期刊信息
双月刊，2014年12月创刊
主管单位：南方电网数字传媒科技有限公司
主办单位：中国能源建设集团
广东省电力设计研究院有限公司
编 辑：《南方能源建设》编辑部
出 版：
《南方能源观察》杂志社有限公司
名誉主任委员：杜祥琬 院士
主任委员：彭雪平 全国工程勘察设计大师
联合主编：杨勇平院士 范永春正高级工程师
副 主 编：张春文 电力行业勘测设计大师
编辑部主任：郑文棠
地 址：广州市黄埔区科学城天丰路1号
电 话：(020)32119015；32119373
(020)32118085 (录用/稿费)
标准刊号：ISSN 2095-8676
CN 44-1715/TK
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RSS专辑征稿围绕双碳领域学术前沿和热点问题，不定期刊出特约专栏、专题和专刊。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-297
摘要:
目的 信息技术的发展引领着新时代的发展潮流。信息技术推进核电技术向智能化乃至智慧化发展，同时也保障着核电安全发展。 方法 给出了信息、核电、核电智能化的关联定位，研究了信息技术在未来核电中的应用，分析了先进核电的发展趋势。 结果 未来的核电首先应该是信息核电，其次是智能化核电，然后才有可能是智慧化核电。5G低时延的特点可以提高核电系统的精度，及时准确地调整核系统运行；云计算可以在核电大量复杂的数据中找到问题；大数据能及时解析问题的根源；量子技术能增强堆芯燃料功能；人工智能的机器数据抓取和神经网络学习更精确地处理和应用信息。 结论 信息化是一种新质生产力革命，信息技术推进核电技术向智能化发展，核电的智能化是未来先进核电发展趋势；信息技术升级是核电领先的推手；保障核电安全，需要信息的帮助；网络信息技术是核风光综合能源系统建设的中枢环节。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-289
摘要:
目的 电-氢协同发展是实现双碳目标的关键路径，也是构建新型电力系统的重要支撑。为促进中国氢能产业的可持续发展与市场化推广，提出了电-氢互补协同系统的多维商业运营模式与发展策略。 方法 首先，综述了国内外电-氢领域发展态势，并归纳典型电-氢项目建设现状；其次，分析电-氢互补协同系统的盈利机制，包括多元售氢模式研究、电力市场收益探索以及减碳经济价值评估等；在此基础上，提出适应中国国情的电-氢互补协同系统多维商业模式，并在不同市场条件、电价机制等边界条件下进行盈利空间测算。 结果 研究发现，电力现货市场的电价机制对氢储能具有显著引导作用，有助于弥补电-氢转换效率损失；综合利用电解槽和燃料电池参与辅助服务是提升盈利能力的关键策略之一；统筹可再生能源制氢和售氢业务可大幅提升整体经济效益，是实现售氢盈利策略向未来电力市场盈利的有效过渡手段。 结论 针对我国能源禀赋特征和区位分布特点，建议我国各地区因地制宜探索电-氢互补协同系统商业模式发展，包括明确市场化政策导向、引导规模化发展布局、拓展多元化终端应用等。
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doi: 10.16516/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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-204
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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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-278
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目的 美丽中国建设需要彰显现代化的工程之美，更需依托中华优秀传统文化。文章旨在研究以文化和美学改善现有工业建筑因工艺造型、工程经济造成限制的设计方法。 方法 采用案例分析和工程实践的方式，研究国内外电力工程美学设计案例，归纳出传统地域文化、科技创新文化和多元融合文化三类视角，并将此应用于国能岳阳电厂2×1000 MW级新建工程的“远影、云起、天际”方案设计思路之中。 结果 通过典型项目的设计实践，提炼出“文化赋能表达”“创新驱动设计”“共享融合发展”的工程美学设计方法。 结论 期望以岳阳电厂为起点，探索文化作为概念出发点与创新立足点赋能工程美学，特别是在火力发电厂的整体规划、建筑设计中的可行路径。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-044
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目的 针对以氢为燃料的固体燃料电池，提出了燃料电池阴阳两极分别进入燃气透平和蒸汽透平做功的SOFC-“GT+ST”系统，分析不同参数对系统效率的影响，为氢燃料电池与透平耦合系统提供参考意见。 方法 基于ebsilon软件建立系统模型，在给定参数下和SOFC-GT系统比较，并研究了燃料利用率、压缩机压比、空气流量、SOFC入口工质温度对SOFC-“GT+ST”系统总发电效率的影响。 结果 结果表明与SOFC-GT系统相比，SOFC-“GT+ST”系统的总发电功率增加至73.3 MW，较原系统提升5.74%，发电效率达到60.13%；燃料电池的燃料利用率、压缩机压比、电池入口温度及空气流量都会对系统的总发电效率产生影响，其中燃料利用率存在最佳值，空气流量有一个合理的取值范围，而电池入口温度和压缩机压比越高系统发电效率越高。 结论 在该文设定的结构和参数下，燃料电池的燃料利用率最佳值为0.85，空气流量取值应在35～39 kg/s之间。该改进系统可有效提高SOFC与透平联合发电系统的总发电效率，该文的研究结果为系统参数的选择提供了参考。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-031
