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2025年 第12卷 第2期
2025, 12(2): 1-14.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-334
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-334
摘要:
目的 碳中和、碳达峰系列政策的实施，推动了风电这一清洁能源的快速发展。近年来，极端天气气候事件频发，随着风电大规模投产并网，极端天气导致的风电场气象灾害问题愈加凸显。极端天气不仅给风电开发带来了严峻挑战，还可能对电网稳定性和供电可靠性造成影响，因此，需要深入了解极端天气对风电开发的影响机理，采取有效预防和应对措施，确保风电行业健康安全发展。 方法 通过梳理近期发表的风电气象灾害相关文献，文章将影响风电开发的高影响天气分成了极端天气和不良天气2大类，归纳总结了台风、大风、雷电、暴雨、沙尘暴、低温冰冻、高温等极端天气以及小静风、盐雾、海雾等不良天气在风电场规划设计、施工建设、生产运营阶段对风电场规划立项、资源评估、勘察设计、装机建设、基建设施、风电出力和风电功率预测等方面的影响。 结果 规划设计阶段，需识别并评估极端天气风险，进行科学的宏观和微观选址选型；施工建设阶段，暴雨、低温冰冻等影响运输延误工期，大风、暴雨等影响吊装引发作业风险，海雾、雷电等影响海上风电施工安全；生产运营阶段，极端天气易导致风电场大规模停机和出力损失，甚至可能威胁电网安全稳定运行。除了一定强度的热带气旋外，其他高影响天气均不利于风电出力。频发的极端天气过程导致风电功率预报准确率降低。 结论 最后，提出了应对高影响天气的措施，包括加强应急管理和极端天气的监测预警，考虑极端天气对风电功率预测的影响，加强储能系统建设等。
2025, 12(2): 15-25.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-301
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-301
摘要:
目的 风光资源大规模开发利用的同时，风电场和光伏电站建设运行对局地气候产生的影响受到广泛关注，文章重点总结风电场和光伏电站对局地气候影响的研究进展，为指导其科学合理的规划布局以及风能太阳能可持续发展提供支撑依据。 方法 对该领域已有研究成果进行梳理，归纳总结了风电场和光伏电站局地气候效应的研究方法、影响机理、研究过程及成果。 结果 结果显示：风电机组作为动量汇和湍流源，一方面使下风向风速减小，另一方面通过改变边界层湍流运动，影响陆气之间能量物质的交换，进而引起近地层风速、动量、感热通量和潜热通量的变化，间接改变降水量和云量。光伏电站的建设，显著改变了陆地表面特征，导致陆气之间能量收支和分配发生变化，同时伴随物理遮挡、地表蒸散发作用降低、辐射能转换为电能等因素导致的环境温度冷却效应和光伏组件在光电转换的过程中热量释放、地表的夜间辐射冷却削弱等因素产生的增温效应，进而对局地气候系统产生反馈。风电光伏一体化运行，可能会形成地表粗糙度增大/反照率减小－降水增加－植被增加的正反馈机制，导致局地气候的变化加剧。 结论 在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下，以“沙戈荒”为重点的大型风电光伏基地建设成为“十四五”新能源发展的重中之重，其对气候环境的影响研究需持续开展。
2025, 12(2): 26-35.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-358
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-358
摘要:
目的 针对寒潮天气下风机凝冰容量受限预测困难，造成风功率预测不准、风电调度决策依据不足等问题。 方法 通过风机凝冰受限容量预测模型，利用常规气象观测资料、风机停机实况数据及数值模式等资料对广西一次极端寒潮天气过程下风机凝冰受限容量进行分析总结。 结果 结果表明：通过融合数值预报产品与凝冰受限容量的实况数据，并应用回归分析进行实时订正，有效提升了凝冰预测的参考价值和准确性。此外，凝冰预测模型能够对较强冷空气系统南下影响广西风电场做出有效反应，但对转折性天气反应不足，预测结果比实况偏大。同时，数值模式预报结果存在幅值偏差和相位偏差，在本次过程中预测值偏大于实况。在预测效果上，模型在气温预测方面表现优于相对湿度和风速，且高海拔地区气象要素预测效果普遍好于低海拔地区。 结论 基于上述结论，提出了加强寒潮预警预测能力、开展凝冰容量预测系统升级改造工作等建议，以提高极端寒潮天气下风机凝冰预测受限容量的准确率。
