严寒地区空气源热泵耦合电磁能系统模拟运行研究

目的 为了促进空气源热泵耦合电磁能供热系统在严寒地区住宅建筑中的应用,研究该系统的运行性能和稳定性。方法 以沈阳地区某住宅建筑为例,应用Trnsys软件建立了空气源热泵耦合电磁能供热系统仿真模型,并用实测值对模型进行了验证;深入探讨空气源热泵耦合电磁能供热系统在供热期的运行特点,并与空气源热泵和电磁能供热系统分别进行比较。结果 空气源热泵耦合电磁能供热系统模型可靠,相对误差可以控制在15%以内;在供热期,室内平均温度可保持在17.97~21.84℃;空气源热泵耦合电磁能供热系统比电磁能供热系统的COP提高了59.17%,空气源热泵耦合电磁能供热系统CO_(2)减排量比空气源热泵和电磁能供热系统分别提高1.47%和59.50%。结论 空气源热泵耦合电磁能供热系统运行和COP变化更为稳定,系统环境效益更佳,室内热舒适性更高。

深部地热能系统主要挑战与耦合储能的增强型创新开发模式

中国在中低温地热能直接利用方面早已领先全球,但在深部地热能发电方面却发展缓慢。深部高温高压环境下岩石渗透性降低,深部地热能开采需要建立工程型地热系统(Engineered Geothermal System,EGS),通过水力压裂对储层进行改造,以获得具有较高渗透性的人工地热储层。由于目前常用的深部地热能储层改造技术主要借鉴油气增产领域的水力压裂工艺,在热储改造效果、地震风险控制、高效取热等方面受到限制。首先总结深部地热能水力压裂的特点为:裂缝破坏主要以剪切机理为主;冷水回灌引起的温差效应产生拉应力会促使裂缝向更远处扩展;持续的注水使注入井井筒压力高于地层压力,有助于保持裂缝处于张开状态。因此,EGS水力压裂不需要使用支撑剂,与依靠支撑剂的油气井增产压裂完全不同。同时,系统剖析EGS面临的发电产能低、注采连通差、诱发破坏性地震以及无补贴难盈利4大难题与挑战。从创新压裂和循环利用层面提出耦合储能的增强型创新开发模式(Regenerative Engineered Geothermal System,REGS),通过数值模拟研究REGS的优点。结果表明,采用水平井非等距、非等面积、非等注水量分段压裂,可以提高注水井与生产井的连通能力。通过优化压裂工艺,采用多段压裂模式,每次压裂初始期间快速提高注水速率,而后期缓慢降低注水速率,避免井筒压力的突然波动,可以达到控制诱发地震震级的目的,避免产生实质性伤害地震。结合可再生能源大规模地下存储,既能实现多能互补,又能提高REGS项目生产寿命和盈利能力。研究成果有助于为我国深部地热能热电联产和储能一体化技术的试点和标准化推广奠定基础。

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

2000-2020年黄河流域水-能源-粮食系统耦合协调时空演变特征

[目的]探讨黄河流域水—能源—粮食系统的耦合协调时空演化特征,可为定量评估流域高质量发展和区域可持续发展提供科学依据。[方法]通过耦合协调度模型分析水—能源—粮食系统的综合发展水平和耦合协调特征,并利用灰色关联度对各子系统内部指标进行排序,进而判断对水—能源—粮食系统耦合协调度的影响程度。[结果](1)黄河流域水—能源—粮食系统的综合发展指数呈上升趋势,水资源子系统波动幅度最大。(2) 2000—2020年黄河流域水—能源—粮食系统耦合协调度从初级协调向良好协调阶段发展;不同省区间的系统耦合协调发展水平差异较为明显,整体上可表现为上游地区>中下游地区。(3)各子系统与系统耦合协调度的影响程度排名可表示为水资源子系统>粮食子系统>能源子系统,其中水资源子系统内部指标与系统耦合协调度关联度均在85%以上,水资源子系统相对其他子系统的严格管理尤为重要。[结论]水—能源—粮食系统的耦合协调发展水平有待提高,为促进系统协调发展和流域高质量发展应综合考虑各子系统的相互作用关系。

