新能源用钢管的应用现状、需求分析及思考

“双碳”战略下新能源及相关产业发展给钢管带来新的应用场景,对钢管的功能和性能提出新的需求。聚焦于碳捕获、利用与封存技术领域中的CO_(2)输送用管、氢能领域中的氢气输送用管和储能领域中的盐穴压缩空气储能用注采管,总结了新能源用钢管的应用现状和研究进展,分析了各领域用管需求,并就“双碳”背景下新能源用钢管的基础理论研究、关键技术开发和标准体系建设等方面进行了思考,提出了建议。

含氢储装置的同相供电系统控制方法

为实现电气化铁路节能减排、低碳发展的目的,同时解决负序、电分相的问题,文章提出了一种含氢能发电装置和储能装置的同相供电系统控制方法。首先,文章分析了系统的拓扑结构和基本原理;然后,提出了系统的协同控制策略,并在此基础上进一步分析了不同工况下系统的能量管理策略,推导同相补偿装置、氢能发电装置和储能装置的控制方法;最后,进行实例分析,通过搭建系统仿真模型从电能质量补偿效果和典型工况两方面验证所提方案的可行性和有效性,并基于实测数据分析系统运行结果,对氢储装置接入的经济性进行研究。结果表明,所提方案能够有效控制氢能发电装置和储能装置运行,改善电气化铁路耗能结构和再生制动能量利用率,同时有效解决负序和电分相问题,具有一定的经济性。

绿电制氢装置并网与离网供电稳定控制方案研究

针对绿电制氢装置并网向离网切换的过程中,有功功率和无功功率不平衡引起的微电网频率、电压振荡以及变流器过载退出运行等问题,以制氢并离网切换稳定运行为目标,提出储能多模式控制策略。首先,建立储能系统功率转换方程,分析储能控制器功率、频率调节关系;其次,研究储能多模式切换策略,分析离网切换稳定关键因素,比较储能容量、控制器参数对系统影响;最后,以典型绿电制氢微电网为例,仿真计算不同储能容量及调差系数下的切换性能。结果表明:储能容量占比越高,储能视在功率超调越少,设备过载风险越小;同样储能容量下,调差系数越小,视在功率峰值越小,过载风险越低,但同时要求变流器电流过载能力强;调差系数取0.20时,可满足并网、离网中多种运行工况。

海岛低碳综合能源微网优化方案设计

海岛微网不同季节的风光出力和负荷水平不同并且缺少跨季节性的长期储能方式,导致了当前海岛微网大规模弃风弃光和高额碳排放。为了提高风光利用率和降低碳排放,建立了包含氢储能系统和海水源热泵的海岛综合能源微网。以最小化年化成本、最小化弃风光率、最小化碳排放量为目标函数,以分布式电源出力和功率平衡为约束,采用NSGA-Ⅲ算法对各分布式电源的容量进行多目标优化配置,使用模糊隶属度函数选取综合满意度最大的解,算例结果证明了综合能源微网的优越性,为今后海岛微网的规划建设提供参考。

考虑氢储供能时序的综合能源系统三阶段调度

为提高可再生能源的消纳水平,分析可调度能源价格对可再生能源消纳的影响,提出从源荷侧双角度结合的方法。源侧将机组分为可调度能源和可再生能源机组两部分,同时考虑光热电站、热电联产机组联合运行;荷侧考虑居民负荷和工业负荷,将工业负荷中氢储参与电能调度。结合电能三阶段调度,建立了考虑氢储供能时序的综合能源系统三阶段调度模型。模型以运行成本最低为目标函数,调用Matlab中SCIP求解器求解,结果表明,模型能够有效提升系统灵活性,促进可再生能源消纳,同时显著提高系统运行经济性。

考虑脱网风险的区域电-氢能源系统两阶段规划方法

区域电-氢能源系统(REHS)在新型电力系统的占比逐渐提高,但受诸多不确定因素的影响其可能发生脱网事故。为提升REHS供能可靠性,提出一种考虑脱网风险的REHS规划方法。首先,提出考虑运营阶段、季节类型和运行时段3种因素的脱网概率统计方法,基于风险量化方法计算脱网事故所造成的风险成本;然后,以系统全寿命周期总成本最小为优化目标,建立考虑脱网风险的REHS规划-运行两阶段模型,上层合理配置各设备容量,下层实现REHS在正常运行场景与发生脱网事故场景下的最优调度,从而从投资与运行两方面提升系统的经济性。通过算例仿真验证了所提规划方法能够降低REHS全寿命周期总成本,具有良好的经济效益。