2025, 12(2): 36-47.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-182
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-182
摘要:
目的 为揭示我国各地用电量受气温变化影响的方式、程度及其差异。 方法 搜集我国29个省区市2008－2020年逐月全社会用电量及同期平均气温，计算各省逐月的气象电量和相对气象电量及与同期气温的趋势系数及相关系数，绘制相关参数的全国分布图，并分析其空间差异及可能成因。 结果 结果表明：（1）夏季气温升高，气象电量呈现增加的趋势，其中东部地区及重庆、陕西呈现极显著的关系，而西部和北部地区（如新疆维吾尔自治区、青海、甘肃和黑龙江）则不显著。其中极显著地区相对气象电量趋势系数差异也很大，东北3省平均趋势系数为1.5%/℃，华中和除福建以外的华东均达到5%/℃，广西、重庆和陕西的平均值在3%/℃；（2）冬季气温变化与我国各地用电量也具有一定的关系，冬季温度降低时，用电量呈现增加的趋势，而且我国大部分区域除南部沿海地区及贵州外都呈现显著的关系，其中东北、华北向西南地区一线达到极显著的关系，相对气象电量趋势系数从−2.0%/℃到−7.5%/℃；（3）空间相关性表明，夏季气象电量、相对气象电量趋势系数与气温显著正相关，气温每升高1 ℃，气象电量、相对气象电量均呈显著增加，而冬季为弱的负相关。 结论 研究结果对能源需求预测、能源保供、应对气候变化及实现“双碳”目标具有重要的参考价值。
2025, 12(2): 48-57.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-328
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-328
摘要:
目的 换向分支杆横担相互垂直布置，截面尺寸随高度线性变化，结构建模难度大，相应的结构分析还未开展。 方法 为了分析强风作用下换向分支杆的风振响应和薄弱位置，建立壳单元有限元模型得到其真实模态，并对非结构构件进行简化，提出简化的梁单元有限元模型，对比模态和频率验证其有效性。通过不同风向角下的动力响应分析，研究90°、60°、45°、0°风向角下换向分支杆的应力响应和位移响应，得到不同风向角下的薄弱位置。 结果 研究表明换向分支杆的模态以弯曲变形为主，扭转的影响可以忽略；90°风向角下塔顶最大风振位移超过相关规定限值，塔身根部应力最大；45°风向角下塔顶位移最小，但塔身根部应力仅次于90°风向角。 90°风向角下为最不利工况。 结论 换向分支杆的设计控制参数为塔顶位移，此外，塔身根部应力较大较危险。在设计风速29 m/s不同风向角下，换向分支杆的稳定性满足要求，但是塔顶位移超过限值，已建设的应进行加固，计划建设的可以考虑减小档距或增大截面以避免位移超限。
2025, 12(2): 58-70.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-276
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-276
摘要:
目的 对老旧风电场实施“以大代小”改造升级，充分发挥存量风资源和土地资源价值，提升存量风场效益，是推动新能源发展，实现“3060”目标的重要保障。 方法 文章对风电场改造升级现状进行综述，对政策现状以及典型改造升级项目工程项目进行调研，对现有进展的经验和存在问题进行总结。 结果 老旧风电场改造升级国家政策明确，地方政策逐步落地，外部环境向好。已顺利实施改造的老旧风电场的先进经验包括积极与主管部门沟通，充分享受政策红利、原风电场设备充分利旧，有效降低建设成本、因地制宜制定技术方案，实现建设成本降低等。但是目前大规模的改造升级仍然面临新能源消纳问题突出、增容改造难度大、电价不确定性增加、资产回收路径不完善等显著问题。 结论 为了进一步提升老旧风电场改造升级效益，行业仍需重点关注改造项目边界条件对政策的适用性、风电机组选型、风电场最优化布局、老旧风电场改造环境效益以及合理财务评价方法的选择等多个关键方向，推进老旧风电场健康、绿色、高效地改造升级。
2025, 12(2): 71-78.
