基于碲化铋基柔性热电器件的自取能温度传感器结构设计及性能研究

本工作以开关柜触头这一易发热设备为研究对象,选取碲化铋基柔性热电器件构建自取能温度传感器。将柔性热电技术与无线传感技术相结合,开发适应电力设备运行特性的自取能可塑型温度传感材料器件,同时实现就地自取能和电网设备运行状态温度参数在线感知。利用COMSOL有限元软件系统研究了环境(温度和对流换热系数)、器件拓扑结构(高度和填充率)、界面接触电阻/热阻等因素对碲化铋基柔性热电器件输出性能的影响。模拟结果表明,在热端温度为308.15 K、环境温度为288.15 K、对流换热系数为5 W/(m^(2)·K)的边界条件下,热电臂高度2 mm和填充率15%的热电器件能够达到最大输出电压95 mV、最大输出功率0.83 mW,满足无线通信模块传输电压信号的用电需求。通过本研究工作发现,降低环境温度,增加对流换热系数,优化热电臂高度或填充率,或降低界面接触电阻/热阻有利于提高热电器件的开路电压和输出功率。

高温相变储热材料制备与应用研究进展

面向工业领域蒸汽供热需求,大力发展高温相变储热技术,有效调节电网峰谷负荷,有力促进电能替代,助力实现“碳达峰、碳中和”目标。本文通过对近期相关文献的回顾,首先介绍了相变材料优选原则与方法,其次介绍了高温相变材料的分类,着重阐述了盐基高温复合相变材料的最新研究动态,包括金属泡沫/无机盐、石墨泡沫/无机盐、膨胀石墨/无机盐、多孔陶瓷/无机盐复合相变材料和黏土矿物/无机盐相变复合材料,指出高温复合相变材料可以改善无机盐低热导率和热稳定性、腐蚀密封材料等问题。然后总结了高温相变材料的制备方法,指出浸渗法、溶胶-凝胶法、冷压烧结法在实际应用中各有利弊,相比之下,冷压烧结法是制备盐基复合材料最具成本效益的方法。最后重点介绍了高温复合相变材料在工业过程余热回收、电力调峰、太阳能热发电三个领域的应用现状,为研究不同场景下蒸汽型高温相变储热系统容量配置和经济评估方法提供了理论基础。

Bi_(2)Te_(3)基热电材料的湿热稳定性研究

Bi_(2)Te_(3)基化合物是目前得到广泛商业应用的热电材料,其湿热稳定性直接影响着热电器件的服役可靠性。本工作探究了商用n型Bi_(2)Se_(0.21)Te_(2.79)和p型Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)热电材料存储于85℃,85%RH(相对湿度)湿热环境600 h期间的降解行为。在湿热处理600 h后,n型Bi_(2)Se_(0.21)Te_(2.79)和p型Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)材料表面均被氧化,反应过程分别为Bi_(2)Te_(3)+O2→Bi_(2)O_(3)+TeO2和Bi_(2)Te_(3)+Sb_(2)Te_(3)+O_(2)→Bi_(2)O_(3)+Sb_(2)O_(3)+TeO_(2)。氧化过程在材料内部产生了纳米级孔洞,甚至微裂纹,导致材料的电、热性能全面劣化。在室温时,n型Bi_(2)Se_(0.21)Te_(2.79)材料的电导率从存储前的9.45×104 S·m^(–1)显著下降到7.79×10^(4)S·m^(–1),ZT则从0.97下降至0.79;p型Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)材料的Seebeck系数从243μV·K^(–1)明显减小至220μV·K^(–1),ZT则从1.24降低到0.97。综上所述,Bi_(2)Te_(3)基热电材料的湿热稳定性极差,微型热电器件在服役过程中需要进行严格封装,以阻止热电材料自身与环境中的水汽、空气发生复杂的氧化还原反应。

基于LNG冷能利用的半导体温差发电性能试验研究

为了研究半导体温差发电在应用于LNG相关传感器监测所需供电方面的潜力,首先在半导体温差发电基本模型的基础上计算出不同热端温度下的最大发电功率和效率曲线,结果显示当热端温度低于220 K时几乎没有功率输出。然后基于天然气汽化与温差发电相结合的场景,设计了一种用于LNG冷能利用的换热器结构,仿真结果显示:壁面温度为140 K时换热器的换热能力为6.608 kW。最后,为了探究半导体温差发电在低温下的发电性能,基于所设计的换热器搭建了一套用于冷能利用的半导体温差试验系统,试验结果显示半导体温差发电系统最大发电量可达到9.33 W。

我国西气东输通道的大规模氢电混输研究

由于电力需求的爆发式增长,输电线路电力承载能力的矛盾将愈发突出。为了实现大规模输电,超导输电是可行的技术方案之一,但是超导电缆的低温环境制约了其应用。"西气东输"项目作为我国距离最长、直径最大的输气管道,经过改造,可以为超导电缆提供冷源,并实现氢电混输的互补资源格局。氢电混输技术具备广阔的发展前景。