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目的 随着可再生能源装机量逐年增加，水电解制氢成为消纳可再生能源的重要途径。 方法 本文综合碱性电解槽的经典电化学模型、守恒关系及经验公式，探究了温度、压力、电流密度等因素对水电解制氢系统性能的影响，结合槽体结构、关键材料和运行条件分析影响机理，指出了当前水电解制氢系统性能优化的方向。 结果 选取氢气产率、综合效率、小室电压、氧中氢含量作为电解槽性能参数，研究发现提高电流密度和升温都能增加氢气产率，而压力变化产生的影响较小。文中结合物理机理及实际运行经验，对模型中部分经验参数的有效性做了分析。 结论 优化电解槽结构与提升催化剂性能是提高电流密度的关键；电解槽工作温度过高则超过设备材料的承受能力，工作温度过低则系统能耗升高，需要综合考虑而定；加压意味着对设备的密封性和基础材料的性能要求更高，设备产出高压力氢气也意味着后端应用端有更多的选择，在一定程度上来说可以减少后端压缩储存系统的投资。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-358
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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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-301
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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。
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doi: 10.16516/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两大类，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，需识别并评估高影响天气风险，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，高影响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。频发的高影响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高影响天气的监测预警，考虑高影响天气对风电功率预测的影响，加强储能系统建设等。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-182
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目的 为了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、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了5%/℃，广西、重庆和陕西的平均值在3%/℃左右；（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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-124
摘要:
目的 风资源丰富的湘桂走廊，也是冷空气南下广西的通道。每到冬季，常常出现低温、冰冻等灾害性天气，会导致风机叶片覆冰、材料及结构性能改变、载荷改变等多种问题，造成风机使用寿命降低、影响发电产能。在广西，寒潮低温天气对风力发电的影响受到广泛关注，低温条件对风电场运行阶段有着重要的影响，目前鲜有对于风电机组低温天气运行及其影响进行统计分析的研究。 方法 文章利用实况观测资料、欧洲中心ERA5的0.25×0.25再分析资料，以及广西风电公司有关凝冰停机及弃风电损数据，分析了2023年12月15日～24日低温冰冻天气过程对桂林北部高山风力发电业务的影响，同时分析了桂林灾害性低温冰冻天气的形成机理与预报技术。 结果 发现环境温度、空气湿度与风电损耗存在相关的关系，得出相关性公式。 结论 成果将为未来桂林高山风电场低温天气的预报预警及风力发电功率预测提供基础。利用数值预报的温度预报产品，提前预报未来逐日停机台数和电损，助力风功率预测。同时高精度冰冻灾害天气预报预警可优化客户资源配置，降低客户财产损失，确保人员和设备安全。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-231
摘要:
目的 近年来，在“双碳”政策的不断推动下，海上风电制氢作为绿氢制备的重要技术在我国取得长足发展。文章对我国海上风电制氢产业技术路径、发展现状和问题挑战进行总结，并在此基础上提出相关对策和建议，旨在为未来我国海上风电应用和布局提供思路。 方法 通过调查国内外海上风电制氢产业关键技术研发进展情况，从海上风电制氢系统、电解水制氢技术和海上氢储运方式三个方面出发，分析不同技术路径的研发进展及限制因素；调查当前产业整体发展现状，从政策规划、市场格局、技术路线等方面进行梳理，分析产业当前发展优势及制约因素。 结果 分析当前布局可知，海上风电制氢产业市场格局和技术路线呈现多元化发展趋势，对绿氢产业的发展具备增益效果并推动电解槽产能持续提升。然而核心技术待突破、关键部件依赖进口、周期成本高以及监管保障政策待完善等问题也成为制约产业发展的重要因素。 结论 在积极发展海上风电制氢产业的过程中应警惕隐患和瓶颈约束，从政策标准、产业布局、核心技术等多角度出发，科学谋划，合理布局，推动海上风电与氢能产业结合发展，助力实现我国“双碳”目标。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-244
摘要:
目的 竖井式重力储能技术作为新型储能技术之一，因其安全性高，对环境友好等特点，成为当前储能领域的研究热点。由于基于传统旋转电机的系统只能运输单个重物，不能通过改变运输不同重物数量来满足电网各种功率等级需求，而直线电机的应用恰好可以解决这一问题，因此应用直线电机的竖井重力储能系统备受人们关注。 方法 文章介绍了基于直线电机的竖井式重力储能系统的基本工作原理，总结了目前的几种系统结构和系统中直线电机的设计。 结果 研究表明，由于竖井式重力储能装置长距离运动，重物块质量大等特点，需要推力大、磁体和线圈绕组安装在动子上的直线电机。目前的研究主要集中在连续机混合游标直线电机、磁通切换永磁直线电机和直线开关磁阻电机上。3种电机都由于自身特点适合于竖井式重力储能系统，各有其特点和优势。 结论 可以看出，与传统旋转电机系统相比，采用直线电机的系统具有诸多优势，会逐渐成为竖井式重力储能技术方案的主流；由于竖井式重力储能系统的系统特性，直线电机的选取至关重要，如果针对竖井式储能系统对直线电机的结构进行专门的设计，将可以更好的发挥储能系统的优良性能，推动竖井式重力储能技术的广泛应用。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-319