DOI: 10.16516/j.ceec.2023-235
CSTR: 32391.14.j.ceec.2023-235
摘要:
目的 褶皱是风电叶片在制造过程中可能出现的一种缺陷，它可能导致叶片的强度下降，严重时会产生裂纹并导致叶片断裂。如何对褶皱缺陷进行维修以及验证维修后的叶片结构安全性问题是文章研究的重点。 方法 选取风电场某兆瓦级机组主梁褶皱损伤的叶片为研究对象。首先建立了叶片三维结构模型和有限元模型，通过有限元仿真分析了叶片屈曲稳定性和计算了主梁许用次数；然后，通过玻璃钢（FRP）的强度折损比预测了褶皱高度并制定了维修方案；最后，通过叶片全尺寸静力和疲劳测试验证维修方案的可靠性。 结果 结果表明：若无褶皱缺陷，主梁不会发生屈曲失稳和疲劳失效；维修后的叶片通过了静力和疲劳测试。 结论 依据玻璃钢强度折损比制定的维修方案具有一定可靠性，为风电叶片主梁褶皱的维修提供参考。
2025, 12(2): 79-96.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-311
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-311
摘要:
目的 以NREL-5MW风力发电机为研究对象，采用基于对上游风力发电机偏航角（θ）与下游风力发电机塔架高差（ΔH）以及横向间距（Δy）的单一及组合的控制策略，研究两风机之间的复杂尾流干扰效应。 方法 通过数值模拟两风机的部分尾流相互干扰现象分析两风机的气动功率、尾流平均速度以及尾流干扰效应提高整个风电场发电效率。 结果 研究结果表明：实施组合策略时，尤其是在θ=20°的基础上，调整横向间距Δy=4D和Δy=8D时，风力发电机的整体功率及其提升比实现了最大化。 结论 通过改变上游风力发电机的偏航角或者上下游风机错列布置等尾流效应抑制策略，降低上游风力发电机的功率输出，改善上游风力发电机尾流的效应，可以提高下游风力发电机的气动功率输出，提高风力发电机整体发电功率，较大幅度地提高风力发电机的发电效率，为大规模风电场的布置优化提供了一定的数值模拟支撑。
2025, 12(2): 97-103.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-022
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-022
摘要:
目的 针对海上风电场维检困难，提出了海上风电场智能维检平台。 方法 通过应用智能巡视（升压站巡检机器人、无人机巡视）、自动化智能检修（风电机组螺栓紧固机器人、风电机组防腐喷涂机器人、检修决策）、作业监管（智能门禁、可视化头盔）、智能化维检排程以及全面培训服务等技术，打造无死角的海上风电场智能维检平台。 结果 本系统解决了海上风电场维检资源紧缺、海上风电维检技术落后、海上风电场的可进入性差、海上风电维检成本高昂、海上风电维检行业缺乏标准规范、专业人员缺失等相关维检痛点。以海上升压站主变和风电机组防腐喷涂为例，分析了海上升压站机器人的智能巡视和检修决策表，以及风电机组防腐除锈机器人的具体方案。 结论 系统提高了海上风力场的维检智能化水平，减低了维检成本，做到了降本增效，有望在工程中应用推广。
2025, 12(2): 104-115.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-177
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-177
摘要:
目的 重卡换电站能解决换电重卡充电时间长，续航里程短等痛点，但其动力电池存在容量大、使用频率高、热失控风险高等问题。 方法 为解决以上问题，文章建立了耦合双向充电机的电池热-电耦合模型，对电动重卡动力电池热特性进行研究，应用COMSOL-SIMULINK进行联合仿真。 结果 仿真结果表明：所提出耦合模型，可以有效控制电池车辆到电网（Vehicle to Grid，V2G）工况下的电压电流。在V2G工况前期，最大电流密度在负极与负极极耳的交界处，最小电流密度在正极与正极极耳的交界处，正极极耳温度比负极极耳高4.1 ℃；在V2G工况后期，最大局部电流密度从极耳向电池下端转移，底部区域因浓度的影响有利于电化学反应，电芯温度高于极耳温度；热滥用工况下，副反应发生顺序为SEI膜分解、负极分解、正极与电解液反应，其中，电极副反应生热是导致电池进入无法返回的热失控的主要原因，SEI膜的分解反应是电池开始热失控的标志。 结论 所提外电路-热电耦合模型能有效反映在重卡换电站双向充电机激励下，电池热电耦合模型的温度分布与热失控影响。
2025, 12(2): 116-127.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-271
