- ISSN 2515-4230
- CN 10-1559/TK
- 主管 : 国家能源集团
- 主办 : 北京低碳清洁能源研究院
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2022, 6(6): 859 -872
doi: 10.1093/ce/zkac049
摘要:
针对风能转换系统中大量参数(尤其是瞬态下，包括风力机转速和机械转矩以及风速)的估计问题，本文提出了一种改进的高精度估计方法，主要包括两个步骤。首先，使用四阶龙伯格观测器，将阵风可能引起的机械转矩大幅波动考虑在内。该观测器可在所有天气条件下(尤其是在阵风条件下)准确估算速度和机械转矩。同时，基于龙伯格观测器输出和风力机机械功率模型计算风速。其次，将参数估计值作为最大功率点跟踪(MPPT)算法输入，使用叶尖速比(TSR)来改进无传感器策略控制。我们采用MATLAB®/Simulink®对阵风和实际风剖面进行仿真模拟。结果表明，阵风突变幅度为3—7 m/s时，新观测器对风力机转速和转矩的跟踪性能优于普通观测器。此外，我们还证明了，在改进TSR-MPPT策略中应用本文估计器能比传统方法多提取3.3%的能量。
针对风能转换系统中大量参数(尤其是瞬态下，包括风力机转速和机械转矩以及风速)的估计问题，本文提出了一种改进的高精度估计方法，主要包括两个步骤。首先，使用四阶龙伯格观测器，将阵风可能引起的机械转矩大幅波动考虑在内。该观测器可在所有天气条件下(尤其是在阵风条件下)准确估算速度和机械转矩。同时，基于龙伯格观测器输出和风力机机械功率模型计算风速。其次，将参数估计值作为最大功率点跟踪(MPPT)算法输入，使用叶尖速比(TSR)来改进无传感器策略控制。我们采用MATLAB®/Simulink®对阵风和实际风剖面进行仿真模拟。结果表明，阵风突变幅度为3—7 m/s时，新观测器对风力机转速和转矩的跟踪性能优于普通观测器。此外，我们还证明了，在改进TSR-MPPT策略中应用本文估计器能比传统方法多提取3.3%的能量。
2022, 6(6): 873 -880
doi: 10.1093/ce/zkac062
摘要:
鉴于太阳能电池板局部遮阴是导致太阳能光伏(SPV)系统性能下降的主因之一，为避免SPV系统光伏板的非线性行为，有必要实施最大功率点跟踪(MPPT)技术。本文先分析了局部遮阴导致SPV系统输出功率下降，后又以MATLAB®/Simulink®实施了基于组件级局部遮阴影响下动态行为的改进型蚁群优化MPPT算法。为评估系统性能，本文将不同水平的局部遮阴施加于SPV组件。提议算法以99.9%的精度及2 ms的响应时间跟踪最大功率点。引入加权系数后，该算法实现了更快收敛。
鉴于太阳能电池板局部遮阴是导致太阳能光伏(SPV)系统性能下降的主因之一，为避免SPV系统光伏板的非线性行为，有必要实施最大功率点跟踪(MPPT)技术。本文先分析了局部遮阴导致SPV系统输出功率下降，后又以MATLAB®/Simulink®实施了基于组件级局部遮阴影响下动态行为的改进型蚁群优化MPPT算法。为评估系统性能，本文将不同水平的局部遮阴施加于SPV组件。提议算法以99.9%的精度及2 ms的响应时间跟踪最大功率点。引入加权系数后，该算法实现了更快收敛。
2022, 6(6): 881 -892
doi: 10.1093/ce/zkac054
摘要:
光伏(photovoltaic, PV)装置会不可避免地运行在部分遮光条件(partial shading condition, PSC)下，而这正是光伏阵列功率降低的主要原因。通过适当的排布方案就可以在一定程度上降低部分遮光带来的影响。已有的光伏阵列拓扑结构包括串联、并联、串并联(series-parallel, SP)、蜂窝状(honey comb, HC)、全交联(total cross-tied, TCT)等多种。本文提出了一种新的SP-TCT拓扑结构，在不同的遮光条件下都可最大限度地提升光伏电池面板的输出功率。我们使用一套4×4的光伏阵列，在“长-窄”“长-宽”“短-窄”“短-宽”和“均等”的遮光条件下对这一拓扑结构的性能表现进行了考察。我们对本文提出的拓扑结构和已有的拓扑结构进行了实际效果方面的比较，具体使用的性能指标是最大功率、填充因子、效率和失配损耗。本工作提出的拓扑结构在上述每一项性能指标上的表现都最接近于TCT拓扑结构。相较于其他拓扑结构，本工作提出的SP-TCT新拓扑结构和TCT拓扑结构的效率提升百分比都接近于1.6%。
