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RSS2024年 第11卷 第6期
2024, 11(6): 1-17.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.01
摘要:
目的 随着对火电机组灵活调峰的需求骤增及信息技术的飞速发展，火电企业正由传统运行及管理模式，向更加清洁、高效、可靠的数字化及智能化方向发展，如何提高燃煤机组灵活调峰过程中的智能化、精准化及可靠性，已成为行业内人员所关注的重点问题。 方法 文章针对深度调峰的背景需求，对燃煤锅炉灵活调峰中的典型问题进行总结，分析了应用于锅炉的控制理论整体发展状况。基于此，分别从锅炉燃烧性能优化控制、宽负荷脱硝精准控制、锅炉运行能效控制、主辅机设备监测及诊断等4个方面对基于智能控制的燃煤锅炉灵活调峰算法模型及应用进行了综合分析。 结果 在此基础上，详细探讨了智能控制理论及模型在燃煤锅炉灵活调峰中的研究进展及应用效果。 结论 目前，基于燃煤锅炉灵活调峰过程中的常见问题，需要在燃烧组织方式稳燃能力深度提升的基础上，提高基础数据获取准确性，促进数据及知识的互补融合，加强多目标优化控制及DCS控制系统优化等，同时兼顾调峰经济性与机组寿命之间的辩证优化关系，从而为提高燃煤锅炉灵活调峰能力提供智能化及精准化解决方案。
2024, 11(6): 18-32.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.02
摘要:
Introduction Accurate calculation of the hydrodynamic coefficients for floating structures and the investigation of the flow field distribution around floating bodies on the marine free surface are essential for improving the engineering design and application of marine structures. Method This study utilized the computational fluid dynamics (CFD) approach and the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) method and considered the effects of viscosity and free surface interactions on the hydrodynamic behavior of floating structures. By employing the dynamic mesh technique, this study simulated the periodic movements of simplified three-dimensional (3D) shapes: spheres, cylinders, and cubes, which were representative of complex marine structures. The volume of fluid (VOF) method was leveraged to accurately track the nonlinear behavior of the free surface. In this analysis, the added mass and damping coefficients for the fundamental modes of motion (surge, heave, and roll) were calculated across a spectrum of frequencies, facilitating the fast determination of hydrodynamic forces and moments exerted on floating structures. Result The results of this study are not only consistent with the results of the 3D potential flow theory but also further reflect the role of viscosity. This method can be used for precise calculation of the hydrodynamic coefficients of floating structures and for describing the flow field of such structures in motion on a free surface. Conclusion The methodology presented goes beyond the traditional potential flow approach.
