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.2024-398
摘要:
目的 FeCrAl合金以其优良的高温力学性能、抗辐照损伤能力与较高的制备技术成熟度成为耐事故核燃料包壳的候选材料。由于中子辐照代价高、周期长、测试难，该合金的高温-辐照蠕变的相关研究较少。文章研究该合金的高温蠕变和辐照蠕变行为，讨论辐照剂量率、温度及应力等参数对蠕变速率及蠕变本构参数的影响。 方法 通过建立不同晶粒尺寸FeCrAl合金晶体计算模型，采用分子动力学模拟软件LAMMPS，开展了较宽温度、应力和辐照剂量率范围内该合金的蠕变行为模拟。 结果 相比于高温蠕变速率，辐照蠕变速率明显较低。随着蠕变应力升高，高温蠕变速率随应力增长速度逐渐加快，蠕变应力因子由0.9增至2.0左右，其中应力转折点为0.8 GPa。辐照蠕变速率随应力和辐照剂量率的增加呈线性增长趋势，即辐照蠕变应力因子与剂量率因子都接近1.0。随着温度的上升，辐照蠕变速率随剂量率的线性增长速度逐渐增大，辐照蠕变常数随之增加。 结论 高温-辐照条件下FeCrAl合金的蠕变性能主要取决于热蠕变行为，且温度与应力升高加快了该合金的辐照蠕变过程。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-427
摘要:
目的 聚焦核聚变能源领域，深入研究相关技术及产业链发展趋势。本文通过对行业发展历程的回顾、现状的剖析以及对未来趋势的预测，全面地对能源技术及产业链发展趋势进行研究。 方法 根据多份权威行业调查报告进行数据分析，梳理核聚变行业的发展历程及现状，分析技术创新趋势及技术领域分布，发现技术、政策、资金三要素之间的内在联系，预测未来行业方向，并借助数据分析揭示未来行业发展趋势。 结果 研究表明：私营企业逐渐成为核聚变行业的重要力量。投资者对核聚变能源潜力的信心不断增强。各国政府颁布政策大大推进了核聚变行业蓬勃发展。美国企业在核聚变各技术领域涉猎最广，涉及领域占比是第二名英国的1.7倍，并远高于其它国家。几乎所有的核聚变公司都将发电作为了主要市场。在衍生领域中，工业热能占整个调查中衍生市场选择的28.6%，成为了大部分公司的主流选择。技术、政策、资金之间存在互相促进的扶持关系。 结论 由近几年核聚变行业的发展规律来看，技术创新将持续推进，资金继续扩容，各国政策持续看好。综合影响下的核聚变能源技术商业化前景明朗。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-251
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目的 我国核电业发展过程中引进了多种国外开发的反应堆，导致我国严重事故缓解策略存在多样化的特征。文章对各策略的工程实践情况及经济性特点进行分析，旨在为我国后续核电厂严重事故缓解策略选择提供参考。 方法 通过对目前国内外严重事故缓解策略发展情况，以及我国的工程实践情况进行研究，从严重事故缓解系统的主要设备造价、配套空间建设成本以及核应急过程中产生的经济影响几个方面对不同策略的经济性进行分析。 结果 所有严重事故缓解策略中，以内置换料水箱作为水源的非能动堆腔注水冷却系统设计方案的工程造价最低，扩展式堆芯捕集器所需的核应急时间最短，事故缓解过程中造成的经济损失最低。 结论 远离人口密集区的核电厂址可选择非能动堆腔注水冷却系统方案以降低工程造价，对于临近人口密度区域、大型工业区建设的核电厂，扩展式堆芯捕集器是最佳选择。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-169
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目的 核电安全是国际社会重点关注的问题，核电管道作为传送介质和热交换的重要系统，存在很多安全问题。管道壁的腐蚀会导致泄漏或破裂，从而引发事故，威胁人员生命及公共安全。因此，核电管道腐蚀检测对于核电安全运营具有重要的意义。 方法 管道壁腐蚀检测一般用压电超声方式，但压电超声需要耦合剂，难以应用于核电的高温和无人值守环境。电磁超声通过电磁耦合的方式激励和接收超声波，无需耦合剂，适用于高温和无人值守场景。文章提出了一种电磁超声横波测厚方法，并应用于核电管道内壁的腐蚀检测。对电磁超声横波探头进行优化设计，获得较高的信噪比，并对信号进行滤波和小波去噪处理，得到被测管道的实际厚度。 结果 研究表明：该方法测量误差在1%以内，检测精度较高，可以用于核电管道内壁腐蚀的检测。 结论 通过对管道壁进行腐蚀的精确检测，可以及早发现问题，并采取预防性维护措施，从而延长设备的使用寿命，减少维修成本，提高核电运行的安全性。