海水淡化厂与区域水-能耦合系统的协同调度

海水淡化厂具有能量密集、运行灵活的特点,是理想的电力需求响应资源。然而,现有关于淡化厂与电网协同运行的研究大多关注电网和淡化厂的一体化调度、无法适应双方自主决策的工程场景,对淡化厂运行约束的刻画也比较粗糙。该文研究反渗透淡化厂与区域水-能耦合系统(waterenergy nexus,WEN)的协同运行方法。首先,考虑淡化厂的生产流程、调节特性和运行约束,分别建立传统及新能源淡化厂的水-能管理模型;其次,在保障两类淡化厂和区域WEN自主决策和信息隐私的条件下,提出以双方调度计划互动为载体的“激励型”和“价格型”两种协同运行机制及调度模型,并提出基于二阶锥松弛和McCormick包络的求解方法。用算例验证所提协同运行机制、调度模型及求解方法的有效性。

真实问题导向下高校教学科研服务一体化办学机制研究——基于系统耦合理论的视角

在教育领域综合改革不断深化的背景下,如何充分履行人才培养、科学研究、社会服务的三大重要职能,打造三者深度融合、协同联动、集约高效的办学机制,以此提升高校办学水平,是高校面临的重要问题,也是难题。文章以辽宁大学实施的社会现实场景真实问题贯通的人才培养、科学研究、社会服务一体化办学机制为研究案例,运用系统论和系统耦合理论,遵循“要素-结构-功能”的逻辑,从理论与实践两个层面对大学这一系统进行分析,揭示出真实问题导向下高校办学机制的价值意蕴、内涵要义、运行机理及实践逻辑,为高校办学特别是国家教育科技人才“三位一体”发展提供理论支撑与实践借鉴。

光纤耦合光学系统的单模耦合效率研究

单模耦合是光纤耦合光学系统中的关键技术,当前单模耦合过程中还存在一些难题,直接影响单模耦合结果,为了获得更优的单模耦合结果,对光纤耦合光学系统的单模耦合效率进行分析和研究。首先根据单模耦合原理设计了光纤耦合光学系统,并设计了发射端与接收端,然后构建光纤耦合光学系统的单模耦合模型。测试结果表明,设计系统的单模耦合模型优越性十分明显,耦合效率得到了明显提升,为相关光纤耦合光学系统提供了有价值的参考意见。

山地旅游目的地“三生”系统耦合协调时空演化分析——以贵州省为例

以贵州省9个市(州)为例,构建“生产—生活—生态”系统耦合协调评价指标体系,运用加权TOPSIS法对该区三大系统的综合发展水平进行评价,再基于重心模型和耦合协调模型分析“三生”系统的时空耦合态势。结果表明:(1)研究期内,贵州省各市(州)“三生”系统的发展水平不一致,其综合评价指数差异显著。(2)“三生”系统的重心一直位于贵阳市境内,但偏移方向有所不同;“三生”系统两两之间空间耦合性从高到低依次为“生产—生活”系统、“生活—生态”系统、“生产—生态”系统。(3)从时间上看,“三生”系统耦合协调度以波动上升和保持稳定为主,空间上呈现出以贵阳、遵义为核心的“核心—边缘”式结构特征。

金融结构对科技金融耦合系统脆弱性的影响

随着科技与金融耦合的不断深入,对其负向作用及脆弱性的研究不容忽视。运用熵值法对我国2006—2020年省际科技金融耦合系统脆弱性指数进行测算,在此基础上引入金融结构,检验金融结构对科技金融耦合系统脆弱性影响的本地效应及空间溢出效应。研究发现:(1)各地区金融结构市场化程度呈上升趋势;(2)总体而言,金融结构市场化水平提高有利于改善系统脆弱性;(3)不同经济发展水平、金融结构对系统脆弱性的影响效果不同;(4)全国层面,金融结构正向空间溢出效应会加剧周边地区系统脆弱性,分地区层面,东部地区金融市场占比增加会带动相邻省份系统脆弱性改善,而中西部地区反而起到加剧作用。因此,应推动金融市场发展、完善银行中介服务。

海上浮式风机多体系统耦合动力模型研究

海上浮式风机是近年来随着海上风电的快速发展,为了捕获深海更丰富、更持久的风能而提出的一种风力发电装置,已成为当今风能开发的主要方向。作为一种多体系统,由于海上浮式风机结构特殊,加上环境复杂,对其进行准确的计算和分析尤为重要。本文对海上浮式风机的耦合动力模型进行了研究,建立了复杂工况下Spar型海上浮式风机改进的14-DOF耦合动力模型,包括气动力模块、水动力模块和结构分析模块等,用于扩展其适用范围和准确计算风机的动力响应,并通过数值仿真对所建模型进行了分析和验证。主要的改进有:不对平台和塔架的转动角度作小量近似,扩展其适用范围;考虑角速度和欧拉角速度的换算关系,不作等化处理。此外,所建模型考虑风机叶片扭转角对叶片变形的影响,得到了较为准确的叶片面内外响应。同时采用线性势流理论对水动力进行计算,较之Morison方程适用性更广。仿真分析表明,本文所建模型可以更准确地计算海上浮式风机系统的动力响应,且具有更广的适用范围。