2024, 11(6): 33-40.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.03
摘要:
目的 “双碳”目标下新型电力系统建设要求存量火电转向调峰运行，因此火电机组灵活运行下的安全性成为提升电力系统整体稳定性不可或缺的一环。其中，空气预热器是影响火电机组宽负荷运行能力的关键辅机设备，针对其由烟温波动与过量喷氨诱发的堵塞与腐蚀问题，开发回转式空气预热器积灰堵塞实时评估及安全状态监测模型至关重要。 方法 依托中国中部地区某600 MW和350 MW机组宽负荷运行监测大数据，建立了一种基于阻力系数的不同时间尺度逼近的空预器堵塞评估模型；进一步，以空预器出口烟气温度及冷端工作温度为监测指标，统计其在机组多个负荷段的参数超限比例。 结果 结果表明，机组处于39%调峰负荷下监测温度约有20%的超限概率；独立计算两指标下的堵塞风险相较以联合分布计算会一定程度低估其折损率。此外，通过两台机组数据的验证，堵塞评估模型可实现量化机组在空预器吹灰周期内（短期）和中长期的堵塞状态演化趋势。 结论 所提评估策略可应用于SCR脱硝系统、磨煤机等其他火电机组设备及系统，可量化机组调峰运行安全风险，指导火电机组高效、稳定地配合新型电力系统调度。
2024, 11(6): 41-51.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.04
摘要:
目的 天然气水合物是一种极具开采价值的清洁能源，但水合物开采后期热量供给不足导致产气速率较低。储层改造能够显著增加水合物储层渗透率，提高热量传递效率。基于此，对压裂改造后含裂隙水合物储层注热开采方式下产气速率的影响机理进行分析。 方法 文章以压裂改造后的水合物储层为研究对象，建立了单裂隙水合物储层注热开采的温度-渗流-化学数值模型，仿真分析不同注热温度、裂隙开度、注热速度对水合物储层产气速率的影响，并进行注热参数正交设计分析。 结果 研究表明：裂隙注热开采水合物的过程中，注热温度、注热速度、裂隙开度对产气速率的影响规律均分为3个阶段，并且注热温度越高、注热速度越大、裂隙开度越大，水合物储层产气速率越大。对注热参数正交分析发现，注热温度对峰值产气速率有显著影响，注热速度次之，裂隙开度影响程度最小。 结论 文章明确了单裂隙水合物储层注热开采产气速率影响机理，定性评价水合物开采效率，为水合物现场开采提供一定思路。
2024, 11(6): 52-58.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.05
摘要:
目的 在当前能源需求增长和提倡环保的大背景下，寻找替代传统燃油发电的能源成为重要研究课题，通过研究燃料蒸发特性可找到特性更佳的燃料。 方法 采用液滴悬挂实验研究673 K和773 K环境温度时，添加0%、20%、30%、50%乙醇含量的油酸甲酯混合燃料液滴的蒸发特性。 结果 结果表明，环境温度从673 K升高至773 K时，混合液滴的蒸发速率提高。并且随着乙醇含量的不断增加，两个环境温度的液滴蒸发速率相差越大。在较低环境温度时，液滴的蒸发过程较平稳，液滴蒸发速率呈现逐渐减小的趋势，乙醇的添加导致液滴平衡蒸发阶段延长，增加了蒸发时间，抑制蒸发过程。而在较高环境温度时，蒸发过程波动较大，液滴蒸发速率呈现逐渐增长的趋势，并在50%乙醇含量时达到最大值。乙醇的添加导致微爆炸现象的发生，缩短了蒸发时间，促进蒸发过程。同时提高环境温度和乙醇含量，有利于液滴微爆炸现象的发生以及强度和次数的增加。 结论 基于液滴悬挂实验的油酸甲酯和乙醇混合液滴蒸发特性的实验结果，为相关燃料研究和应用提供了重要的数据支撑和参考。
2024, 11(6): 59-68.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.06
摘要:
目的 输电塔是电力系统中关键的基础设施，输电塔风致倒塌将给电力系统带来重大损失。为了找出输电塔抗风致倒塌的解决方法，有必要对输电塔风致倒塌破坏的原因、影响因素、倒塌过程等进行研究。 方法 从事故分析、真型试验、风洞试验、数值模拟4方面对输电塔风致倒塌研究成果进行了回顾，分析和总结了相关研究成果，并给出了后续研究的建议。 结果 研究表明：输电塔风致倒塌的原因有输电塔塔身存在薄弱杆件、规范中输电线路风荷载计算存在缺陷、规范未考虑的极端风荷载等。 结论 建议围绕极端风荷载模型、横风向及扭转向风荷载的影响、单塔及塔线体系的精确模型、完善相关规范等方面开展研究。
2024, 11(6): 69-78.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.07