微电网与压缩空气储能系统的多能流协同调度

为了适应风电功率、负荷波动与电网相匹配和提高系统往返和能源转化效率,基于压缩储能系统,增设压缩比与质量流量双参数调节策略以及耦合电解制氢系统,提出新型的耦合电解制氢热储存压缩空气储能系统。建立储气室动态模型,实现了储气室瞬时温度和压力与系统性能之间的联系,使得储能系统仿真计算更加接近实际。结果表明,采用耦合电解制氢的热储存压缩空气储能系统平衡微电网用电供需,日储能达到475 MW·h,可以满足高峰120 MW·h用电需求。与以往文献系统运行1 d的性能相比,新型的耦合电解制氢热储存压缩空气储能系统获得了最佳往返效率、能源转换效率和氢能供应,系统氢能的生产显著提高了能源转换效率。

电解水制氢-储氢-供氢在电力系统中的发展路线

氢能作为清洁无碳、灵活高效的二次能源和工业原料,具有广阔的发展前景。虽然单独的电解水制氢、储氢和供氢技术都已发展相对成熟,但我国电解水制氢-储氢-供氢的耦合发展正处于起步阶段,探索该耦合技术在电力系统中的发展对氢能与传统电力的协同利用具有重要意义。基于此,介绍了电解水制氢、储氢和供氢技术的基本原理、分类及其优缺点,总结了美国、日本和欧盟在电解水制氢-储氢-供氢产业的发展情况,分析我国从制氢到用氢的基本现状,讨论我国电解水制氢-储氢-供氢在电力系统中3种可能的应用模式。最后,基于现状提出推动我国电解水制氢-储氢-供氢在电力系统中发展的建议,为优化氢能的制-储-供-用全技术链发展提供参考。

高压储氢容器及输送管道选材与设计标准综述

氢脆是接触高压氢气的金属材料发生材料力学性能劣化的现象,是高压氢气压力容器和压力管道运行中的高危失效因素,而材料的选择和设计是控制氢气容器及管道氢脆风险的主要措施。为总结提炼现行工程规范对高压储氢容器及管道选材和设计的特殊考虑,调研了多项国内外涉及高压氢气容器和管道的标准,重点归纳了适用范围、选材及关键设计要点;通过国内外相关标准的对比分析,指出国内尚缺乏系统性的标准体系,建议现阶段高压氢气压力容器和压力管道设计按美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)相关标准开展选材和设计,并进一步开展基于性能的设计及相应的材料测试方法研究。

基于改进猫群算法的氢储能容量优化配置

以氢储能系统为基础,构建了风力发电和氢储能系统为主的混合微电网系统。本文对氢储能系统中的电解槽、燃料电池和储氢罐的容量进行了优化配置。综合考虑微电网的经济成本、供电可靠性和弃风率3个指标,构建了氢储能系统的容量优化配置模型;分别采用典型日和场景集的风电出力和负荷,建立氢储能系统的容量优化模型,以反映风电出力和负荷的随机性对优化结果的影响;采用动态权重的改进猫群算法对所提氢储能系统的容量优化配置模型进行求解。通过算例验证了改进猫群算法的可行性,同时也证明了所提氢储能系统容量优化配置模型的合理性。

氢燃料电池高压储供氢系统船上适应性研究

本文介绍了船用氢燃料电池高压储供氢系统适用性的规范标准依据;结合“三峡氢舟1”涉氢工艺流程,从氢气储存方式,储供氢管系的选材、焊接工艺、焊接方式、无损探伤、双壁管安装、管系的液压及气密试验分析了其适用性,为氢燃料电池船的推广应用提供实用样例。

石化企业新建供氢中心高压氢气管道试验方案探讨

基于某石化企业内新建供氢中心的工程案例,比较了国内相关氢能设计标准规范(GB 50177,GB/T 50156,GB/T 50516和Q/SH 0770)的适用范围和针对氢气管道试验的要求。针对该项目设计压力为25 MPa的高压氢气管道,采用ASME PCC-2规范计算采用气压试验时管道储存的能量并预估最小安全距离。计算结果表明:因需要较大的安全防护距离,将气压试验作为压力试验方案难以实施。提出了高压氢气管道的(强度)压力试验、气体泄漏性试验和泄漏量试验方案,总结了高压氢气管道试验应关注的其他因素,主要包括水压试验氯离子浓度的控制、水压试验温度、管道坡度设置以及试压过程管道的周向应力和轴向应力校核等。

新能源混合动力机车发展现状及关键技术综述

新能源混合动力机车采用两个及以上新能源系统提供车辆运行所需能量,通过不同能源的优化互补提升机车的能效,降低碳排放,可满足机车“最后一公里”及跨线运行需求。文章详细介绍了国内外混合动力机车的研制和应用情况,阐述了新能源混合动力机车的基本技术特征,重点对其新能源动力装置、主电路结构、能量管理、安全设计、仿真分析等关键技术进行了分析和研究,最后对新能源混合动力机车技术的发展方向进行了展望。