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-271
摘要:
目的 随着电动汽车数量的快速增加，电动汽车储能对电网的影响日益显著。为了实现电动汽车充电站与电网的动态交互，利用电动汽车储能调节负荷，以减小峰谷差和对电网的冲击，文章提出了一种基于虚拟同步技术的控制调度策略，考虑将无功响应纳入新型电力系统。 方法 首先，文章采用日前申请机制，建立了双层滚动优化调度模型，用于制定各充电站的充电计划。随后，针对V2G（Vehicle to Grid）系统的工作模式和特点，提出了一种改进型虚拟同步控制方式。该控制方式下，功率能够双向流动，并通过V2G调度控制策略进行最优分配，从而实现有功和无功的调度响应。 结果 实验结果表明：所提出的策略能够有效减小电动汽车充放电对电力系统的冲击，增强系统的稳定性。此外，通过将上层调度指令下发到下层V2G变换器控制上，可以很好地实现充电站与电网的双向互动。 结论 上层调度策略与下层变换器控制策略的结合，不仅满足了V2G系统的基本需求，还展现出良好的输出特性。这一控制调度策略为未来电力系统的稳定运行提供了有力保障。
2025, 12(2): 128-133.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-204
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-204
摘要:
目的 锂电池在工作存储过程中会产生大量热量，温度异常会影响锂电池寿命和循环效率，极端情况甚至会引起爆炸，因此锂电池的热失控预警研究，对保证锂电池的运行安全具有重要意义。 方法 使用DTW-Kmeans算法对锂电池的异常温升速率进行识别，随后结合锂电池安全阀开启后表面温度下降的物理特征，采用了双特征融合的方法提出了对锂电池热失控的预警机制。 结果 重复性实验验证了本预警算法可有效地通过温升速率来区分出异常锂电池，并且能够识别异常锂电池温升速率由正向负的突变，综合识别准确率超过90%。 结论 该预警算法能够准确识别出温升速率异常的锂电池，并且能够及时准确地检测锂电池安全阀开启时间和位置。因此，该预警算法可以为锂电池热失控提供预警，从而保障锂电池组的安全运行。
2025, 12(2): 134-144.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-179
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-179
摘要:
目的 随着化石燃料的日渐枯竭，生物燃料逐渐进入大众视野，乙醇氢气混合燃料作为新一代可再生清洁燃料引起了广泛关注，开展乙醇氢气预混火焰燃烧特性的影响研究非常有必要。 方法 文章基于定容燃烧系统，结合高速纹影技术，在初始温度为370 K，氢气比例为50%，当量比为0.7～1.4，初始压力为1 bar、2 bar、4 bar条件下研究了当量比和压力对乙醇氢气预混火焰的层流燃烧特性的影响。聚焦火焰的传播燃烧特性，计算得到了层流燃烧速度并分析了其影响因素，借助Chemkin仿真平台建立相关反应模型，采用Marinov的乙醇氧化反应机理，对其层流燃烧特性进行详细的化学动力学分析。 结果 研究表明，层流燃烧速度与绝热火焰温度具有正相关性且均在φ=1.1达到最大值；压力对净放热速率影响显著，当量比越大其峰值出现在更高温度区域；R1：H+O2⇔O+OH是促进火焰层流燃烧速度最敏感的反应。随着压力的增大，H、OH、O自由基的峰值摩尔分数均逐渐减小且向上游移动，随着当量比的增大H、O自由基摩尔分数逐渐下移，OH自由基摩尔分数先增加后减少。 结论 当量比、压力以及活性自由基对乙醇氢气预混层流燃烧特性的影响显著，可为后续研究提供理论依据。
2025, 12(2): 145-157.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-173
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-173
摘要:
目的 小型压缩空气储能系统摆脱了对特定地理环境的依赖，具有广泛的适用性、较低的建设和运营成本，适合分布式能源系统和微电网应用，能为偏远地区、岛屿或临时设施提供持续、稳定的电力保障。为了提高小型压缩空气储能系统效率，文章分析了系统在不同工况下运行对其性能的影响。 方法 建立了小型先进绝热压缩空气储能系统静态模型和动态模型，以10 kW级储能系统为例，基于Matlab仿真软件模拟了压缩机进气温度、压缩机总压比、膨胀级数等对系统热力性能的影响规律，以及储气罐温度、压力的动态变化。 结果 结果表明：较高的压缩机进气温度和压缩机总压比虽然会降低系统储能效率，但提高了系统的储能密度；节流后压力（膨胀段入口压力）会影响系统储能密度，在设计工况下，当节流后压力为1.35 MPa时，储能密度达最大值8.15 MJ/m3；储能压力由3 MPa增加到6 MPa时，系统的储能效率增加9.02%，储能密度增长了1.72倍；储气罐与环境换热增加，储能效率先减小后增大，当换热系数为5 W/m2/K，系统储能效率有最小值45.98%。 结论 对于小型绝热压缩空气储能系统来说，增加储气罐的储气压力和提高储气罐与环境的换热可以有效提高系统的储能密度，这为系统的设计和优化提供了重要参考。