基于耦合协调模型的地面集输系统能效对标研究

为提高地面集输系统的综合用能水平,充分挖掘内部节能潜力,在构建集输系统能效对标评价体系的前提下,通过改进层次分析法和熵权法对各级指标权重进行了计算,采用博弈论组合赋权方式对指标权重进行赋值,并利用耦合协调模型表示不同子系统间用能水平的协同发展趋势,最后基于现场实例验证了模型的准确性。结果表明:加热炉用能水平的权重为0.5084,对综合用能水平的影响最大,其次为泵机组用能水平和管道用能水平;耦合协调度越高,集输系统的综合用能水平越高。通过多种措施实现了对标和追标工作,优化调整后,预计节约燃油、电和各类维修费用共计1.39亿元以上,节能效果显著。

电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度

针对我国电氢供需时空分布不均导致新能源利用率低、系统运行成本过高等问题,提出一种电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度方法。首先,根据送、受端区域的能源供需特征、电/氢子系统运行特性及甲醇氢载体属性,设计电-氢耦合系统跨区协同运行机制和调度框架,提出电能-甲醇联合输运下的送、受端供需平衡模型,充分利用甲醇的灵活储运能力促进新能源跨时空消纳;然后,构建电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统双层优化调度模型,考虑长时间尺度下的电、氢能量平衡,以天为调度尺度建立上层模型,确定甲醇输运和机组起停方案;考虑短时间尺度下的电力平衡、氢供需平衡约束,以小时为调度尺度建立下层模型,确定送、受端系统各小时的运行计划,从而实现异质能源的跨时空协同互补,保障送、受端区域多时间尺度能量供需平衡;最后,基于改进的HRP 38系统进行仿真分析,结果表明电能-甲醇跨区协同输运能够显著提高系统经济运行水平,促进新能源规模化消纳。

一种临空经济区复合系统耦合协调发展度评价模型——以江苏淮安为例

通过分析临空经济与区域经济复合系统的耦合作用机理,构建了临空经济与区域经济复合系统耦合协调发展度评价模型,并对江苏省淮安市2011~2019年间临空经济和区域经济两者间关系进行实证研究。结果表明:淮安市临空经济和区域经济间耦合协调发展度具有一定波动性,但整体上呈现稳步上升态势;淮安市临空经济和区域经济发展的耦合关系从低水平耦合发展到良性耦合,耦合协调水平由初期的磨合阶段发展到目前阶段的良好协调状态。

基于文献计量的人地系统耦合研究动态及热点

为深入探究人地系统的研究动态及热点,借助VOSviewer可视化软件,基于Web of Science Core collection(WoSCC)数据库,对1994—2023年国际上人地系统耦合相关文献的逐年发表数量、主要研究力量、关键词共现情况及突现词等进行可视化分析,并运用活力指数(activity index,AI)和吸引力指数(attraction index,AAI)评价不同国家在该领域的研究效率和学术影响力。研究发现:(1)人地耦合研究分为三个阶段:起步阶段(1994—1999年)、波动增长阶段(2000—2008年)、快速发展阶段(2009—2023年),研究数量、尺度及方法都在不断提升。(2)中国在人地耦合领域的研究强度呈现迅猛增加的趋势,但学术影响力及国际合作仍有待加强。(3)城镇化背景下的生态系统保护、修复及管理是当前人地耦合领域的研究重点,未来应尤其注意中、大尺度的多要素、多系统耦合分析方法、框架及模型的研发,同时以要素间、系统间的耦合机制为科学基础,构建以自然保护为根本、社会高质量发展为目标、政策制度为重要手段的自然-经济-社会系统一体化管理模式。此外,应加强耦合理论、方法的实践应用,结合实例对耦合相关理论进行验证、优化与总结。结果将为人与自然协调发展的相关战略、规划和政策的制定提供参考。

京津冀地区水-能源-粮食系统安全耦合协调发展特征评价

以京津冀地区为研究区域,选取28个代表性指标,利用层次分析法构建水-能源-粮食耦合安全综合指标体系,运用耦合协调度模型和障碍度模型分析2000-2020年水-能源-粮食系统耦合安全性和影响因素。研究结果表明:京津冀地区水安全、能源安全和粮食安全系统综合评价指数呈整体上升的趋势,其浮动范围为0.3~0.7;水-能源-粮食系统耦合协调度年际间均呈上升趋势,北京市耦合协调度最高,河北省耦合协调度较低;人均水资源量、废水中COD排放量、人均能源消费量和亩均农用机械总动力为京津冀地区主要障碍因子。未来北京应调整用水结构、挖掘节水潜力。天津市和河北省要注重优化能源消费结构,进行低碳技术创新,加大脱碳步伐,其中河北省农业发展需要进一步采取节水灌溉措施、减少农作物受灾面积。