车载液氢冷能利用系统设计与分析

以液氢汽化冷能为研究对象,设计了一种车载液氢冷能利用系统,系统包括燃料电池堆系统、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统。相较于以往的冷能利用方式,液氢汽化过程中冷能利用更为充分,能量的回收循环利用更为充分。合理利用直接膨胀法和有机朗肯循环法的结合——联合循环法,实现系统中的冷热交互,系统冷能利用效率最高可达72.4%。基于AMESim软件,建立了冷能利用系统的一维仿真模型,通过仿真优化分析,验证系统效率。

中国氢能承压设备风险分析和对策的几点思考

氢能是构建以清洁能源为主的多元能源供应体系的重要载体,正进入快速发展期。中国氢能承压设备种类、数量快速增长,呈现出极端化、轻量化的发展趋势,其安全保障面临新的挑战。在介绍中国氢能承压设备发展现状的基础上,全面分析了面临的法规风险、技术风险和管理风险,并对风险防控提出了若干建议。

我国氢能高压储运设备发展现状及挑战

氢能是实现碳中和目标的重要途径,高压储运是国内外重点发展的氢能储运方式。由于高压氢气储量大、充放频繁且易导致高压氢脆,氢能高压储运设备具有潜在的泄漏和爆炸危险,近年来国内外已发生多起事故。随着氢能快速发展,我国氢能高压储运设备种类和数量快速增长,安全保障面临新的挑战。本文介绍了氢能高压储运设备基本特点、发展现状和面临的挑战,并提出了若干研究建议。

风光储独立供电系统电源优化配置

风光储独立供电系统是解决边远地区供电问题的有效途径,对其合理地配置电源以提高供电可靠性、经济性是系统规划设计阶段的主要问题。在建立基本元件模型的基础上,以系统等年值投资费用最低为目标,考虑系统运行约束条件,构建了风光储独立供电系统的电源优化配置模型。提出了基于粒子群优化算法的数值求解方法。在算例分析中,分别以蓄电池和电解槽-储氢罐-燃料电池循环系统作为储能装置,对比分析了不同储能模式下的系统优化配置方案,结果表明,在满足相同供电可靠性指标的前提下风/光/蓄电池系统的优化配置更经济,合理地评估停电损失和设置可靠性指标可有效降低系统冗余投资。

基于氢气储能的热电联供微电网容量优化配置

以光伏系统、氢燃料电池、电解槽、储氢罐构建的热电联供微电网为研究对象,制定初始投资成本等年值以及年运行成本最小的优化目标,提出热电联供微电网热负荷满足率评价指标,针对系统运行的基本约束设计微电网控制综合策略,并以某地历史源荷数据为参考,建立满足工程应用的数学模型,采用粒子群优化算法进行求解,得到氢气储能的孤岛型微电网热电需求基本方案。从应用层面论证氢气储能替代电池储能的可行性,并进行微电网系统容量优化配置,可满足居民负荷供能需求,提高系统运行经济性,预期具有较好的应用前景。

考虑电氢耦合的混合储能微电网容量配置优化

在当前电氢联系日益紧密以及微电网技术发展日益成熟的条件下,以单位电量成本、负载失电率和能量过剩率为目标函数,提出考虑电氢耦合的混合储能微电网容量优化配置方法。其中,氢储能系统主要包括电解槽、燃料电池及储氢罐等元件。该储能系统清洁无污染,能够提高光伏发电利用率,平抑直流母线电压波动。采用粒子群优化算法求解具体算例,得到综合经济性与供电可靠性最优的容量配置结果。通过对比分析不同优化算法与权重系数对配置结果的影响,验证了所提方法的有效性。采用RT-LAB半实物仿真平台将配置结果运用在实际情况下,保证了系统在实际工作中的经济性与稳定性。

浅议引汉济渭配水工程调蓄研究的关键问题

引汉济渭工程是解决陕西关中地区缺水问题的战略性骨干调水工程。引汉济渭的水源区与南水北调中线工程水源区部分重合,为优先保障南水北调中线工程的供水水源,留给引汉济渭的可调水过程极不均匀,供水和用水需求过程匹配性差。引汉济渭工程建成后,配水系统的调蓄能力成为工程供水效益能否充分发挥的关键。本文从调蓄节点选址及工程设计参数、配水管网的流量设计参数、调蓄方案及其运行管理机制和地下水参与调蓄的边界条件及运用原则四个方面探讨了引汉济渭配水工程调蓄研究的关键问题。