摘要:
目的 随着“碳达峰”“碳中和”目标的提出，全球推动能源结构转型，加快构建以新能源为主体的新型电力系统。新型能源并网的间歇性与不稳定性对储能技术提出了更高的要求。重力储能作为一种新型物理储能技术，具有广阔发展前景，但其输出功率缺乏稳定性，功率曲线亟待优化。 方法 文章对竖井式重力储能系统的运行过程进行分析，建立了物理模型、效率模型和功率模型。在此3种基本模型上建立了多目标优化的总模型，以功率平稳、波动率最小为优化目标，以3种模型结合实际情况设置约束条件，得到重物在运行过程中的最优参数配置。 结果 经过储能系统的仿真验证，所建立总模型在电网需求功率等级分别为30 MW、40 MW、50 MW时，对输出功率曲线均有较好的优化效果，优化后的波动率分别为3.9%、4.6%、8.7%。 结论 基于所提出的优化模型，重物介质质量不变的前提下，随着电网需求功率等级的提高，输出功率波动率随之提高，功率等级增加了20 MW的情况下，功率波动率增加了4.8%；电网需求功率等级不变的前提下，随着重物介质质量的增加，输出功率波动率随之降低，当重物质量从80 t增加到了150 t时，40 MW下的功率波动率减小4.2%。该模型有较好的可行性，对日后竖井式重力储能工程项目的建设具有指导意义。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-247
摘要:
目的 竖井式重力储能技术作为新型储能的一种，具有对环境污染小、建设成本低、效率高等独特优势，应用前景广泛，但对于系统本身的发电特性及影响因素的研究仍不完善。竖井式重力储能系统的发电效率是储能系统的重要指标之一。 方法 文章通过对竖井式重力储能系统的效率模型进行数学建模，研究了在3种不同的重物块下落曲线下的效率影响因素，并通过仿真实验探究这些因素对系统发电效率的影响趋势，再对3种类型的速度曲线的效率特性进行对比分析。 结果 研究结果表明，下落速度对系统效率的影响十分显著，适当降低速度可以提高发电效率；竖井高度和重物块质量对发电效率的影响较小。3种类型的速度曲线对比中，梯形速度曲线和三角形速度的发电效率受其他因素的影响较小，抛物线形速度曲线受其他因素的影响更敏感，发电效率也相对更小，梯形速度曲线在相同条件下的系统效率最大；在大重量的重物块的前提下，3种速度曲线类型下的发电效率受其他因素的影响都很小。 结论 由此，采用大重量的重物块，降低重物块的最大下落速度，运用梯形速度曲线可以显著提高发电效率，达到更好的系统性能。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-219
摘要:
目的 在“30·60”双碳的背景下，为解决可再生能源的不确定性和不连续性导致综合能源系统功率平衡性表现不佳的问题。 方法 文章构建含电解水制氢耦合燃气掺氢技术以及氢储的电氢耦合环节，设立了弃风弃光惩罚机制，构建含电氢耦合环节的综合能源系统优化调度模型。针对求解该模型求解时易陷入局部最优和收敛速度慢等问题，引入斑翠鸟优化算法（Pied Kingfisher Optimizer，PKO）。 结果 模型以系统总成本最小为目标函数，求解得到各能源网络机组出力的优化调度结果；PKO与传统优化算法相比，具有更快的收敛速度，更能达到全局最优解的目标。 结论 算例分析表明，所提模型和方法相较于其他方案，总成本分别减少了15.04%和6.99%，有效提高了综合能源系统新能源利用水平，降低了系统总成本，更具经济性。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-218
摘要:
目的 随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，低碳环保理念被推向了一个崭新的高度。园区作为能源终端，成为低碳减排的重要载体。 方法 针对含电-气-热耦合的园区综合能源系统运行经济性及弃风弃光问题，提出一种基于电转气（P2G）的园区综合能源优化运行方法。引入电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池替换传统的P2G，为新能源消纳提供了有效的方法。 结果 为进一步降低园区二氧化碳的排放，引入基于碳超额率的阶梯式碳交易机制。以园区的日运行成本作为优化目标，建立优化调度模型，设定满足园区综合能源系统的供需平衡及设备的运行约束条件。结果显示：系统运行成本降低了12.4%，系统的碳排放量降低了16.2%，风电与光伏的利用率分别提高了29.3%和25.7%。 结论 运用CPLEX商业求解器进行求解，通过设置多个运行情景，对比验证了所提策略有效提升了园区综合能源系统的经济性和低碳性，为园区实现碳减排目标提供了有力支持。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-140
摘要:
目的 框架式重力储能系统因其具有高经济效益、低系统成本、不受地理条件限制等特点而具有广泛的应用前景。 方法 文章运用平准化度电净现值（levelized net present value of electricity, LNPVE）模型详细探究了框架式重力储能系统在整个生命周期中的收益变化规律。以重力储能系统中资金流动的净现值为基础，构建了包括系统初始投资、折现率、上网电价以及政府补贴等的系统折现度电收入模型（levelized revenue of electricity, LROE），利用折现度电收入LROE与度电成本（levelized cost of electricity, LCOE）建立了平准化度电净现值模型，并探究了系统的折现率、上网电价、系统寿命以及系统充放电效率变化时LCOE、LROE、LNPVE、总净现值收入、总折现成本的变化情况，综合考虑不同参数对系统经济性的影响。 结果 折现率、系统寿命、上网电价和充放电效率的增大都会改善系统的经济性。此外，随着系统寿命的增加，系统的LNPVE减小而总净现值收入增加，在评估系统的经济性时综合考虑多方因素更为恰当。 结论 研究的度电净现值模型可以为框架式重力储能系统的建设和收益分析提供参考。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-139
摘要:
目的 重力储能作为一种新型的储能形式，其在平衡电力供需、应对间歇性能源波动等方面在电力系统中发挥着越来越重要的作用。 方法 文章以基于地面构筑物和斜坡式重力储能为例，详细分析两种形式重力储能在国内外的研究情况。首先与传统储能形式进行对比，给出重力储能的工作原理及其优势。其次，给出了基于地面构筑物的重力储能系统和斜坡式重力储能结构的研究现状及其经济成本分析，详细介绍了山地矿车式和山地缆车式两种典型的斜坡式重力储能系统结构，阐述了坡度、重物质量等参数对系统效率、成本性能的影响。最后针对重力储能系统的技术特点给出了展望和建议。 结果 基于地面构筑物的重力储能结构稳定，初期投入成本较高，适用于功率波动大的用户采用。斜坡式重力储能建设成本低、操作简单，适用于高山地形，且功率需求小的用户采用。 结论 随着重力储能技术的逐步成熟，其成本不断降低，未来将作为一种新型储能对电力系统构建起到重要支撑作用。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-108
摘要:
目的 在加氢站制氢过程中，乙醇和氢气混合后易形成可燃气体，一旦受到火花或高温引燃，可能发生爆炸。为了降低加氢站制氢储氢过程中的爆炸风险，进行实验研究是至关重要的。 方法 针对在1 bar和400 K下不同当量比和不同乙醇掺混比例的氢气-乙醇-空气混合物，进行爆炸特性参数的分析。通过计算混合燃气的可燃极限和爆燃指数来评估爆炸危险程度，从而制定有效的安全措施降低爆炸风险。 结果 实验研究结果表明，当量比的增长会缩短爆炸时间，使其最终趋于稳定值，氢气体积分数（30%、50%、70%）对应的稳定爆炸时间为0.03 s、0.025 s以及0.019 s。最大爆炸压力、最大压力上升率以及爆燃指数都是随着当量比的增加先增大后降低，在当量比为1.3时达到峰值。随着乙醇的添加混合气的可燃极限不断降低，且UELmixture（混合物可燃性上限）的降低幅度明显高于LELmixture（混合物可燃性下限）。此外，最大压力上升率以及爆燃指数随着乙醇的添加都呈现明显的降低趋势，计算得出本研究的最大爆燃指数为11.85 MPa·m/s。 结论 研究成果揭示了当量比和掺混比例对混合燃料爆炸特性影响规律，为加氢站制氢和储氢过程中降低爆炸风险提供坚实的理论基础。
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doi: 10.16516/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、2、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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-361
摘要:
目的 随着核电的数字化发展，越来越多的核电设备数据得以被采集，运维人员通过数据分析即可获得各设备的运行工况。准确的核电设备的运行工况划分是实现核电设备健康评估、核电设备异常发现的基础。但是由于核电设备内部的传感器种类繁多，导致需要分析的数据量过于庞大，为人工划分核电设备的运行工况带来了巨大的挑战。为了能够实现核电设备运行工况准确快速地自动划分，提出了一种基于TICC聚类的自监督学习核电运行工况划分算法。 方法 首先，对核电设备的历史运行数据进行归一化处理，并利用手肘法确定最佳聚类数。再利用TICC聚类算法为核电历史运行数据进行工况分类，通过分类结果为各个工况的数据片段打上工况标签。最终，利用带标签的工况数据训练卷积神经网络获得工况划分模型。最终通过真实的核电设备运行数据进行验证。 结果 实验结果表明，所提出的算法的划分准确率达到了96.6%，划分速度仅需耗费3.2 s。 结论 相较于K-means算法与TICC算法，研究提出的算法在准确率上和划分速度上均有较大提升，该算法可以有效地帮助核电运维人员完成核电设备的运行工况划分。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-099
摘要:
目的 核电设备的安全运行对核电厂至关重要，发生事故所带来的损失是不可估量的。因此，对核电设备进行有效的异常检测十分必要。针对固定阈值和人为检测方法的局限性，这些方法难以适应时序数据的动态变化，文章提出一种基于POT的多元统计过程的异常检测方法。 方法 文章采用主成分分析方法构建异常检测模型，将模型的SPE统计量作为POT算法的初始阈值，然后将超过初始阈值的部分进行广义帕累托分布拟合，从而确定最终的动态阈值。当异常分数超过最终阈值则发出异常警告。通过将多元统计过程控制和极值理论相结合，该方法利用多元统计过程控制快速发现核电厂运行数据中的异常情况，并结合极值理论对极端事件的建模与分析来提高异常检测的灵敏度和可靠性，能够快速发现核电厂高维运行数据中存在的异常情况。 结果 在仿真实验结果中，文章提出的方法相较于常规的多元统计方法和POT方法，具有更高的准确率、召回率。在核电厂不同设备上的实际运行数据的实验中，证明了该方法在异常检测上的有效性。 结论 将多元统计过程控制和极值理论结合，提出的异常检测方法不仅能检测到由数据相互关系改变引起的异常，而且能利用POT方法确定最终阈值避免传统多元统计过程控制中出现的误检。该方法能处理核电厂高维时序运行数据，提高异常发现的效率，确保了核电厂安全高效地运行从而提高核电厂的经济效益。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-180
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目的 文章旨在全面系统地探讨熔盐反应堆（Molten Salt Reactor，MSR）技术的发展现状，明确MSR作为第四代核电技术的优势，并分析其商业化应用面临的主要挑战。通过分析MSR技术的发展历程、技术分类及各国研发进展，为MSR技术的未来发展提供有价值的参考。 方法 采用文献综述和比较分析的研究方法，梳理了MSR技术的发展历程，详细分类了MSR技术的不同类型，并深入分析了美国、中国、俄罗斯、法国、加拿大等国在MSR技术研发方面的最新进展；同时，结合MSRE实验堆和TMSR项目等实际案例，探讨了MSR技术的关键技术进展及面临的主要挑战；此外，还分析了国际合作和技术创新对MSR技术发展的影响。 结果 研究发现，MSR技术因其安全性高、燃料利用率高的优势，受到了全球广泛关注。美国通过熔盐堆实验（Molten-Salt Reactor Experiment，MSRE）验证了MSR的工程可行性，中国在钍基熔盐堆核能系统（Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System，TMSR）研究项目中取得了熔盐制备和纯化方面的重要进展。俄罗斯、法国、加拿大等国也在MSR技术领域取得了显著成就。然而，MSR技术的商业化应用仍面临诸多挑战，包括供应链建设、燃料供应、监管框架适应、废料处理、安全保障措施以及复杂的维护和运营等。 结论 尽管MSR技术面临诸多挑战，但其在安全性、燃料利用率和设计灵活性等方面的优势，使其拥有广阔的发展前景。国际合作和技术创新是推动MSR技术进步的关键因素。随着相关技术的不断进步，这些挑战正在逐步得到解决。未来，MSR技术有望成为全球能源结构转型的重要支撑，在提高燃料利用率、降低核废料产生和提升反应堆安全性等方面发挥重要作用。随着研究的深入和技术的成熟，MSR技术有望实现商业化应用，为全球清洁能源转型贡献力量。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-308