光伏(photovoltaic, PV)装置会不可避免地运行在部分遮光条件(partial shading condition, PSC)下，而这正是光伏阵列功率降低的主要原因。通过适当的排布方案就可以在一定程度上降低部分遮光带来的影响。已有的光伏阵列拓扑结构包括串联、并联、串并联(series-parallel, SP)、蜂窝状(honey comb, HC)、全交联(total cross-tied, TCT)等多种。本文提出了一种新的SP-TCT拓扑结构，在不同的遮光条件下都可最大限度地提升光伏电池面板的输出功率。我们使用一套4×4的光伏阵列，在“长-窄”“长-宽”“短-窄”“短-宽”和“均等”的遮光条件下对这一拓扑结构的性能表现进行了考察。我们对本文提出的拓扑结构和已有的拓扑结构进行了实际效果方面的比较，具体使用的性能指标是最大功率、填充因子、效率和失配损耗。本工作提出的拓扑结构在上述每一项性能指标上的表现都最接近于TCT拓扑结构。相较于其他拓扑结构，本工作提出的SP-TCT新拓扑结构和TCT拓扑结构的效率提升百分比都接近于1.6%。
2022, 6(6): 893 -907
doi: 10.1093/ce/zkac063
摘要:
本文研究成果是提出了一个直流(DC)微电网(MG)用高效能源管理策略(EMS)。典型MG由两个可再生能源[光伏(PV)系统与燃料电池(FC)]发电元件和两个储能元件(锂离子电池与超级电容)组成。本文提出了一个经负载和能源之间的功率共享来确保最佳总线电压的EMS。因此，提议DC MG采用了非线性平坦控制理论，而非传统比例-积分控制方法。提议EMS旨在考虑FC状态的同时实现变化负载条件及波动太阳辐照下负载的高质量电能供应。本文以MATLAB®环境验证了提议EMS的有效性，并以粒子群优化算法最大功率点跟踪(MPPT)技术跟踪了不同辐照度条件下3000 W PV系统的MPP，并使PV系统输出功率达到最大值。研究结果显示，提议EMS以最小过冲(0.1%)及更高波纹含量(0.1%)提供了稳定光滑的DC总线电压。因此，平坦控制理论经稳定总线电压提升了电能质量，进而提升了DC MG性能。
本文研究成果是提出了一个直流(DC)微电网(MG)用高效能源管理策略(EMS)。典型MG由两个可再生能源[光伏(PV)系统与燃料电池(FC)]发电元件和两个储能元件(锂离子电池与超级电容)组成。本文提出了一个经负载和能源之间的功率共享来确保最佳总线电压的EMS。因此，提议DC MG采用了非线性平坦控制理论，而非传统比例-积分控制方法。提议EMS旨在考虑FC状态的同时实现变化负载条件及波动太阳辐照下负载的高质量电能供应。本文以MATLAB®环境验证了提议EMS的有效性，并以粒子群优化算法最大功率点跟踪(MPPT)技术跟踪了不同辐照度条件下
2022, 6(6): 908 -916
doi: 10.1093/ce/zkac065
摘要:
燃烧中的固体废物与其燃料气体产物相互作用，该相互作用或许可以用于调节其污染物排放。厌氧条件下采用化学循环燃烧(CLC)工艺时，二者的相互作用途径更加清晰，更方便利用。本文以自制双床反应器实施了多组分固体废物CLC实验，并研究了燃料气体的特性对污水污泥和聚氯乙烯(PVC)混合比例的影响。结果表明，该CLC工艺的燃烧效率>99.9%；含60%污泥的聚氯乙烯的碳转化率最高，达96.3%。当污泥与20%的PVC混合时，CO与SO2的最高排放量分别可达26%与19%。随着污泥中PVC比例的增加，燃料气体中CO浓度达峰时间后移，但SO2浓度达峰时间前移。总趋势为先升后降。此外，碳排放存在多个峰值，分别对应约10%、30%及约70%的碳转化率；碳转化率达40%前，氮排放量即可达到总排放量的90%；硫排放周期更长，主要于10%—60%碳转化率时排放。本研究结果有望为抑制固体废物燃烧污染物提供参考。
燃烧中的固体废物与其燃料气体产物相互作用，该相互作用或许可以用于调节其污染物排放。厌氧条件下采用化学循环燃烧(CLC)工艺时，二者的相互作用途径更加清晰，更方便利用。本文以自制双床反应器实施了多组分固体废物CLC实验，并研究了燃料气体的特性对污水污泥和聚氯乙烯(PVC)混合比例的影响。结果表明，该CLC工艺的燃烧效率>99.9%；含60%污泥的聚氯乙烯的碳转化率最高，达96.3%。当污泥与20%的PVC混合时，CO与SO2的最高排放量分别可达26%与19%。随着污泥中PVC比例的增加，燃料气体中CO浓度达峰时间后移，但SO2浓度达峰时间前移。总趋势为先升后降。此外，碳排放存在多个峰值，分别对应约10%、30%及约70%的碳转化率；碳转化率达40%前，氮排放量即可达到总排放量的90%；硫排放周期更长，主要于10%—60%碳转化率时排放。本研究结果有望为抑制固体废物燃烧污染物提供参考。
2022, 6(6): 941 -951
doi: 10.1093/ce/zkac064
摘要:
本文描述了一种闪电电能采集与储存系统的假设设计方法。该系统操作涵盖了吸引及处理闪电电荷。三种介电材料(金红石、云母和石英)的性能各不相同，由此定义了存储系统响应预测(含电荷存储)。本文结果均为仿真结果或数学方法证实的系统预测结果。研究结果表明，各介电材料均有着可影响存储系统效率的优劣势。经分析三种材料的不同之处可知，云母是最合适的介电材料，原因在于其介电强度最大，此为电荷处理的主要因素。