摘要:
目的 通过对人类利用能源的历史、中国农村能源的现状分析，总结出中国农村主要的能源结构特点。 方法 基于文献法、对比分析法等研究方法去探究农村能源发展现状，识别农村能源发展存在的问题以及未来发展趋势。 结果 从农村能源使用的多元化来看，薪柴的使用量逐渐减少、农村沼气的发展逐渐趋于平缓、农村电网改造完成后农村用电趋于饱和、随着“西气东输”政策的实施燃气占比逐年上升、太阳能热利用大面积普及后稳中有降、随着光伏发电技术的突破太阳能发电量快速提升。 结论 针对中国农村能源现状，农村能源中传统利用方式逐渐被改变，新能源的发展得到了重视，文章结合国家政策找出了农村能源相应的能源特点，探究“节能减排”的新时期“双碳”目标下农村能源的发展趋势。
2024, 11(6): 79-87.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.08
摘要:
目的 高强度人类活动产生的污染排放和能源消耗的双重胁迫直接影响了城市的高质量发展，传统单一的环境承载力或能源承载力评价难以全面评估城市发展面临的压力和所处状态，文章以新型工业化城市广东省东莞市为例，对环境能源复合承载力进行评价，并通过探究影响因素对东莞市发展提出针对性建议。 方法 基于压力-状态-响应分析思想，文章从社会经济与环境能源两个系统中优选了19个评价指标构建了环境能源复合承载力评价指标体系，由层次分析法确定评价指标权重，并进行标准化处理以获得较高的可比性，利用可变模糊评价方法计算样本相对隶属度以反映指标的动态连续变化。 结果 研究表明2005－2021年间东莞市环境能源复合承载力由0.10提升至0.77，在环境治理加强以及能源效率提升的驱动下上呈现改善趋势，东莞市环境能源复合承载力的提升需要关注水资源短缺、林地覆盖率减少与强化市政建设运维方面。 结论 构建的环境能源复合承载力评价体系能有效反映水环境承载力与能源承载力的协同变化，为探索城市环境、能源演化过程以及可持续发展提供参考。
2024, 11(6): 88-93.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.09
摘要:
目的 浮动式核电站具有可移动，灵活布置，受地震，海啸影响更小，不占用陆地面积，受厂址条件影响小等优点，可有效支撑海上资源开发和海岛能源供应，是当今核能利用的热点方向之一。汽轮发电机组作为常规岛最重要的设备，它的结构型式、参数选择直接影响到电站的安全稳定运行。 方法 文章以ACP100S反应堆为基础，从汽轮机排汽方向、轴系数量、背压、末级叶片、再热参数、回热级数、发电机冷却方式方面，论述海上浮动核能平台汽轮发电机组技术方案。 结果 推荐选用单轴、下排汽、节流配汽、1个单流高压缸模块和1个单流低压缸模块组成的汽轮机；低压缸叶片采用1200 mm长叶片，热力方案为1级再热4级回热，凝汽器采用单流程，发电机选用全空气冷却。 结论 研究结果可为后续浮动式核电站系统设计以及汽轮发电机组相关设计参数提供参考。
2024, 11(6): 94-101.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.10
摘要:
目的 蒸汽发生器传热管在二次侧流体的冲刷作用下，容易产生流致振动问题，其中随机的湍流作用力是导致传热管振动的主要的机理之一。当流体的脉动压力频率与传热管固有频率相近时，会导致结构共振，长时间振动会导致传热管失效，因此研究传热管在流体激励下的动力响应特点是非常必要的。 方法 文章设计了节径比为1.47的传热管束弯管区流致振动试验装置，用空气-水两相流模拟了二次侧流体工况，分别测量了空泡份额为0.7～0.98，管间流速为5～13 m/s的流体脉动压力和管束振动加速度。 结果 结果表明，在低流速下，脉动压力主频与传热管固有频率接近，容易产生共振，且共振时管束振幅会有所增大。随着管间流速增大，管束受到的脉动压力也相应增大，而随着空泡份额的增大，脉动压力的变化是先增大后减小。在计算空气-水两相流工况下的脉动压力主频时，经验公式中的系数需要进行适当调整。 结论 本试验模拟了蒸汽发生器传热管束弯管区二次侧流体运行工况，在试验本体设计上考虑了与原型的几何相似性与支撑、约束相似性，相比以往的试验研究更接近实际情况，可为工程应用提供设计参考。
2024, 11(6): 102-110.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.11
摘要:
目的 主要探讨海上漂浮光伏电站防雷设计的原理、方法及措施，以满足海上漂浮光伏电站在恶劣气候情况下的安全运行。 方法 通过对海洋环境、海上漂浮光伏电站结构和雷电特征等因素进行深入分析，文章提出了一系列有效的防雷措施。首先，采用金属结构能够提高漂浮光伏电站的耐雷能力。其次，安装避雷针能够吸收和释放雷电能量，降低雷电对电站的影响。此外，建立地网能够有效分散地面电势，降低雷击风险。绝缘材料的使用有助于减少雷电对电站设备的直接侵袭。同时，安装监测设备可以实时监测雷电活动，及时采取应对措施。定期检查和维护是保障防雷系统稳定运行的重要环节。 结果 详细阐述了每一项防雷措施的原理和实施方法，同时针对防雷设计中的一些技术难题提出了解决思路。例如，如何确保避雷针的良好接地，如何选择合适的绝缘材料等。这些成果为海上漂浮光伏电站的防雷能力提升提供了有效参考。 结论 研究的成果将有助于提高海上漂浮光伏电站的防雷能力，保障电站的安全运行。在充分考虑海洋环境、海上漂浮光伏电站结构和雷电特征等因素的基础上，采取合适的防雷措施，能够有效降低雷击风险，确保电站的稳定运行。这对于推动可再生能源发展，保护环境具有重要意义。进一步研究可对防雷设计提供更多的参考和指导，以应对未来更为复杂和恶劣的气候条件。
2024, 11(6): 111-123.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.12
摘要:
目的 为了检验海面风场资料集在阳江海上风电场区域的适用性，文章对卫星反演资料（DASCAT）和再分析资料（ERA5、FNL）的10 m风场进行了检验评估。 方法 基于广东省阳江海上风电区域内4个站点实测10 m风场开展研究。 结果 分析表明：（1）风速相关性达0.8以上，ERA5均最高。风速均方根误差在2.6 m/s以内，浅水区中DASCAT最优，深水区中ERA5最优。FNL和ERA5在浅水区中出现显著的风速低估现象，DASCAT风速平均偏差数值小于FNL和ERA5，其平均风速与实测更接近；（2）风向相关性达0.75以上，浅水区中ERA5最高，深水区中FNL最高。风向均方根误差在35°以内，ERA5误差均最小，但DASCAT和FNL更接近实测主导风向；（3）各风速段下风速均方根误差统计表明：浅水区中，FNL在低风速段最小，DASCAT在中、高风速段最小；深水区中，ERA5在全风速段内均最小。对于风速相关性，浅水区和深水区中，ERA5在低、中风速段均最高，FNL在高风速段均最高；（4）浅水区内DASCAT和ERA5风速逐月误差较小且分布比较接近，4～5月和10月为峰值；深水区内ERA5误差最小，7月为峰值，12月～次年1月为谷值；（5）10 m多年平均风速分布特征均表现为风速自北向南、自西向东递增，在浅水区以内风速梯度较大。 结论 总体而言，ERA5的10 m海面风场资料集在研究区域内表现较好，其平均风速系统性偏低的不足可以通过DASCAT进行修正。
2024, 11(6): 124-134.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.13
摘要:
目的 针对砂土海床中海上风电大直径单桩基础设计，文章研究排水条件对大直径单桩桩-土相互作用的影响以及桩-土相互作用的初始刚度与现行设计规范的对比关系。 方法 采用有限元方法对水平受荷大直径单桩桩-土相互作用进行分析，数值模拟采用了基于边界面理论的各向异性SANISAND本构模型。开展不同排水条件下的水平受荷桩分析，探讨排水条件对桩-土相互作用的影响；将数值模拟和API规范预测的p-y曲线进行对比，比较桩-土相互作用的初始刚度。 结果 发现排水条件对水平受荷大直径单桩桩-土相互作用影响与荷载水平相关：在相对较小的荷载水平，排水条件的差异影响甚微，然而随着荷载提高，排水条件的影响变得显著；API推荐的p-y曲线高估砂土中水平受荷大直径单桩桩-土相互作用的刚度。 结论 排水条件对水平受荷大直径单桩桩-土相互作用影响与荷载水平相关，在工程设计关注的荷载水平下，排水条件对大直径单桩桩-土相互作用刚度的影响可忽略不计，按照完全排水条件进行设计工作是可行的；API推荐的p-y曲线法预测的桩-土相互作用刚度取值偏高。
2024, 11(6): 135-141.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.14
摘要:
目的 为解决城市地面配送成本高、占用有限路面交通空间的问题，文章旨在构建新一代地下物流输送网，实现自动化与智能化的物流高效传输。 方法 利用先进的信息化技术，充分利用现有地下空间，在成本可控情况下实现高效经济的物流配送。 结果 提出了一种交能融合智慧物流配送系统——“路+”，该系统基于整合地下空间资源、融合信息技术、创新规划建筑理论与智能制造模式，为实现货物智能传送，建设货运的专用地下交通网。 结论 为新零售和未来绿色城市提供创新性建议。
2024, 11(6): 142-152.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.15
摘要:
目的 在“双碳”目标下，储能已经成为调节电力市场的重要参与者，是构建新型电力系统的关键环节。在中国目前储能市场条件下，分析储能的应用场景、商业模式、经济效益有利于为未来新型储能规模化发展与商业化运行提供基础依据。 方法 文章研究了发电侧、电网侧、用户侧的储能应用场景，分析包括发电侧、独立共享储能等各类型在内的经济效益水平及收入来源，总结了储能初期发展存在的问题并提出相关性建议。 结果 目前中国电化学新型储能的度电成本较高，整体经济效益水平较低，投资主体难以盈利，商业模式有限。 结论 未来中国应建立新型储能多元收益来源，支持各类市场主体投资建设运营共享储能设施，创新新型储能发展市场盈利模式。