液态金属冷却电缆仿真及实验研究

提出将室温液态金属作为高载流电缆的导电及冷却介质,通过电流、温度及流动等三维多物理场耦合数值仿真方法研究了不同工况下液态金属冷却高载流电缆的温度变化规律,并与电缆传统水冷进行了详细对比,结果表明,液态金属具有高效的冷却效果。同时,搭建了液态金属冷却电缆实验平台,初步验证了液态金属冷却高载流电缆的可行性。

新型电力系统下的储能技术

新型电力系统是新型能源体系的重要载体,具备清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动五大特征。储能技术在新型电力系统构建中扮演着不可或缺的角色,是实现五大特征的重要引擎,也是保障电力持续可靠供应、保障电网安全稳定运行、促进新能源高效消纳(简称“两保一促”)的基础支柱。

模型与数据双驱动的锂电池状态精准估计

针对电池荷电状态估计常用的模型驱动法与数据驱动法的缺点,本工作提出了一种模型与数据双驱动的锂电池状态精准估计算法。在建立经典二阶电池模型后,先使用扩展卡尔曼滤波器与无迹卡尔曼滤波器组成的双卡尔曼滤波器进行初步的锂电池系统状态估测,再将初步的估算结果输入LSTM神经网络实现误差纠正,得到最终估测结果。本工作利用来自NASA PCoE的电池数据集对单驱动算法和双驱动算法分别进行了性能测试,结果表明双驱动法在降低了估算系统对数据依赖性的同时提高了估算精度以及算法鲁棒性,结合了两种单驱动法的优点并弥补了各自的缺点,得到了较为优异的结果。

液氢温区YBCO超导带材的交流损耗研究

超导电缆具有载流能力强、损耗低等优势,是电力输送的良好选择。但是,超导电缆需工作于低温环境。液氢温度为20K,可为超导电缆提供低温条件,将超导电缆输电与液氢燃料输送相结合,可解决超导电缆在输电中的瓶颈问题。开展了液氢替代液氮后高温超导带材的传输交流损耗研究。针对美国超导公司提供的黄铜加强YBCO带材,采用H法有限元模型,仿真分析了液氢、液氮冷却时超导带材的传输交流损耗。结果表明采用液氢作为超导带材的冷却介质时,带材正常金属产生的涡流损耗和磁性基底产生的铁磁损耗对总损耗的影响程度较小。所得结果可为液氢温区超导电缆的设计和运行提供参考。

锂离子电池安全预警方法综述

锂离子电池自问世以来,凭借其能量密度高、循环寿命长等优点,已经被广泛应用于人们生活的各个方面。然而锂离子电池本身有着不可忽视的安全问题,锂离子电池因热失控引发的火灾、爆炸等事故造成了不可避免的财产损失和人员伤亡,锂离子电池的安全问题也越来越受到人们关注。本文结合了热失控的相关知识,分析了电池出现热失控时出现的温度、内阻、电压、电池内部压力及生成的气体等特征参数,从这些特征参数着手对现有的锂离子电池热失控进行安全预警方法进行了总结并对未来的电池预警发展趋势做了分析与展望。

电力系统储能并网与运行控制

根据“十四五”规划和2035年远景能源目标建议,我国将继续致力于推动能源清洁、低碳、安全、高效利用,进一步加快新能源产业发展,促进经济发展向绿色化、低碳化转型,助力中国在2060年实现“碳中和”。储能是构建以新能源为主体的新型电力系统、促进能源绿色低碳转型、实现“碳达峰、碳中和”目标、保障我国能源安全的重要装备基础和关键支撑技术。

液氢温区超导电缆本体设计与短样试验

对比分析了多种超导材料在液氢温区的基本特性与价格,Mg B2较适宜于氢电混输电缆;从骨架、导体层与主绝缘层等方面开展了110k V/4k A等级Mg B2超导电缆本体设计,并绕制了一根50cm长超导电缆短样;在传导冷却条件下,该电缆短样在30K^36K温区的临界电流为450A。

过电流状态下超导直流电缆温度分布与电流分布

针对处于过电流状态的单液氮流道超导直流电缆和双液氮流道超导直流电缆,在MATLAB中建立超导电缆在过电流状态下的YBCO层、金属层和铜骨架的并联电阻模型。同时在COMSOL中建立固体传热模型,通过程序调用实现COMSOL和MATLAB的联合仿真,计算出电流分布和温度分布。在COMSOL中建立流固共轭传热模型,利用联合仿真的数据计算两种结构的电缆在不同电流下的温度分布,并分析铜骨架半径和液氮流速对电缆温度分布的影响。

波纹类型及参数与气化率对LNG输送特性的影响

利用Fluent仿真软件,基于DES with SST k-ω湍流模型对不同波纹类型、波纹参数进行建模计算。通过对比分析,得到波纹类型和波纹参数对LNG管输过程中的流阻和压降的影响规律。针对LNG在输运过程中潜在气化,研究了不同气化率产生的影响,结果表明:管输过程中压降随气化率的增大呈线性上升,气化率达到0.5%时压降将增大140%。