本文描述了一种闪电电能采集与储存系统的假设设计方法。该系统操作涵盖了吸引及处理闪电电荷。三种介电材料(金红石、云母和石英)的性能各不相同，由此定义了存储系统响应预测(含电荷存储)。本文结果均为仿真结果或数学方法证实的系统预测结果。研究结果表明，各介电材料均有着可影响存储系统效率的优劣势。经分析三种材料的不同之处可知，云母是最合适的介电材料，原因在于其介电强度最大，此为电荷处理的主要因素。
2022, 6(6): 952 -964
doi: 10.1093/ce/zkac061
摘要:
近年来，空气制水(AWG)可解决世界缺水问题，故而深受研究人员关注。一般而言，AWG需要除湿，除湿又涉及两个主要原理：制冷和吸附。就制冷方式而言，热电冷却器较为合适，就吸附方式而言，最好采用吸附能力高、发热量低的干燥剂材料。本文于2021年8月14日至31日期间选取了四个典型夏日，于伊朗巴博尔(36.5387 °N, 52.6765 °E)实际条件下设计并测试了一个便携式混合/集成太阳能AWG系统。本文设计并评估了两个模型(模型A和模型B)，记录了温度、相对湿度、太阳辐照和制水数据，且评估了系统性能[即制水量与耗电量之比，单位为mL/(W·h)]，并对提议系统进行了经济分析。研究结果表明，平均相对湿度及温度分别为52%及36 ℃时，提议配置(模型B)的日制水量最大为2.12 L/(m2·d)。提议AWG系统的整体性能为0.19 mL/(W·h)，年制水量为774.4 L/m2，生产成本为0.0246 美元/(L·m2)，投资回报期为1.19年。
近年来，空气制水(AWG)可解决世界缺水问题，故而深受研究人员关注。一般而言，AWG需要除湿，除湿又涉及两个主要原理：制冷和吸附。就制冷方式而言，热电冷却器较为合适，就吸附方式而言，最好采用吸附能力高、发热量低的干燥剂材料。本文于2021年8月14日至31日期间选取了四个典型夏日，于伊朗巴博尔(
2022, 6(6): 965 -978
doi: 10.1093/ce/zkac067
摘要:
抛物面聚光器的迎风镜大而薄，该结构是聚光器易受风荷载影响的原因。本文经测量风洞压力分析了多层平顶聚光镜模型(1∶35)风压，得出了平顶聚光镜平均风压分布规律(含随工作条件的变化规律及最大分布特征)、脉动风压分布规律及极值风压分布规律，又经比较地面聚光器分布规律，得出了二者异同之处。研究结果表明，平顶抛物面聚光镜风压分布规律与地面聚光镜风压分布规律相同，但平均风压系数(绝对值)往往低约30%，且最大影响一般位于迎风镜边缘，30°及135°—150°风向的聚光镜更易受风压影响。本研究结果为抗风结构设计及多层平顶聚光器相关研究提供了理论参考。
抛物面聚光器的迎风镜大而薄，该结构是聚光器易受风荷载影响的原因。本文经测量风洞压力分析了多层平顶聚光镜模型(1∶35)风压，得出了平顶聚光镜平均风压分布规律(含随工作条件的变化规律及最大分布特征)、脉动风压分布规律及极值风压分布规律，又经比较地面聚光器分布规律，得出了二者异同之处。研究结果表明，平顶抛物面聚光镜风压分布规律与地面聚光镜风压分布规律相同，但平均风压系数(绝对值)往往低约30%，且最大影响一般位于迎风镜边缘，30°及135°—150°风向的聚光镜更易受风压影响。本研究结果为抗风结构设计及多层平顶聚光器相关研究提供了理论参考。
2022, 6(6): 979 -1002
doi: 10.1093/ce/zkac055
摘要:
本文提出了一种可减少开关数量及谐波并进行多电压电平单开关故障分析的可再生能源多串式多电平逆变器(M-MLI)。该逆变器仅需‘m+1’个电源开关及‘m’个电平。本文以基于教学的优化算法(TLBOA)的元启发技术实现了开关角微调，减少了M-MLI总谐波失真(THD)，并比较了提议TLBOA与等相位(EP)、半等相位(HEP)、近电平控制(NLC)及Newton-Raphson(NR)等传统调制技术，验证了TLBOA在不同电压电平的电压-THD(%V-THD)、计算时间及方法上的有效性。相比于EP、HEP、NLC及NR调制技术，%V-THD经微调开关角得以明显改善。经0.91调制指数(MI)的TLBOA计算得出11电平单相M-MLI的%V-THD为5.051%。其消除了5、7、11及13等低阶谐波，改善了电能质量。MLI经常发生故障，容易导致波形失真。电能质量极端下降会影响负荷，可能造成重大损失。多开关多电平发生故障时，开路故障位置的确定更加烦琐，其数学建模无法在较短计算时间内完成。因此，本文讨论了支持向量机(SVM)与Bayesian优化的机器学习方法定位故障开关，最后以MATLAB®及Simulink®建模、仿真及验证提议M-MLI配置。本文以TLBOA验证了7-、9-及11-电平的M-MLI配置结果，并以SVM方法进行了故障分析。
