铁锰复合阴极MFC-EF耦合系统产电及降解RhB效能

为实现微生物燃料电池(MFC)微电的原位利用,结合电芬顿(EF)技术的优势,构建MFC-EF耦合系统.为进一步提高该耦合系统性能,在Fenton催化剂铁的基础上引入类芬顿(Fenton-like)催化剂锰,制备出铁锰双金属复合阴极(FeMnO x/CF复合电极,其中CF指碳纤维刷),并与碳纤维(CF)无负载电极、Fe&Fe 2 O 3/CF复合电极对比,探究MFC-EF耦合系统的电化学性能及其对目标污染物罗丹明B(RhB)的降解效果.结果表明,铁锰复合电极成功负载了Fe和Mn的二元金属氧化物,提高了耦合系统的最大输出功率(5.47 W/m 3),降低了电池的内阻(109.00Ω),提高了RhB的去除率(91.60%)和矿化率(30.84%).此外,FeMnO x/CF复合电极摆脱了常规Fenton体系对阴极液pH的严格限制,扩大了MFC-EF耦合系统的阴极液pH范围.本研究实现了污染物处理过程中的资源再生和利用,有望为实际染料废水处理提供新的思路.

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。

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。

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%。

中国水-能-粮耦合系统协同安全发展战略研究

水是水-能-粮(WEF)耦合系统的核心要素,为保障国家粮食和能源安全,必须加强水资源管理,坚持水资源、能源和粮食协同安全发展。在系统总结国内外WEF耦合系统纽带关系研究进展、科学认识WEF基本内涵的基础上,分析了我国各省份水资源、能源、粮食开发利用过程中存在的问题,揭示当前WEF耦合系统发展面临的能源需求持续增长与能源安全结构性矛盾日益凸显、不稳定因素加剧粮食安全风险、资源不匹配带来水资源约束趋紧、高质量发展对水-能-粮-生提出更高要求四大挑战,围绕区域特点和高质量发展目标,针对性提出了区域可持续发展模式与策略。研究建议,在西北资源富集地区,通过“四水四定”、水权交易及调水工程缓解水资源短缺;在京津冀地下水超采区,优化粮食安全布局,强化水与能源协同调控;在东北粮食增产区,拓展粮食生产空间,保护水资源合理开发利用;在南方水资源丰沛区,深化农业供给侧结构性改革,统筹“水风光储”一体化开发,以期为实现绿色低碳的可持续发展路径提供科学支撑与决策参考。

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。

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。

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。

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。

基于多参数耦合模型的锂离子电池充电策略在智能物流系统中的研究进展

为有效优化锂离子电池充电行为,避免智能物流系统过量消耗电力信号,针对基于多参数耦合模型的锂离子电池充电策略在智能物流系统中的应用展开研究。定义多参数耦合模型表达式,在此基础上,研究锂离子电池的充电行为,并对其进行调节,根据点电荷存储量,确定锂离子电池的最大储能水平,从而实现基于多参数耦合模型的锂离子电池充电特性分析,再以充电效率、电池安全性、智能化充电三个因素作为切入点,研究锂离子电池优化充电策略在智能物流系统中的可行性。

基于多层元胞自动机的动态随机耦合映像格系统性能分析

基于多层元胞自动机的时空混沌系统设计了一款用于图像加密的伪随机数发生器.针对现有的基于耦合映像格系统仍存在参数空间有限、局部混沌行为等问题,本文提出一种基于多层元胞自动机的伪随机耦合映像格系统.在初等元胞自动机基础上设计出多层元胞自动机,将耦合系统与多层元胞自动机同时进行迭代,通过自动机的迭代输出得到耦合系统中每个格子的动态耦合方案以及伪随机扰动方法.本文通过分岔图、Kolmogorov Sinai熵和输出序列均匀性对耦合映像格系统进行对比分析,并分析了系统生成序列的随机性和任意两个格之间的相关性.理论分析和实验结果表明,与其它耦合映射格系统相比,该系统具有更好的混沌特性和更大的参数空间,系统生成的序列具有较好的遍历性、均匀性和随机性.研究结果表明该系统在密码学领域具有广阔的应用前景.

