 kW、热流密度为22.2 W/cm^(2)的集中热源时,传热系数最高可达26 kW/(m^(2)·℃),在系统总阻力小于20 kPa、制冷剂泵功耗小于20 W时可以实现模拟热源表面与制冷剂温差小于15℃,可以利用天然冷源进行散热,实现节能;相变冷板的换热特性可由翅片效率计算式和Kandlikar传热关联式进行描述,使用理论公式计算出的冷板温差与实际值偏差小于1℃,可以指导冷板流道设计。

电力市场环境下抽水蓄能电站容量电费定价与成本分摊方法

抽水蓄能电站作为一种有效的电力系统灵活性资源,将成为保障新型电力系统安全稳定运行的重要手段。制定合理的回收抽水蓄能电站建设固定成本方案是支撑系统运行、激励投资的关键问题。在抽水蓄能电站的市场化运行背景下,构建了抽水蓄能电站顺次参与现货-辅助服务市场的容量电费定价模型,实现以经营期内收支平衡为目标定期滚动核定抽水蓄能电站的待分摊成本。同时,考虑抽水蓄能电站容量电费的潜在分摊对象,提出采用效用比例VCG(Vickrey-Clarke-Groves)机制对抽水蓄能电站容量电费进行成本分摊,量化源荷侧分摊主体的替代效益,并将容量电费按比例分摊。实际系统算例的仿真分析验证了所提方法的有效性。

排气孔参数及叶顶间隙对除气泵性能影响的研究

以一种由半开式离心主泵和内置液环真空泵组合而成的新型半开式除气泵为研究对象,探究其离心叶轮后盖板开设的排气孔的参数以及叶顶间隙对此泵除气性能的影响,由孔径d、孔的径向位置r、孔的周向位置θ、叶顶间隙δ组成四因素三水平的9组正交试验方案,通过正交试验探究出各因素的最优组合方案,得到最终的优化组合方案为d=19 mm,r=70 mm,θ=20°,δ=0.6 mm。对比设计流量下优化除气泵与初始除气泵的除气率发现,优化除气泵的除气率提高了22.82%,达到了优化除气泵性能的目的。观察优化前后除气泵内流场的变化发现,优化除气泵离心叶轮流道内的气相聚集区域更少,湍动能更小,由此可见合理地布置排气孔以及调整叶顶间隙可以改善除气泵内的气液两相分布情况与流动状态,进而提升泵的性能。

氮气稳压对主泵运行的影响综述

随着小型模块反应堆的发展,氮气稳压方式得到广泛的关注和重视。通过对氮气稳压过程中的热力学分析,发现氮气稳压除具有体积小、结构简单、响应快速等优点外,使用氮气稳压的水循环在相等时间内补水泵启动补水的频率更小。基于国内外常规泵与核主泵两相流研究现状,从气泡析出、气泡迁移、气泡聚集以及对主泵性能影响等方面分析传统泵两相流与氮气稳压下的主泵两相流的区别。

能源转型下基于碳排放与新能源阶梯惩罚的抽水蓄能双层优化研究

伴随“双碳”目标推进,高比例新能源并网,火电有序退役,抽蓄作为灵活性调节资源加快建设,合理规划是确保电力系统多能源稳定、可持续转型的重中之重。首先,本文针对高比例新能源场景,开展抽水蓄能容量规划及调度优化方法研究,以系统各电源全寿命周期成本、碳排放和弃电惩罚成本最小化为上层优化目标,以系统各电源碳排放量和风光出力波动最小化作为下层优化目标,构建抽水蓄能双层优化模型。然后,本文研究了星鸦算法与遗传算法、灰狼算法各自的优劣性,通过对星鸦算法参数自适应优化,得到具备更佳寻优能力与速度的算法,结合CPLEX对双层优化模型求解。最后,通过引入碳排放与新能源弃电阶梯惩罚机制,对模型上下层优化目标起到促进作用。算例结果表明,该区域电网中抽水蓄能需加快建设约74.21%,火电需合理退役约40.79%,同时构建模型能够有效降低系统综合成本约5.80%,减少弃风弃光约20.43%,降低系统碳排放量约25.96%,平抑风光出力波动约1.18%,验证了模型的有效性与合理规划的重要性,为电力系统中长期规划提供参考。