本文提出了一种可减少开关数量及谐波并进行多电压电平单开关故障分析的可再生能源多串式多电平逆变器(M-MLI)。该逆变器仅需‘m+1’个电源开关及‘m’个电平。本文以基于教学的优化算法(TLBOA)的元启发技术实现了开关角微调，减少了M-MLI总谐波失真(THD)，并比较了提议TLBOA与等相位(EP)、半等相位(HEP)、近电平控制(NLC)及Newton-Raphson(NR)等传统调制技术，验证了TLBOA在不同电压电平的电压-THD(%V-THD)、计算时间及方法上的有效性。相比于EP、HEP、NLC及NR调制技术，%V-THD经微调开关角得以明显改善。经0.91调制指数(MI)的TLBOA计算得出11电平单相M-MLI的%V-THD为5.051%。其消除了5、7、11及13等低阶谐波，改善了电能质量。MLI经常发生故障，容易导致波形失真。电能质量极端下降会影响负荷，可能造成重大损失。多开关多电平发生故障时，开路故障位置的确定更加烦琐，其数学建模无法在较短计算时间内完成。因此，本文讨论了支持向量机(SVM)与Bayesian优化的机器学习方法定位故障开关，最后以MATLAB®及Simulink®建模、仿真及验证提议M-MLI配置。本文以TLBOA验证了7-、9-及11-电平的M-MLI配置结果，并以SVM方法进行了故障分析。
2022, 6(6): 1003 -1016
doi: 10.1093/ce/zkac060
摘要:
构建新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段。在可再生能源发展过程中，风电、光伏发电系统大规模替代常规机组，将影响电网稳定性。为消除此类顾虑，本文提出了一种新型电力系统双层优化调度模型。上层优化旨在考虑需求响应的同时最小化净负荷波动，进而平滑负荷曲线。下层优化则以新型电力系统最小运行成本为目标函数，旨在建立最经济的调度策略。为处理系统内可再生能源的不确定性，本文将下层模型转换为两阶段鲁棒优化模型，并以列和约束生成算法求解，最后选了一个含760 MW火力发电、50 MW·h储能、200 MW风力涡轮机及150 MW光伏发电的区域电力系统进行案例研究。结果表明，所建两阶段鲁棒优化模型有利于制定不确定预算的459031 美元最低系统运行成本的最经济调度方案，而需求响应及储能也缩小了电力系统峰谷差。
构建新型电力系统是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段。在可再生能源发展过程中，风电、光伏发电系统大规模替代常规机组，将影响电网稳定性。为消除此类顾虑，本文提出了一种新型电力系统双层优化调度模型。上层优化旨在考虑需求响应的同时最小化净负荷波动，进而平滑负荷曲线。下层优化则以新型电力系统最小运行成本为目标函数，旨在建立最经济的调度策略。为处理系统内可再生能源的不确定性，本文将下层模型转换为两阶段鲁棒优化模型，并以列和约束生成算法求解，最后选了一个含760 MW火力发电、50 MW·h储能、200 MW风力涡轮机及150 MW光伏发电的区域电力系统进行案例研究。结果表明，所建两阶段鲁棒优化模型有利于制定不确定预算的
2022, 6(6): 917 -940
doi: 10.1093/ce/zkac056
摘要:
在发动机中使用生物柴油等替代性燃料的做法已被证明是控制温室气体(greenhouse gas, GHG)排放的一项可行策略。生物柴油与传统柴油的混合燃料可以减少一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的排放以及烟尘的产生。但生物柴油在燃烧时存在着热效率较低、氮氧化物(NOx)排放量较高和积碳等问题。近来已有研究人员提出将汽油添加到传统柴油–生物柴油的混合燃料中以弥补生物柴油在燃烧时的缺陷。本文对在发动机中使用这种三元混合燃料的可行性进行了全面的综述。本文首先对传统燃料带来的环境与健康问题、控制温室气体排放的应对计划以及将替代性燃料用作脱碳技术的做法进行了评价，然后对传统柴油–生物柴油–汽油混合燃料的燃烧和排放特性进行了详细讨论，最后对这种替代性混合燃料在发动机中的应用现状、挑战和前景进行了阐述。本文的结论表明汽油与传统柴油–生物柴油共混后得到的混合燃料在高负荷下会使点火延迟变长、热释放速率变快、缸内压力变高。此外，在添加了汽油后，燃烧持续时间变短，烟尘、一氧化碳以及未燃碳氢化合物的排放得到了降低，而氮氧化物的排放量略有增加。汽油的加入被发现会部分破坏燃烧的稳定性，但能提升燃油经济性(在中和高负荷下)。为了支持这一燃料策略在交通运输行业的更广泛使用和产业化，世界各国都需要提供相应的立法和/或财政支持。这将鼓励科研人员、燃料生产商和发动机制造商解决好生物柴油在原料成本、燃料质量、燃料储存管理和发动机保修等方面存在的挑战。