2025, 12(2): 158-168.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-281
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-281
摘要:
目的 目前，无线电能量传输技术在无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）上的应用正成为研究的热点，但无人机的续航能力仍是发展主要面临的瓶颈之一。 方法 文章面向中小型无人机提出了一种具有强耦合能力并且能够实现恒压输出的无线电能传输系统。与目前主流的旋翼式无人机无线充电系统相比，该设计方案利用欠阻尼谐振原理，通过单个晶体管实现高频逆变，以更加小型化，轻量化替代了全桥与半桥逆变器。并且避免了桥臂直通问题，提高了电路的稳定性。同时，基于磁耦合谐振式无线电能传输系统，采用LCC-S/CLC补偿拓扑能够实现恒流/恒压输出，并且对磁耦合器进行设计，不但增强了耦合线圈接收侧与发射侧的耦合能力，而且减少了接收侧线圈匝数，满足无人机轻量化的需求。 结果 最后，在25 V输入下搭建了一个额定功率为100 W的模拟无人机充电实验平台，效率峰值可达到92%。 结论 仿真和实验结果验证了理论分析和计算，证明了基于单管逆变器的无线电能量传输系统的可行性。
2025, 12(2): 169-180.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-260
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-260
摘要:
目的 在全国电力市场化改革稳步推进的态势下，广东、山西等区域电力现货市场已步入正式运行阶段。电力现货市场价格波动频繁且难以准确预测，对发电企业年度收入构成显著影响。文章旨在深入分析中长期合约的实际价值，为中长期合约电力交易提供科学合理的定价依据，进而降低发电企业（尤其是新能源发电企业）签订中长期合约的市场风险，提高其发电收入。 方法 文章选取广东电力现货市场作为研究案例，深入剖析当前阶段的阻塞费用分配机制以及中长期合约中的阻塞费用结算方式。基于历史数据，对实行单独结算中长期阻塞费用的中长期合约进行价值评估分析。此外，对于拥有基数电量的新能源发电机组，文章还对其在当前基数电量条件下中长期合约的实际价值进行定量分析，从而为中长期合约定价提供依据及建议。 结果 在中长期阻塞费用单独结算的框架下，常规发电机组中长期合约价值主要取决于日前统一结算点电价；而对于新能源发电机组，由于基数电量等因素的影响，其中长期合约价值还与所在节点电价以及新能源自身出力特性密切相关。 结论 文章总结出适用于常规发电机组和新能源发电机组在中长期阻塞费用单独结算下的中长期合约价值公式，据此提出中长期合约定价建议。为发电侧（尤其是新能源发电机组）提供了中长期合约估值及定价思路同时，也为交易规则制定者对后续完善阻塞管理机制提供重要依据。
2025, 12(2): 181-194.
DOI: 10.16516/j.ceec.2024-401
CSTR: 32391.14.j.ceec.2024-401
摘要:
目的 “双碳”目标下，环境权益产品交易作为一种基于市场机制的环境管理手段，其发展对于推动可持续发展至关重要。但国内电碳环境权益产品概念未规范统一，其相关理论、政策及市场机制设计也有待完善。因此，文章针对典型的环境权益产品的发展现状、价值核定，以及现存问题等方面进行综述分析，为完善我国环境权益产品交易体系提出相关建议。 方法 首先聚焦绿证、绿电、碳配额、中国核证自愿减排量（CCER）等国内外典型环境权益产品，分析权益产品所在市场的发展现状，对其政策演进、市场规模等情况进行梳理。其次，对比分析国内外新能源环境价值界定方式，总结我国目前环境权益产品价值核定方式的4种方式，进而提出未来电、碳、证市场耦合机制的设计。最后，深入探讨环境权益产品交易面临的关键问题，包括产品管理分散、环境溢价低、国际认可度不高等方面。 结果 针对上述问题提出针对性建议，如推动构建电-碳-证市场联动机制、规范环境价值界定标准以及提高绿证的国际认可度等。 结论 文章综述了典型环境权益产品市场的发展现状和交易机制，挖掘出当前市场所面临的一系列问题，从市场机制、产品价值，以及国际环境方面提出政策建议，以此完善我国环境权益产品交易体系，进而提升环境资源配置效率，最终助力经济与环境达成协同发展的良好态势。