摘要:
目的 风力发电机组运行环境恶劣，易发生各类故障。主轴承作为传动系统的中枢部件，其前期故障不易察觉，故障评估十分困难，且海上作业受窗口期限制，如何准确评估海上机组主轴承的运行状况，成为了行业的一大难点。 方法 该研究针对某海上7 MW级别的直驱机组发电机主轴承运行状况，通过理论公式推导了风轮载荷在传动链中的传递过程，得出主轴承所受的径向载荷和轴向载荷；通过主轴承有限元计算分析，得出轴承滚道内的承压区载荷分布，与理论推导相互验证，初步确定了振动监测测点位置。 结果 最后，根据轴承测点位置，在风机现场进行了振动监测，得到了清晰的时域振动曲线，分析了主轴承的振动有效值、冲击信号响应频次、加速度包络特征等振动监测结果，并配合轴承内部润滑油脂成分检测结果，定性判断了主轴承内部具体部件的损伤程度。 结论 该研究明确了大兆瓦级直驱海上风电机组主轴承测点位置，准确评估了主轴承运行状况，可为设计和维护人员提供技术支持。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-058
摘要:
目的 能源是工业的粮食和国民经济的命脉。改革开放以来，广东经济建设取得的巨大成就离不开能源行业发展提供的支持和后勤保障。广东作为能源消费大省和资源小省，能源自给率较低，一直面临能源匮乏的挑战。经过多年发展与转型，广东能源行业正逐渐形成传统火电、核电、海上风电、光伏发电等多元能源组合的新型能源体系，能源行业也从经济生产的制约因素之一转变为省内高新技术制造产业链的有机组成部分。从宏观经济角度分析能源行业发展的经济贡献，对制定科学的能源产业发展规划，推动广东能源与经济协同高质量发展具有现实意义。 方法 首先整合代表广东能源行业与经济发展的指标数据建立研究数据集，然后分别使用向量自回归模型与Feder两部门生产函数模型对广东能源行业的整体经济贡献与溢出效应进行定量分析。 结果 分析结果表明，工业化后期阶段下广东能源行业与整体经济发展间存在相互促进的关系，能源行业生产对经济增长的整体贡献与溢出效应均较为显著，但能源投资的经济拉动作用相对较低。 结论 研究从实证角度测算了广东能源行业的经济贡献，根据结果提出了广东能源行业高质量发展的建议，可为广东能源发展规划与政策制定提供参考。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-294
摘要:
目的 燃气-蒸汽联合循环机组已广泛用于热电联产，但其最小发电功率受到供热量的限制。尤其在北方冬季供暖期，燃气-蒸汽联合循环机组无法压低出力，从而挤占了风电上网空间并造成弃风。 方法 针对这一问题，研究了在热电联合调度中发挥燃气-蒸汽联合循环机组的运行灵活性是否能够促进风电消纳，为此建立了用于描述燃气-蒸汽联合循环机组多样化运行模式的数学模型，进而构建了一种考虑风电消纳的热电联合经济调度模型，联合优化煤电机组组合、燃气-蒸汽联合循环机组多样运行模式、各机组出力分配和备用容量分担。 结果 案例仿真发现在风电消纳困难时段，燃气-蒸汽联合循环机组由二拖一模式切换到一拖一模式可使弃风率降低1.28%，由抽凝模式切换到背压模式可使弃风率降低4.55%。 结论 案例分析表明，热电联合调度中充分利用燃气-蒸汽联合循环机组运行模式的灵活性，可以在热负荷较高时段压低机组出力，增大风电消纳空间并降低弃风，且可以在热负荷较低时段增大机组出力范围，为系统提供旋转备用，优化机组备用分担。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-184
摘要:
目的 “节能减排”是近些年来国家对工业项目的技术要求，变频技术可使工艺设备在不同工况下调整出力，从而节约资源。但变频器属于电力电子设备，IGBT元件本身故障率相对较高，且对运行环境要求苛刻，因此提高高压变频器的安全性、运行可靠性十分重要。 方法 在高压变频器个别功率单元故障退出情况下，依据中性点漂移技术，调整中性点位置及三相电压之间的夹角，使高压变频器可以在旁路掉部分故障功率单元后仍可以正常运行；将高压变频器的实时状态送至DCS，根据DCS逻辑组态，实现高压变频器整机自动旁路技术；设置单独的高压变频器室，通过空调、通风、风道系统等，为高压变频器提供一个相对较好的运行环境。 结果 通过对高压变频器采取内部策略和外部环境策略后，高压变频器的故障率有所降低，延长了高压变频器的无故障安全运行时间。 结论 采用中性点漂移技术及整机自动旁路技术，可以降低高压变频器的故障概率及频次；联合改善运行环境的温度和湿度条件，可以提高变频器持续可靠运行时间，对提高变频器的安全性及运行可靠性有显著帮助。
2025, 12(1): 1-11
doi: 10.16516/j.ceec.2024-306
摘要:
目的 文章旨在探索伞梯式陆基高空风力发电系统（Airborne Wind Energy systems，AWEs）动态建模方法及高空风场变化的纵向扰动时伞梯及伞梯间稳定轨迹跟踪控制方法。 方法 以25 MW级伞梯式陆基AWEs为例，探究伞组组件力学响应特性，构建伞梯系统多刚体绳索动力学模型，在施加纵向扰动的高空风场模拟环境中，基于伞体姿态控制，设计跟踪与同步控制律，实现伞梯轨迹跟踪与运行安全控制。 结果 研究表明：调整伞体的有效迎风面积能够实现高空风场变化的纵向扰动下，伞梯的实际运动轨迹与期望轨迹之间的误差收敛，且基于所设计同步控制律，实现了多伞梯间的运行同步，达到防碰撞的安全运行目的。 结论 可基于伞体姿态控制，设计伞梯式陆基AWEs运行的跟踪与同步控制策略，实现系统在高空风场动态环境中的安全高效运行控制目标。
2025, 12(1): 12-21
doi: 10.16516/j.ceec.2024-257
摘要:
目的 摩擦卷扬机是高空风能发电（Airborne Wind Energy Systems, AWES）的主要做功设备，为克服其工作过程中所受缆绳拉力大、线速度高、工况复杂的难点，同时满足长寿命、高可靠性、高安全性的需求。 方法 提出一种基于承压轮的浮动双卷筒摩擦卷扬机构型。通过有限元分析软件对关键部件承压轮和卷筒进行优化设计，建立摩擦卷扬机受力分析模型并进行力学分析，采用变密度法，对承压轮内部支撑体进行拓扑优化；对卷筒参数化建模，进行灵敏度分析，筛选出对最大应力、平均应力和几何质量的灵敏度较大的结构参数，采用中心复合试验设计法，建立了卷筒应力、质量与主要设计结构参数的响应面模型。 结果 通过以应变能最小为目标，以承压轮内部支撑体体积为约束条件，实现了承压轮结构质量下降36%的优化效果，并通过在不同部位施加载荷验证了其强度符合要求；使用灵敏度分析法筛选卷筒结构参数，以此建立卷筒响应面模型并进行多目标优化，得到卷筒优化方案，在满足强度要求的前提下实现质量减轻16.6%的优化效果。 结论 基于有限元分析仿真软件对摩擦卷扬机关键部件进行优化并验证了以上构型的可行性，同时降低了制造成本，兼具经济性，并解决了高速重载卷扬机的轴承选型、振动和热膨胀等难题。
2025, 12(1): 22-30
doi: 10.16516/j.ceec.2024-370
摘要:
目的 目前，国内及国际都已开展对高空风力发电技术的研究，主要集中在运行控制、机理分析和系统设计领域，尚未出现针对高空风能电站运维领域的研究成果。 方法 文章提出1种高空风能电站智能运维辅助系统设计方案，为将来在高空风能电站推广应用智能运维技术、推进运维数字化建设工作提供思路。通过对我国首个示范性伞梯组合型高空风能电站进行调研，分析现阶段的运维痛点，设计1套高空风能电站智能运维辅助系统，以解决站内监视后台分散、运行数据表单多样、设备台账不成体系、故障维修历史不便追溯等问题。 结果 基于微服务开发了1套高空风能电站智能运维可视化平台，实现集中监视发电系统设备状态，标准化设备台账，规范设备维修工单流程，监测运行环境安全，主动识别危险事件并输出报警。 结论 高空风能电站是出现不久的新事物，其智能运维平台的设计应首先侧重于提高电站运行数据的集中可视化程度、推进设备数字化管理模式及保障电站运行环境安全，以匹配起步阶段的电站运维需求。随着以后高空风能发电系统的核心控制技术攻关和设备选型制造技术攻关的完成，高空风能电站智能运维技术可与之适配进步，进一步推进高空风能电站的兴起。
2025, 12(1): 31-42
doi: 10.16516/j.ceec.2024-423
摘要:
目的 新能源发电在未来相当长一段时间内，将持续呈现大规模、高比例、市场化、高质量的发展趋势特征。深入推进能源革命，加快构建新型能源体系与气象问题密切相关。 方法 文章分析新型能源体系中的关键环节与天气气候的关系；从支撑、融入和保障3个方面强调气象工作在新型能源体系中的重要作用；详细梳理我国风能太阳能资源评估技术发展历程，包括资源评估技术、技术开发量评估方法以及新一轮风能太阳能资源普查工作的技术要点等；深入分析风能太阳能预报需求和预报时段划分，介绍中国气象局在超短期、短期、中期和长期预报方面的技术进展、主要业务产品以及风能太阳能发电精细化气象服务示范计划（SDP）的实施情况。 结果 风能太阳能资源评估技术显著提升，但也面临着风电机组大型化、太阳能利用多元化所带来的挑战，需要不断发展新的资源评估技术应对能源行业需求；风能太阳能预报准确率的提升需要方法论的突破。“一场一策”构建风光场站的气象预报订正和功率预测模型，将是提升预报准确率的重要手段。 结论 气象工作应以国务院《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》为指引，不断强化科技创新和社会服务能力，为新型能源体系的高质量发展做出积极贡献。
2025, 12(1): 43-57
doi: 10.16516/j.ceec.2024-367
摘要:
目的 近年来，受气候变暖等因素影响，全球范围内极端天气事件呈现出频发特征。与此同时，在“碳达峰，碳中和”目标下，风光等波动性新能源高比例并网、电力电子设备大量应用以及交直流特高压远距离输电技术的应用都在不断重塑传统电网的本来特征，更多的电力一次设备裸露在恶劣环境中运行，电力系统受外部极端天气的影响更加严重。 方法 文章首先梳理了近年来典型台风、暴雨和冰雪等极端天气事件对电力系统设备及运行的影响。同时结合典型案例深入探讨了新型电力系统范式下的系统性风险表现。在此基础上，提出针对不同灾害场景的精细化建模、系统风险评估及跨领域协作的应对策略的一些思考与展望。 结果 研究表明，极端天气的冲击加剧了设备故障和系统不稳定的风险，新型电力系统的高比例新能源接入进一步放大了故障传播的影响。 结论 在新型电力系统深入建设和极端天气加剧冲击的双重压力下，电力系统的安全稳定运行依赖于设备风险建模、系统性风险防控及跨领域协作机制的提升。因此，未来研究应聚焦于构建电力系统的多维度联合风险评估。同时，指出强化电力系统与气象系统的深度耦合的必要性，以提高系统的风险预测与动态应对能力，为系统的韧性提升提供科学依据与技术支持。
2025, 12(1): 58-64
doi: 10.16516/j.ceec.2024-234
摘要:
目的 新型能源体系是以清洁低碳为核心目标的能源体系，国家新型能源体系构建是实现“双碳”目标的重要举措。天气气候因素及气象灾害等对电网稳定、安全运行影响巨大，需要针对国家新型能源体系建设新需求，构建高质量气象服务保障体系。 方法 文章通过文献调研、政策调研和专家咨询等方法，在对国家新型能源体系相关政策措施进行分析的基础上，对照国内能源气象服务业务现状、研判未来发展方向，提出新型能源体系建设的气象服务保障体系发展思路，并研提相关建议。 结果 研究表明，中国气象局各级业务单位在风光发电、水电、核电，及输电通道、能源消纳等方面均较好开展了能源气象服务。国家新型能源体系建设对气象服务保障提出了面向清洁能源基地建设整体优化气象服务保障布局，强化发电功率预报以及气候预测等服务精准度，针对新能源基础设施建设、发电、储能、输电、消纳等各场景开展气象服务保障等新要求。 结论 对标国家新型能源体系建设要求，文章从优化能源气象业务服务布局，提升服务保障能力，强化技术人才、合作机制保障支撑等方面，对更好发挥气象部门在国家新型能源体系建设中的服务保障作用提出了对策建议。
2025, 12(1): 65-74
doi: 10.16516/j.ceec.2024-126
摘要:
目的 海上风电安全至关重要，气象服务能有效解决影响风电场安全的浪高、风暴潮、强对流以及海雾等预报预警难点问题，保障海上风电项目安全、高效运行。 方法 文章以江苏省海上风电场气象服务为例，通过数据同化技术和最新人工智能方法，结合数值模式，建立海上风电场风-浪-流预报、波浪有效波高和风暴潮智能预报、海上风电场高影响天气监测预报预警等关键技术，最终形成海上风电精细化气象服务与应用，并对气象赋能海上风电产业链和加强不同行业技术融合等提出思考。 结果 结果表明，近海风电场10 m风、100 m风、浪高等要素预报时空分辨率提高至1 h、3 km；有效波高和风暴潮潮位预报时效增至72 h，6 h预报准确率达85%；强对流预警时效提前1 h、海雾预警提前30 min，预报准确率达92%；技术实现了多工作场景的精细化气象服务应用。 结论 研究海上风电气象服务关键技术的应用，能有效提升海上风电安全生产和运维能力，优化海上风电机组发电效率，降低出海作业成本及损耗，保障出海作业安全，减少生命财产损失。此外，随着海上风电的发展，气象服务将不断加强与不同学科的技术融合，赋能海上风电全产业链的发展。