在发动机中使用生物柴油等替代性燃料的做法已被证明是控制温室气体(greenhouse gas, GHG)排放的一项可行策略。生物柴油与传统柴油的混合燃料可以减少一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的排放以及烟尘的产生。但生物柴油在燃烧时存在着热效率较低、氮氧化物(NOx)排放量较高和积碳等问题。近来已有研究人员提出将汽油添加到传统柴油–生物柴油的混合燃料中以弥补生物柴油在燃烧时的缺陷。本文对在发动机中使用这种三元混合燃料的可行性进行了全面的综述。本文首先对传统燃料带来的环境与健康问题、控制温室气体排放的应对计划以及将替代性燃料用作脱碳技术的做法进行了评价，然后对传统柴油–生物柴油–汽油混合燃料的燃烧和排放特性进行了详细讨论，最后对这种替代性混合燃料在发动机中的应用现状、挑战和前景进行了阐述。本文的结论表明汽油与传统柴油–生物柴油共混后得到的混合燃料在高负荷下会使点火延迟变长、热释放速率变快、缸内压力变高。此外，在添加了汽油后，燃烧持续时间变短，烟尘、一氧化碳以及未燃碳氢化合物的排放得到了降低，而氮氧化物的排放量略有增加。汽油的加入被发现会部分破坏燃烧的稳定性，但能提升燃油经济性(在中和高负荷下)。为了支持这一燃料策略在交通运输行业的更广泛使用和产业化，世界各国都需要提供相应的立法和/或财政支持。这将鼓励科研人员、燃料生产商和发动机制造商解决好生物柴油在原料成本、燃料质量、燃料储存管理和发动机保修等方面存在的挑战。
2022, 6(6): 1017 -1031
doi: 10.1093/ce/zkac044
摘要:
本文研究了可再生能源显著降低建筑能耗的结果，尤其重点研究了伊朗等太阳能利用具有巨大潜力的国家结果。依德黑兰22个地区的私人、政府及市政建筑的所有权类型，本文比较分析了选定案例能耗。此外，本文以能耗、优势、劣势、机会和威胁分析等数据研究了10%的公共建筑、4%的私人设施及10%的市政建筑安装可再生能源系统的开放可用空间。本文结果表明，德黑兰建筑平均能耗近全球平均能耗的四倍。伊朗日照时间约300天，任何太阳直射之地均可安装太阳能电池板。因此，任何季节伊朗建筑均可吸收利用太阳能。2050年，伊朗可再生能源生产将发挥决定性作用。此外，太阳能也可降低化石燃料消耗及生产成本。
本文研究了可再生能源显著降低建筑能耗的结果，尤其重点研究了伊朗等太阳能利用具有巨大潜力的国家结果。依德黑兰22个地区的私人、政府及市政建筑的所有权类型，本文比较分析了选定案例能耗。此外，本文以能耗、优势、劣势、机会和威胁分析等数据研究了10%的公共建筑、4%的私人设施及10%的市政建筑安装可再生能源系统的开放可用空间。本文结果表明，德黑兰建筑平均能耗近全球平均能耗的四倍。伊朗日照时间约300天，任何太阳直射之地均可安装太阳能电池板。因此，任何季节伊朗建筑均可吸收利用太阳能。2050年，伊朗可再生能源生产将发挥决定性作用。此外，太阳能也可降低化石燃料消耗及生产成本。
摘要：
燃煤电厂一直在寻找提高发电效率并且能延长电厂使用寿命的方法，其相关措施包括提高运行方式的灵活性以及降低燃煤对环境的影响。本文中探讨了两种相关方法：燃煤–太阳能集成发电以及燃煤电厂混燃天然气。这两种方法都很有潜力。根据具体的环境情况，两种方法都可以提高电厂的灵活性并且降低电厂的排放。在某些情况下，电厂的成本也可以降低。显然，只有在太阳辐射强度一直保持在较高水平的地方，才能使用太阳能发电系统。类似的，尽管很多燃煤装置在燃煤的同时也会使用少量天然气，但如果要大量使用天然气，则还需要有可靠、较廉价的天然气供应源。但是显然并不是所有地方都具备这些必要条件。然而这两种技术各自都有一些特点可以满足相关标准要求。由于需要良好的太阳辐射，燃煤–太阳能集成发电的利用会受到一定限制。短期来看，天然气的最大消费市场仍为美国现有燃煤电厂。然而，在天然气供应稳定且价格较低的其他国家，天然气具有一定市场潜力。
燃煤电厂一直在寻找提高发电效率并且能延长电厂使用寿命的方法，其相关措施包括提高运行方式的灵活性以及降低燃煤对环境的影响。本文中探讨了两种相关方法：燃煤–太阳能集成发电以及燃煤电厂混燃天然气。这两种方法都很有潜力。根据具体的环境情况，两种方法都可以提高电厂的灵活性并且降低电厂的排放。在某些情况下，电厂的成本也可以降低。显然，只有在太阳辐射强度一直保持在较高水平的地方，才能使用太阳能发电系统。类似的，尽管很多燃煤装置在燃煤的同时也会使用少量天然气，但如果要大量使用天然气，则还需要有可靠、较廉价的天然气供应源。但是显然并不是所有地方都具备这些必要条件。然而这两种技术各自都有一些特点可以满足相关标准要求。由于需要良好的太阳辐射，燃煤–太阳能集成发电的利用会受到一定限制。短期来看，天然气的最大消费市场仍为美国现有燃煤电厂。然而，在天然气供应稳定且价格较低的其他国家，天然气具有一定市场潜力。