2024, 11(6): 153-163.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.16
摘要:
目的 随着能源领域改革的不断深入，引入市场因素引导下的需求响应机制已经成为区域综合能源系统（RIES）发展的必然趋势。 方法 基于RIES中多种能流的耦合特性，同时根据用户的用能特点和需求响应潜力，将参与多种灵活性负荷资源划分为可平移负荷、可调度负荷以及可削减负荷，建立了考虑冷热电灵活性负荷需求响应的RIES运行优化模型。模型以供需双方的经济效益、电负荷峰谷比以及碳排放量等综合评价指标为优化目标，求解得到负荷需求响应方案和各能源网络的优化结果。 结果 算例结果表明，需求响应使RIES的总成本降低了3.70%，电负荷峰谷比降低了29.7%。 结论 验证了文章所建模型的可行性和实用性。
2024, 11(6): 164-173.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.17
摘要:
目的 分布式电源（DG）对电网负荷侧的运行特性具有重要影响，然而当前研究侧重于单一类型的分布式电源特性分析和建模，针对能够对具有一定相似性的DG进行统一描述的通用模型研究较少。 方法 文章对1种逆变型分布式电源（IIDG）模型进行搭建，并采用1种新颖的优化算法。首先基于对IIDG特点及其共有特性的分析，搭建了含IIDG的综合负荷模型；根据所搭建的统一模型进行分析计算，推导得到逆变型分布式电源系统的状态微分方程，系统模型的输出方程。为通过连续迭代和开关函数更新计算系统各时刻的状态和响应，给出系统的状态初值的计算公式。结合样本数据，给出统一模型辨识流程。最后采用白鲨优化算法（WSO）对模型进行参数辨识；最后考虑电压跌落扰动情况，通过对该系统模型进行采样分析。 结果 仿真结果表明，所提出的统一模型在不同程度的电压跌落的情况下，均能够较好地反映IIDG特性。 结论 建模误差与参数辨识结果表明所提出的统一模型具有良好的自描述能力及参数稳定性。
2024, 11(6): 174-182.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.18
摘要:
目的 风场不确定性给风场发电量带来呈概率的分布，对不确定性因素进行科学并客观地评估是计算风场超越概率发电量的重要前提。目前行业普遍采用折减系数的办法来预估发电量，达到控制风险的目的，或者对不确定性因素按概率取值计算，以评估风场的超越概率发电量。针对这种简单的折减或者忽视不确定因素的本质计算风场超越概率发电量的做法，文章旨在提出一种既遵循不确定因素的本质还能科学地计算风场超越概率发电量计算方法。 方法 文章采用蒙特卡洛模拟法构建不确定性因素的正态概率分布模型，对不确定性进行模拟，并得出统计结果。通过借助风速-发电量敏感因子，确定风场发电量的不确定性程度，最终计算风场超越概率发电量。 结果 蒙特卡洛进行多次随机模拟结果是服从正态分布的具体函数。文章举例模拟了不确定性因素标准差分别为平均值的12.0%、14.0%、16.0% 3种情况的结果，特定置信区间95%风速不确定性程度的分布范围分别为7.08%～8.56%、6.97%～8.71%、6.88%～8.84%，发电量总不确定性程度分布范围分别为13.36%～15.92%、13.17%～16.18%、13.01%～16.41%，超越概率发电量分布范围分别为96.06～101.52 GWh、95.50～101.92 GWh、95.01～102.26 GWh。 结论 采用超越概率发电量作为评估风场投资风险依据，有助于在正确、可靠的基础上进行决策，运用蒙特卡洛模拟方法体现了科学性和高效性，得到的结果具有统计意义。
2024, 11(6): 183-190.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024.6.19
摘要:
目的 为了更好适应配电网发展，文章提出一种适用于土地资源紧张、负荷密集且不均匀地区基于集成门级换流晶闸管（IGCT）器件的中压配网柔性直流背靠背互联方案，并对该方案进行分析，给出合理的接线、设备选型及布置方案。 方法 比选了电气主接线、开关器件、换流器、直流变压器、桥臂电抗器等关键设备，以及设备布置。 结果 研究结果表明：采用直流变压器方案有较好的适应性，不含油，无消防问题，系统整体体积更小；开关器件采用IGCT器件、换流器、直流变压器采用“全桥+半桥”拓扑，桥臂电抗器采用干式铁心电抗，设备布置采用集装箱式，安装方便，便于进行标准化设计。 结论 所提供的方案在可行性、适应性、占地及成本均可满足实际要求，可为实际工程应用提供指导。