硅基三维异构集成射频微系统的多物理场耦合仿真与设计

利用硅基三维异构集成工艺设计一款射频微系统,以满足设备对射频模组高性能、小型化的需求。为了在设计初期充分评估该微系统的潜在可靠性风险,根据工艺特征以及产品在多物理场中的耦合现象,建立一种面向硅基三维异构集成工艺射频微系统的多物理场一体化仿真流程,逐一分析所涉及的电-热耦合和热-力耦合过程,预判产品在工作条件下的热学和力学特性,为设计环节提供针对性的指导,预先规避可靠性风险,从而有效提高一次性设计成功率。

基于耦合分析的热流系统协同设计

作为综合能源系统的一部分,热流系统通常在稳态假设下设计其物理系统,在此基础上设计控制器.这种方法忽略了系统与控制器设计间的耦合关系,导致系统暂态性能不佳.为此,本文提出一种协同设计方法,以系统总质量、熵产率以及控制效果为设计度量,基于热流系统数学模型及其熵产率模型,结合嵌套设计方法和同步设计方法完成系统设计.考虑到设计过程中设计参数多、变量范围大的问题,引入时间序列模式距离,构造相关度度量函数来分析物理系统与控制器之间的耦合关系,从而减少非耦合参数.同时,利用数据分析方法进一步缩小了待设计参数范围.为验证方法的有效性,以一个理想热流系统为设计实例,仿真结果表明,通过相关度度量函数及其数据分析,可以将设计参数个数减少66%,选取范围缩小26%.相比于传统顺序设计方法,经过协同设计方法设计的系统控制误差可减少29%,且设计控制器抗扰能力也优于频域方法和SIMC方法.

转子-机匣耦合系统碰摩非线性特征研究

转子-机匣碰摩问题是航空发动机中最常见故障之一。在临界转速附近,转子振动幅值会急剧增大,超过转子-机匣初始间隙就会引起碰摩。为了进一步探究碰摩机理,建立了考虑阻尼的非线性碰摩力模型并将其耦合在转子-机匣系统模型中,采用四阶Runge-Kutta法求解,给出了不同转速下转子-机匣系统的响应分岔图,研究了转子-机匣系统的振动响应。同时,分别讨论了碰撞恢复系数、碰摩间隙对转子运动和碰摩力的影响。结果表明:碰撞恢复系数减小会导致转子-机匣嵌入深度增大,从而导致碰摩力增大。碰摩间隙会改变碰摩的频率,且随着间隙的减小,碰摩的频率增大。

深海采矿转场工况平台——水下系统耦合动力响应特性研究

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数整定,优化动力定位系统推力。考虑动力定位系统,计算水动力和采矿平台—输浆管—中继站的频域响应和平台—水下系统耦合时域运动响应,计算得到了平台时域运动响应、水下系统动力响应及动力定位系统推力响应。结果表明:建立的一体化耦合动力分析模型是可行的,可以有效预报平台及水下系统响应;转场0°浪向动力定位系统可以有效控制平台运动;中继站运动较小,输浆管轴力较大,建议将输浆管的浮力材料移动到流速较小的水下范围,可降低拖曳力,有利于输浆管的强度性能。

考虑新能源爬坡的风光火耦合系统源荷匹配性分析及容量优化配置

风力发电、光伏发电与火力发电经同一点并网形成耦合系统,是我国北方地区发电侧灵活性调节电源与新能源间高效、低碳协同的一种形式.考虑区域新能源爬坡特性,结合源荷匹配分析,发掘和利用其规律,研究风光火耦合系统的容量优化配置方法,为耦合系统规划提供参考.首先,简述耦合系统运行模式和不确定性处理方法;其次,考虑耦合系统风光互补、爬坡事件和关键负荷特性,选取并提出相关指标用于源荷匹配评价;再次,考虑源荷特性、匹配、成本和收益等约束,建立耦合系统容量优化配置模型;最后,基于辽宁地区实际数据进行算例仿真,得到该地区耦合系统风、光的最优安装容量,并分析上述源荷相关因素与容量优化配置结果之间的相互影响,为新能源最优容量配置提供了参考与建议.