摘要：
本文通过对分布式快速热解技术制备生物原油的装置与太阳能光伏发电装置进行整合以实现电力生产调度的相关问题进行了分析。太阳能光伏和风能等间歇性发电能源的迅速发展，使电网规模的储能及动态需求管理更加必要。目前正在开发的各种能量储存方式主要有电化学（例如电池储能）、机械（例如飞轮储能）和重力（例如抽水蓄能）。本文研究的是快速热解生物质生产生物原油装置的整合问题，因为由此得到的生物原油可以很方便地储存在储罐中，当需要补充太阳能光伏发电装置的发电缺口时，可以通过燃烧这些生物原油来发电，以满足能源需求。在这一整合方案中使用生物质热解技术具有很多益处：不仅可以灵活地增加间歇性可再生能源供应、将更多的生物能源整合到电力部门，还可以生产出商用数量的生物原油，经过提炼后制成可再生的、几乎没有其他替代品可替代的运输用燃油，例如航空燃油。生物原油，特别是部分经过提纯的生物原油，可以在不用的时候存储起来，然后在需要时作为合适的燃料用于发动机和燃气涡轮机中，以克服太阳能和风能发电项目的间歇供应性。利用生物质/生物原油及太阳能光伏和/或风能的混合发电方案，开发分布式100%可再生能源发电站也有望提高电力供应的稳定性，还可以进一步研究一次生物原油的质量和价格，将这些一次生物原油供给集中式生物炼油厂，从而大大降低投资新生物炼油产能的风险。
本文通过对分布式快速热解技术制备生物原油的装置与太阳能光伏发电装置进行整合以实现电力生产调度的相关问题进行了分析。太阳能光伏和风能等间歇性发电能源的迅速发展，使电网规模的储能及动态需求管理更加必要。目前正在开发的各种能量储存方式主要有电化学（例如电池储能）、机械（例如飞轮储能）和重力（例如抽水蓄能）。本文研究的是快速热解生物质生产生物原油装置的整合问题，因为由此得到的生物原油可以很方便地储存在储罐中，当需要补充太阳能光伏发电装置的发电缺口时，可以通过燃烧这些生物原油来发电，以满足能源需求。在这一整合方案中使用生物质热解技术具有很多益处：不仅可以灵活地增加间歇性可再生能源供应、将更多的生物能源整合到电力部门，还可以生产出商用数量的生物原油，经过提炼后制成可再生的、几乎没有其他替代品可替代的运输用燃油，例如航空燃油。生物原油，特别是部分经过提纯的生物原油，可以在不用的时候存储起来，然后在需要时作为合适的燃料用于发动机和燃气涡轮机中，以克服太阳能和风能发电项目的间歇供应性。利用生物质/生物原油及太阳能光伏和/或风能的混合发电方案，开发分布式100%可再生能源发电站也有望提高电力供应的稳定性，还可以进一步研究一次生物原油的质量和价格，将这些一次生物原油供给集中式生物炼油厂，从而大大降低投资新生物炼油产能的风险。
摘要：
本文提出了一项新技术：使用水力、太阳能发电与电池储能相结合的方式为沿海地区供电。我们所说的沿海发电厂拥有一座多层式蓄水池，海水从蓄水池的底层被吸入，经由盖瑟空气泵分多级垂直泵运送至高位水池内，高位水池内的海水从高位流向水力发电站，实现水力发电。利用海面安置漂浮式光伏电站，以实现太阳能发电。间歇性可再生能源与电池储能系统结合起来，能很好地满足用电高峰期的用电需求。本项技术运用了海洋石油工业相关技术，先在岸上制造好相关组件，再运送至现场安装。本文就潜力和成本效益情况对一座规模达201 MW的沿海发电厂进行了分析。分析结果表明，在投资、运营以及维护成本方面，这项新设计具备有效性。相较于其他可再生能源技术，这项设计具有明显优势。
本文提出了一项新技术：使用水力、太阳能发电与电池储能相结合的方式为沿海地区供电。我们所说的沿海发电厂拥有一座多层式蓄水池，海水从蓄水池的底层被吸入，经由盖瑟空气泵分多级垂直泵运送至高位水池内，高位水池内的海水从高位流向水力发电站，实现水力发电。利用海面安置漂浮式光伏电站，以实现太阳能发电。间歇性可再生能源与电池储能系统结合起来，能很好地满足用电高峰期的用电需求。本项技术运用了海洋石油工业相关技术，先在岸上制造好相关组件，再运送至现场安装。本文就潜力和成本效益情况对一座规模达201 MW的沿海发电厂进行了分析。分析结果表明，在投资、运营以及维护成本方面，这项新设计具备有效性。相较于其他可再生能源技术，这项设计具有明显优势。
摘要：
鉴于太阳能无处不在，太阳能应用广受世人欢迎。太阳能技术种类繁多，其中太阳能制热应用最为普遍，故本文欲研究太阳池利用太阳能供热的方方面面。为此，本文对太阳池的热传递特性进行了数值模拟，并验证了模拟结果。本文分析有无阴影的两种情形下太阳能系统所面临的物理现实。其中一大重要发现是随着太阳池表面的增加，太阳池液体所吸收的热量越来越多，但阴影影响却越来越低。
鉴于太阳能无处不在，太阳能应用广受世人欢迎。太阳能技术种类繁多，其中太阳能制热应用最为普遍，故本文欲研究太阳池利用太阳能供热的方方面面。为此，本文对太阳池的热传递特性进行了数值模拟，并验证了模拟结果。本文分析有无阴影的两种情形下太阳能系统所面临的物理现实。其中一大重要发现是随着太阳池表面的增加，太阳池液体所吸收的热量越来越多，但阴影影响却越来越低。