2025, 12(1): 75-82
doi: 10.16516/j.ceec.2023-277
摘要:
目的 旨在探索一种新型的漂浮式海上光伏系统，该系统不仅能够有效收集海上太阳能资源，还能实现智能化气候预警功能。 方法 研究通过结合海上光伏技术与智能化气象监测技术，构建一种可行的智能化海上光伏气候预警平台。首先，利用漂浮式海上光伏平台将太阳能转化为电能；其次，通过智能化监测系统实时监测海洋天气状况并发出预警，以提高光伏发电的可靠性。 结果 试验表明，该漂浮式海上光伏系统能够在不同海域及气象条件下有效收集太阳能，并利用智能化气象监测系统及时预警海洋气象变化。 结论 研究发现该平台具有广阔的应用前景和市场潜力，可为海洋可再生能源发展提供借鉴，并向相关研究与实践提供思路与方法。
2025, 12(1): 83-90
doi: 10.16516/j.ceec.2023-296
摘要:
目的 风电偏航制动系统具有低压偏航和高压重载的应用工况，摩擦副之间的摩擦性能受到机组偏航制动部件之间各参数影响。 方法 基于盘式制动器的拖磨试验台，模拟风机不同工况下制动器运行情况，研究了不同材料对偶件、同种对偶件材料不同压力、速度和温度下的有机复合材料摩擦特性，并从摩擦学角度揭示了不同参数对摩擦系数的影响因素。 结果 结果表明：在同等表面参数下，不同对偶件材料对摩擦系数有较大影响；在同种对偶件材料情况下，制动压力和摩擦副相对运动速度越大摩擦系数越小，且制动压力对摩擦系数影响因子更大；摩擦系数受温度影响较大，摩擦副之间温度越高摩擦系数往往越小。 结论 此研究为风机偏航制动系统的参数选用及制动控制逻辑提供了重要参考思路和依据。
2025, 12(1): 91-99
doi: 10.16516/j.ceec.2023-268
摘要:
目的 为了更好地掌握海上风电接入系统故障特性，进行了海上风电接入系统交流故障特征的影响分析。 方法 给出了海上风电并网输电系统拓扑分析和海上风电电气结构工作控制原理分析，其中包括PMSG工作控制原理分析，柔直输电系统的拓扑及原理分析，海上换流站工作控制原理分析，陆上换流站工作控制原理分析，从不对称故障与对称故障2个方面开展了海上风电接入系统的故障特征机理分析。 结果 建立了基于PSCAD的海上风电经柔直送出的仿真模型并进行了验证分析，通过单相接地故障和三相接地故障仿真分析对所提出机理分析的正确性和普遍适用性进行了验证。 结论 仿真结果验证了故障特征机理分析的正确性，对称分量法能够满足于在含电力电子设备接入系统下的故障分析，不对称故障时，两侧的同相短路电流有一定的相角差，柔直侧的负序电流最大，风场侧的短路电流整体较小，对称故障时，柔直侧、风场侧电流分量中仅有正序电流，两侧的同相短路电流的相位几乎趋于一致，均呈现幅值受限特征。
2025, 12(1): 100-108
doi: 10.16516/j.ceec.2023-230
摘要:
目的 传统海上风电送出研究对象为单一风电场点对点向陆上送电，存在局限性，且采用的经济评价方法仅考虑初期投资，系统性和科学性不足。针对当前海上风电连片开发的应用场景，文章提出一种多风场集中送出方式优选方法，指导确定最优送出方案。 方法 技术性方面，根据工作原理，海上风电送出包括交流、直流和交直流混合3种类型，每种类型有各自的特点和适用范围。经济性方面，除了初期投资，还应考虑设备使用年限内的损耗、维护、停运损失和海域租赁等运行过程中产生的费用，其中对称单极系统和对称双极系统根据系统特点应采用不同的计算方法。 结果 针对典型案例提供了6种集中送出方案，涵盖了目前交流送出和直流送出的全部主流技术方案。通过对不同方案的技术性和经济性进行对比，选择最优送出方案。 结论 我国海上风电目前正由小规模示范应用走向大规模连片集中开发。文章提出的海上风电多风场集中送出优选方法深度契合未来深远海多片区大容量海上风电集中送出的市场需求，具有很高的指导价值。
2025, 12(1): 109-115
doi: 10.16516/j.ceec.2024-049
摘要:
目的 随着碳达峰、碳中和战略的推进，海上风电迎来快速增长。2023年，全国各省、市超87个海上风电项目厂址已确定投资主体或正在开展项目竞配，装机容量超过58.9 GW。未来深远海基础型式将以四桩导管架基础为主，其中钢管桩沉桩阶段中会对周围土体产生扰动作用，从而产生淤泥。清淤效果不理想，一方面会影响基础结构强度，另一方面会影响风机吊装安全。 方法 文章以粤东深远海示范项目为例，针对该风场水深大、能见度差、黏性高、清淤量多等特点，首先分析钢管桩淤泥的原因和危害，然后结合示范项目的成功应用验证了清淤工艺的可行性，最后提出可从清淤方式、清淤设备和设计优化3个方面进一步改进清淤工艺。 结果 研究表明：采用超高压力水力清淤和空气扰动清淤对清淤方式进行优化，通过机器人技术优化清淤设备，调整桩顶泥面标高及预留淤泥上升空间进行设计优化，能够适应深远海复杂海况，改进后的清淤工艺可以进一步有效提升水下清淤效率。 结论 改进后的清淤工艺可以被推广运用于后续的深远海风电项目。
2025, 12(1): 116-126
doi: 10.16516/j.ceec.2024-088
摘要:
目的 海上升压站是海上风电场的电能汇集中心，其巡检运维对于保障海上风电场安全生产和效益提升至关重要。随着海上风电场向深远海发展，人工出海巡检模式带来的安全风险、运维成本、巡检效率等问题不断凸显，海上风电场智能化巡检需求剧增。为了有效解决海上风电升压站中巡检频次高、难度大、效率低等问题，设计了机器人智能巡检系统。 方法 文章首先设计了基于感知层-网络层-应用层3层体系的智能巡检系统架构。然后，从后台管理系统、机器人系统、通信供电系统及仪表图像识别技术4个方面对机器人巡检系统进行设计。最后，从适应于机器人巡检的升压站改造、机器人安装和巡检任务规划对机器人应用步骤进行了设计。 结果 将机器人巡检系统在海上新、老升压站进行应用实践，实现了海上升压站设备状态的远程化巡视和巡检数据的智能化分析。 结论 设计的机器人智能巡检系统具有巡检效率高、管理成本低、应急巡检能力强等优点，显著提高了海上升压站的巡检效率，降低了海上风电运维成本。研究结果对海上风电运维智慧化转型有重要参考意义。
2025, 12(1): 127-140
doi: 10.16516/j.ceec.2024-147
摘要:
目的 在“碳中和”的时代背景下，对新能源的开发受到更多国家和区域的关注。海上风电场以丰富的风资源为基础，近年来得到政府的大力开发。掌握海上风电场的研究进展对后期发展新能源具有一定意义。 方法 对Web of Science核心数据库中海上风电场选址相关文献进行检索，基于1177 篇检索结果利用CiteSpace软件进行文献分析。 结果 研究结果表明：美国、中国和英国对海上风电场相关研究较为重视，近年来的发文量增长较快。在1997－2010年间，对海上风能、波浪能等资源评估研究较多，以此作为海上风电场宏观选址基础；2011－2020年，对海上风电场微观布局更加重视；2021年至今海上风电场的可持续发展成为研究重点。 结论 整体来看，风资源的分布、海底构造的变化和海洋地质灾害的发生以及政策的发布均会影响海上风电场场址的选择。随着浅海风电场技术的成熟，未来海上风电场逐渐向深海开发，进一步推动漂浮式海上风电基础的发展。除此之外，海上风电场与海上油气开发以及海洋养殖等更多海上项目的合作发展将会得到更多的研究和关注。
2025, 12(1): 141-146
doi: 10.16516/j.ceec.2024-150
摘要:
目的 近年来，风力发电机组风轮直径越来越大，使得塔筒所承受的风载荷也越来越大。为了匹配大风轮机组，需要增大塔筒直径来满足其承载力。而随着塔筒直径的增大，塔筒内平台直径也会增大，重量也会相应的增加，导致成本增加。同时，塔筒内平台直径增大，若采用传统的平台梁，其与筒体焊接的部位容易造成较大的应力集中，容易产生结构失效，造成重大损失。 方法 为了避免平台直径增大导致成本增加、平台梁与筒体焊接部位容易失效的问题，将塔筒整个大的内平台分为6个独立的小平台，并在平台下部设计2～3个支撑，支撑一端与筒体焊接，一端自由。通过有限元分析软件，分别评估了SLS（Serviceability Limit State）、ULS（Ultimate Limit State）2种载荷工况下，平台的变形及强度。 结果 该平台在对应的载荷工况下安全性良好，并且在现场得到了广泛的使用。 结论 分片平台的设计不仅可以满足现场使用强度的要求，还能起到减重降本的效果，产生了一定的经济效益，具有进一步的推广价值。
2025, 12(1): 147-159
doi: 10.16516/j.ceec.2024-362
摘要:
目的 大直径单桩基础在我国海洋工程中应用广泛，其通常由锤击贯入的方式完成基础的安装。由于桩锤的锤击作用，桩体在沉桩过程中受到连续的冲击荷载，易出现疲劳问题。因此对大直径单桩基础的贯入过程及所致疲劳损伤的研究就显得尤为重要。 方法 文章以大直径单桩基础为研究对象，基于工程现场测试数据，为解决单桩连续贯入计算量过大的问题，提出分段预置建模方法，实现了对单桩锤击贯入过程的分段计算，验证了该方法计算单桩锤击过程中桩身的力学响应的可行性，得到了单桩桩身测试断面在单次锤击作用下的位移、速度和应力的时程响应。基于S-N曲线和Palmgren-Miner理论计算了桩身变截面焊接位置处的疲劳损伤。 结果 研究结果表明，所提出的分段预置建模方法能够较好地反映锤击作用下桩身的力学响应，与现场实测数据相比，位移、速度、应力变化趋势均吻合较好。模拟所得的应力最大值与实测值之间误差均在10%以内。 结论 单桩目标截面单次锤击损伤与所受有效锤击能的大小直接相关。单桩经历1017 次锤击作用后桩身变截面焊接位置处的疲劳损伤为7.578%，占构件设计安全前提下疲劳寿命的22.734%。因此，应重视单桩锤击贯入过程中由于锤击作用所导致的桩身疲劳损伤。
2025, 12(1): 160-167
doi: 10.16516/j.ceec.2024-127
摘要:
目的 电流环是双馈风力发电机并网过程中的重要控制环节。针对传统PI控制时双馈风力发电系统在参数摄动时动态性能不佳以及传统趋近律滑模控制存在抖振问题，对滑模变结构进行了研究和设计。 方法 基于滑模变结构的双馈风力发电机矢量控制研究方法主要聚焦于利用滑模变结构控制的优点，如响应速度快、对参数变化和扰动不敏感等，结合双馈风力发电机的特性，实现精确的矢量控制。首先设计滑模面，确保系统状态在滑模面上滑动，进而设计滑模控制器以稳定系统状态，并通过反馈调整使系统跟踪期望轨迹，从而达到对双馈风力发电机的高效、稳定控制，并将抗抖振因子与幂次函数相结合设计趋近律函数，提出一种改进型幂次函数来提高控制器的性能，构建了基于改进幂次函数的滑模控制器。 结果 仿真表明，在风速突变的情况下，基于改进型幂次函数的滑模控制器控制过程几乎无超调。 结论 与传统PI调节器相比， 基于改进型幂次函数的滑模控制器具有优良的动态性能和控制精度，能够在双馈风力发电系统中有效地改善控制效果，提高稳定性和抗干扰能力。
2025, 12(1): 168-176
doi: 10.16516/j.ceec.2024-293
摘要:
目的 目前风力发电得到了广泛的应用，但是风能具有波动性和不稳定性，风电场并网后会造成电网电压波动和网损增加。针对这些问题提出了计及双馈风机无功出力的配电网多目标无功优化模型。 方法 基于分段思想，将风电不确定的动态问题转化为确定的静态问题，采用改进的鲸鱼算法求解数学模型。针对传统鲸鱼算法求解精度低、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题，采用混合策略改进鲸鱼算法，引入Tent映射初始化、自适应权重、自适应概率阈值等改进方法。 结果 以改进的IEEE33节点系统作为算例，对比粒子群、灰狼等算法，改进的鲸鱼算法能够提高全局搜索能力和收敛速度。 结论 经所提策略优化后的风电场最优无功出力可以降低更多的系统损耗，提高配电网电压的稳定性。
2025, 12(1): 177-188
doi: 10.16516/j.ceec.2024-267
摘要:
目的 在全球能源结构转型和气候变化应对的大背景下，风能作为清洁、可再生的能源之一，其利用效率的优化已成为当前能源领域研究的重点。为减小因风机间尾流效应对风电场输出功率的影响，提高风电场效率，对风机进行合理布局是很有必要的。 方法 运用Fast Farm模拟技术，分别研究了串列以及错列布置下随着风机间间距的改变对于湍流风场中3台NREL 5 MW风机输出功率及功率提升率的变化情况。 结果 当风机间间距增大时，可以明显提升后排风机的输出功率，但其提升程度有所不同，其中，当风机纵向间距由5D增加到6D及10D增加到11D时，可使风电场发电量得到较大提升；对于风机间横向间距在合理取值范围内，可使得风电场布局达到最优。 结论 文章对风机间间距进行了较为详细的划分，通过不同工况下对风电场功率影响程度分析可知在串列及错列条件下对于风机的优化布局存在差异，为风电场的布局优化提供了一定的参考。
编委风采
杜祥琬
彭雪平
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