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。

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。

矿山太阳能耦合充填体热泵系统性能研究

太阳能热泵和土壤源的结合应用不仅大大提高了清洁能源的利用率,还能很好地解决土壤因冬、夏季负荷不平衡而导致的温度场降低问题。介绍了太阳能热泵系统的分类和存在的问题,提出太阳能耦合土壤源热泵系统的必要性。针对矿井条件,进一步提出了太阳能耦合充填体热泵系统的学术理念,分析了两者结合的可能性,并以石家庄为例用TRNSYS软件进行模拟。阐述了其在夏季与过渡季蓄热、在冬季供暖的运行模式,分析了输出结果以及该系统的利用价值。结果表明:相较无太阳能蓄热充填体温度场变化率为11.56%的情况,有太阳能蓄热时温度场变化率仅为3.67%。太阳能耦合充填体热泵系统中充填体总吸热量为304377.90 kW·h,充填体总释热量为222461.89 kW·h。相当于节省标煤27.36 t,减少二氧化碳排放68.21 t。为后续充填体储热及矿区热利用提供了参考。

浮动基多机悬吊系统动力耦合响应分析

为了研究浮动基多机悬吊系统在不规则波作用下的动力耦合关系,首先利用动量定理和动量矩定理建立了浮动基机器人动力学模型,其次利用达朗贝尔原理建立了悬吊系统的动力学模型,并提出了系统动力学的耦合关系分析步骤;最后结合实例,仿真分析了浮动基多机器人协调悬吊系统在不同波高、不同波长比和不同起吊速度下动力耦合响应过程。结果表明,该系统的理论研究进行了补充和完善,同时也为浮动基多机悬吊系统在实际的吊运过程中,判断安全的吊运环境提供技术支撑。

考虑逆变器谐波耦合的牵引传动系统机电耦合振动特性研究

作为牵引传动系统能量转换的关键部件,牵引电机在电气激励作用下会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用,从而产生机电耦合振动,威胁牵引传动系统的可靠运行。对此,基于双惯量模型对牵引传动系统机电耦合振动特性开展研究。首先,建立牵引电机的双惯量模型,依据此模型对其固有频率进行计算,并介绍了机械传动系统的同频受迫振动模态。其次,根据逆变器的开关特性,着重分析了脉宽调制(PWM)导致的边带谐波转矩对机电耦合同频共振的影响,探索逆变器的频率耦合产生的间谐波对机电耦合系统的影响。接着,以传递函数的形式对考虑双惯量负载的牵引传动系统进行建模,从频域角度对系统机电耦合共振特性进行理论分析。最后,利用硬件在环测试对所分析结果进行验证。

考虑能流-物流耦合的港口综合能源系统规划关键技术及挑战

能流系统和物流系统深度耦合是未来港口综合能源系统(port integrated energy system,PIES)的关键特征之一,开展考虑能流-物流耦合的PIES规划对港口绿色低碳转型具有重要意义。该文首先从传统港口、绿色港口、近零碳港口3个典型阶段展现PIES的形态结构演变,阐述其发展现状和趋势;其次,分析港口物流系统的用能时空可调性,探究PIES能流-物流耦合机理;在此基础上,分析并构建考虑能流-物流耦合的PIES规划一般性模型,提炼并对比跨(港)区级、港区级和码头级3个层级的PIES规划模型特点和建模要素,梳理并评述不同层级PIES规划关键技术的研究现状;最后,着眼于当前考虑能流-物流耦合后PIES规划中的突出问题,对其未来可能发展方向及挑战进行展望。

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。

基于参数自适应随机模型预测控制的风光氢耦合系统功率调控策略

针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对其系统功率平衡造成的影响,提出了一种基于场景分析法的参数自适应随机模型预测控制功率调控策略。根据风光氢耦合系统的能源供给架构建立了描述其动态特性的线性离散状态空间模型;通过场景分析法对系统不确定性进行描述,作为参数自适应随机模型预测控制的输入;在设计的参数自适应随机模型预测控制优化框架下,计及延长系统设备生命周期的目标进行优化。针对随机模型预测控制在优化过程中预测时域和控制时域固定不变的缺陷,提出参数自适应方法以获取更好的优化效果。结果表明:在优化系统功率平衡方面,所提控制策略相较于随机模型预测控制提高了6.25百分点;在减少可控设备大功率运行方面,所提策略相较于常规模型预测控制降低了60%,验证了所提策略能够有效解决风光氢耦合系统源荷两侧的不确定性。

数字经济与制造业深度融合的系统耦合互动研究

数字经济与制造业的融合发展,能够有效提升制造业的自动化、智能化和数字化水平,同时制造业也为数字经济的发展提供了具体支撑和应用空间。对数字经济与制造业融合阶段的理论模型和融合机理进行分析,建立了数字经济与制造业深度融合发展的指标体系。研究中运用熵值法、耦合协调模型、灰色关联模型分析2012—2021年中国30个省份的数字经济与制造业两个系统耦合协调度的时空差异及其驱动因素。研究结果表明,数字经济与制造业的融合发展是漫长复杂的过程,因此在对数字经济与制造业进行科学测度的同时,也需要通过加强驱动要素的投入以促进数字经济与制造业的发展。