摘要：
垃圾(废弃物)是一种宝贵的二次碳资源。在线性经济中，垃圾的主要处置方式就是填埋或焚烧。这些处置方式不仅导致了各种气候、环境和社会问题，还造成了碳资源的浪费。在循环碳经济中，垃圾则被用作二次碳原料，用以取代化石资源进行生产。这既有利于保护环境，也可以节约资源。此外，这种做法还能降低一个国家对化石能源进口的依赖性。中国正处于从线性碳经济向循环碳经济转型的初始时期。因此，中国可以借鉴其他经济体的废弃物管理经验，并且可以思考是否能学习这些做法以支持“无废城市”的发展。本文主要有三个重点。首先是对中国无废城市倡议的驱动因素以及为应对日益严重的垃圾处置危机而采取的措施进行评价。其次是分享德国在可持续废弃物管理方面的经验；德国是实施多层次式废弃物管理模式(减量–再用–再生–再恢复–填埋)的先驱，在循环碳技术方面拥有丰富的经验。最后是鉴别出有哪些做法可以被应用到中国无废城市的建设中。其中包括鼓励人们预防废弃物的产生、垃圾分类、垃圾减量、通过机械回收产生额外价值、将化学回收作为能量再恢复之前的一种回收方案以增加能量恢复机会等。
垃圾(废弃物)是一种宝贵的二次碳资源。在线性经济中，垃圾的主要处置方式就是填埋或焚烧。这些处置方式不仅导致了各种气候、环境和社会问题，还造成了碳资源的浪费。在循环碳经济中，垃圾则被用作二次碳原料，用以取代化石资源进行生产。这既有利于保护环境，也可以节约资源。此外，这种做法还能降低一个国家对化石能源进口的依赖性。中国正处于从线性碳经济向循环碳经济转型的初始时期。因此，中国可以借鉴其他经济体的废弃物管理经验，并且可以思考是否能学习这些做法以支持“无废城市”的发展。本文主要有三个重点。首先是对中国无废城市倡议的驱动因素以及为应对日益严重的垃圾处置危机而采取的措施进行评价。其次是分享德国在可持续废弃物管理方面的经验；德国是实施多层次式废弃物管理模式(减量–再用–再生–再恢复–填埋)的先驱，在循环碳技术方面拥有丰富的经验。最后是鉴别出有哪些做法可以被应用到中国无废城市的建设中。其中包括鼓励人们预防废弃物的产生、垃圾分类、垃圾减量、通过机械回收产生额外价值、将化学回收作为能量再恢复之前的一种回收方案以增加能量恢复机会等。
摘要：
超临界CO2循环发电是一个创新型的可以将热能转化为电能的工艺概念。该工艺使用超临界CO2作为封闭或半封闭布雷顿热力循环的工作流体介质。超临界CO2热力循环有多项好处，循环的效率更高，设备尺寸更小，装置占地更少（因此资本成本也更低），且有捕集全部碳排放的潜力。能否利用超临界CO2循环的全部优势取决于能否克服一些工程和材料科学方面的问题，因为这些问题对循环的技术和经济可行性都有很重要的影响。比如，涡轮机械、同流换热器和高压富氧燃烧器的设计和建造方法在技术上都有很多问题。其他的研发工作还涉及材料选择和测试以及优化发电循环配置等。在过去几年里，全球的研究人员都做了大量的研发工作，希望将超临界CO2循环技术用于发电。在超临界CO2循环电力系统开发方面，人们已经取得一些较大的进展。一些小型的、温度较低的超临界CO2布雷顿循环发电系统已经开始投入商业市场，另外一个使用超临界CO2Allam循环工艺的示范燃气发电厂已经建成，即将启动。本文将探讨超临界CO2循环工艺用于化石燃料发电的应用情况，并且回顾超临界CO2循环发电技术的最新进展。
超临界CO2循环发电是一个创新型的可以将热能转化为电能的工艺概念。该工艺使用超临界CO2作为封闭或半封闭布雷顿热力循环的工作流体介质。超临界CO2热力循环有多项好处，循环的效率更高，设备尺寸更小，装置占地更少（因此资本成本也更低），且有捕集全部碳排放的潜力。能否利用超临界CO2循环的全部优势取决于能否克服一些工程和材料科学方面的问题，因为这些问题对循环的技术和经济可行性都有很重要的影响。比如，涡轮机械、同流换热器和高压富氧燃烧器的设计和建造方法在技术上都有很多问题。其他的研发工作还涉及材料选择和测试以及优化发电循环配置等。在过去几年里，全球的研究人员都做了大量的研发工作，希望将超临界CO2循环技术用于发电。在超临界CO2循环电力系统开发方面，人们已经取得一些较大的进展。一些小型的、温度较低的超临界CO2布雷顿循环发电系统已经开始投入商业市场，另外一个使用超临界CO2Allam循环工艺的示范燃气发电厂已经建成，即将启动。本文将探讨超临界CO2循环工艺用于化石燃料发电的应用情况，并且回顾超临界CO2循环发电技术的最新进展。
摘要：
本文的主要目的是全面介绍现有利用海浪能发电技术的相关情况。文中将说明海浪能利用技术的潜力以及相关技术面临的各种挑战，另外还将结合海上风电–海浪发电项目(亦称为混合项目)简要地讨论其多种优势。同时本文将简要说明现有各种利用波能发电技术的关键要素(包括利用率和捕集宽度)及其面临的影响。最后将讨论最具应用前景的技术的平准化能源成本目标。
本文的主要目的是全面介绍现有利用海浪能发电技术的相关情况。文中将说明海浪能利用技术的潜力以及相关技术面临的各种挑战，另外还将结合海上风电–海浪发电项目(亦称为混合项目)简要地讨论其多种优势。同时本文将简要说明现有各种利用波能发电技术的关键要素(包括利用率和捕集宽度)及其面临的影响。最后将讨论最具应用前景的技术的平准化能源成本目标。
摘要：
农业可燃废弃物由于其有机质含量高，热值高，被视为一种具有极大潜力的能源来源。随着中国经济的迅猛发展，能源需求量急剧增长，与此同时环境保护的要求也越来越严格。这些相互竞争的要求使人们迫切需要寻找一种绿色环保的方式从农业废弃物中获取能源。在本项研究中，开发了一种全新的把农业废弃物直接作为燃料的液体催化燃料电池技术。这种类型的液流燃料电池可以直接将农业可燃废弃物在常压下转换为电能，反应温度为80~150 ℃，是一项绿色环保的新型电池技术。杂多酸作为催化剂和电荷载体驱动液流电池。以小麦秸秆和酒糟代表农业可燃废弃物的主要组成成分进行了电池效能研究。实验结果表明，以农业可燃废弃物为燃料的液流燃料电池能量密度高达111 mW/cm2，是微生物燃料电池的数千倍之多。
农业可燃废弃物由于其有机质含量高，热值高，被视为一种具有极大潜力的能源来源。随着中国经济的迅猛发展，能源需求量急剧增长，与此同时环境保护的要求也越来越严格。这些相互竞争的要求使人们迫切需要寻找一种绿色环保的方式从农业废弃物中获取能源。在本项研究中，开发了一种全新的把农业废弃物直接作为燃料的液体催化燃料电池技术。这种类型的液流燃料电池可以直接将农业可燃废弃物在常压下转换为电能，反应温度为80~150 ℃，是一项绿色环保的新型电池技术。杂多酸作为催化剂和电荷载体驱动液流电池。以小麦秸秆和酒糟代表农业可燃废弃物的主要组成成分进行了电池效能研究。实验结果表明，以农业可燃废弃物为燃料的液流燃料电池能量密度高达111 mW/cm2，是微生物燃料电池的数千倍之多。
摘要：
本文介绍了丹麦风电和能源结构的现状，分析了丹麦在风力发电领域居世界领先水平的原因。丹麦政府的能源发展目标是到2050年完全摆脱化石能源，实现100%的可再生能源供给。如何实现用电侧与发电侧之间的平衡，尤其是在大规模接入风能的条件下，将极具挑战性。本文阐述了通过优化利用跨能源流的热电互联所提供的灵活性，即所谓的间接电能存储方案来进一步提升当前和未来的风电接入。文章最后总结了丹麦发展风力发电过程中所取得的各种经验和教训。
本文介绍了丹麦风电和能源结构的现状，分析了丹麦在风力发电领域居世界领先水平的原因。丹麦政府的能源发展目标是到2050年完全摆脱化石能源，实现100%的可再生能源供给。如何实现用电侧与发电侧之间的平衡，尤其是在大规模接入风能的条件下，将极具挑战性。本文阐述了通过优化利用跨能源流的热电互联所提供的灵活性，即所谓的间接电能存储方案来进一步提升当前和未来的风电接入。文章最后总结了丹麦发展风力发电过程中所取得的各种经验和教训。
摘要：
在本文的研究中，讨论了采用旋涂工艺制备自支撑金属氧化物/聚合物复合纳米膜的相关情况。首先制备了金属氧化物以及聚乙烯亚胺(PEI)和邻甲苯缩水甘油醚-甲醛共聚物(PCGF)的环氧树脂(PEI@PCGF)双层纳米膜。我们成功地制备了自支撑纳米膜，但是该纳米膜在较大幅度弯曲时，金属氧化物纳米层出现了缺陷。为克服金属氧化物纳米层的易碎问题，通过层层组装技术(LbL)向金属氧化物纳米层中引入了聚乙烯醇纳米层。通过层层组装技术制备的宏观纳米膜也是自支撑的，柔性极高。即使将层层组装的纳米膜转移至一个多孔载体上，扫描电子显微镜结果表明，纳米膜没有明显的裂纹。虽然层层组装纳米膜的柔性非常好，但是气体渗透性低，说明没有重大缺陷。我们相信层层组装纳米膜可以作为一个有效的设计分子纳米通道的平台，而分子纳米通道则是高效气体分离面临的下一个挑战。
在本文的研究中，讨论了采用旋涂工艺制备自支撑金属氧化物/聚合物复合纳米膜的相关情况。首先制备了金属氧化物以及聚乙烯亚胺(PEI)和邻甲苯缩水甘油醚-甲醛共聚物(PCGF)的环氧树脂(PEI@PCGF)双层纳米膜。我们成功地制备了自支撑纳米膜，但是该纳米膜在较大幅度弯曲时，金属氧化物纳米层出现了缺陷。为克服金属氧化物纳米层的易碎问题，通过层层组装技术(LbL)向金属氧化物纳米层中引入了聚乙烯醇纳米层。通过层层组装技术制备的宏观纳米膜也是自支撑的，柔性极高。即使将层层组装的纳米膜转移至一个多孔载体上，扫描电子显微镜结果表明，纳米膜没有明显的裂纹。虽然层层组装纳米膜的柔性非常好，但是气体渗透性低，说明没有重大缺陷。我们相信层层组装纳米膜可以作为一个有效的设计分子纳米通道的平台，而分子纳米通道则是高效气体分离面临的下一个挑战。
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