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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.2024-099
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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.2025-009
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目的 作为主要的碳排放领域之一，建筑领域摸清碳排放家底、分析减碳技术应用潜力、规划减碳路径，是实现该领域乃至全国“3060”双碳目标的重要路径。建筑领域先进的减碳技术——“光储直柔”技术有助于尽快实现碳达峰的目标。但目前，建筑领域的碳排放研究大多针对单体建筑，暂缺乏对城市建筑领域碳排放的综合性测算和规划研究，更缺少针对先进技术减碳潜力的定量化分析。文章旨在解决该领域各子类别碳排放量不明以及减碳技术贡献无法量化的问题。 方法 研究围绕城市建筑领域开展碳排放研究，搭建碳排放测算及趋势预测模型，分析“光储直柔”技术应用对建筑领域碳排放的影响，量化技术对建筑领域减碳的贡献情况，并选取深圳进行案例分析。 结果 研究数据表明，深圳建筑领域总碳排放呈上升趋势，“光储直柔”技术应用可帮助整个建筑领域实现提前达峰，降低碳排放，较传统光伏建筑总减碳量增加14.07万t。 结论 研究模型可普遍地用于城市建筑领域碳排放测算及预测以及相似低碳技术减碳量分析中，为碳中和城市的建设规划提供数据支撑，具有十分重要的参考意义。相关政策在加强可再生能源应用的同时应关注其消纳，提倡“光储直柔”建筑技术的应用。
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doi: 10.16516/j.ceec.2025-003
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目的 文章旨在研究燃煤烟气化学吸收法碳捕集系统的实际能效，为该技术的优化与推广提供科学依据。 方法 首先，梳理了国内外典型化学吸收法碳捕集系统的能耗现状，明确了现有技术的能耗水平。随后，基于实际工程案例，对化学吸收法碳捕集系统进行了热平衡分析，并测试计算了系统的热耗与电耗。在此基础上，提出了等效总能耗的计算方法，以更全面地评估系统的综合能耗，并引入“热力学第二定律效率”的热经济学评价方法，对系统能效进行了剖析。进一步地，以系统中关键的耗能环节−蒸汽热耗为例，开展了㶲损失分析，揭示了能量利用的关键节点。 结果 结果表明，目标碳捕集系统的等效总电耗为397.8 kWh/t CO2，等效总热耗为33.4 GJ/t CO2，热力学第二定律效率达到28.1%，蒸汽㶲损失率为18.81%。与现有化学吸收法碳捕集技术相比，该系统在能耗控制与能量利用效率方面较优，但仍存在进一步优化的空间。 结论 建议进一步对碳捕集系统进行吸收剂研究和过程工艺优化，提升系统热力学第二定律效率，探索更经济的热源替代方案，或利用热泵技术回收蒸汽疏水中的低品位余热、实现能源的循环利用，从而降低高品位能源的消耗，提升系统的整体经济性。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-435
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目的 降本是漂浮式海上风电当前的主要任务和目标，锚固基础作为漂浮式海上风电的重要组成部分也面临降本需求。 方法 锚固基础降本措施包括锚固基础选型优化、共享锚固基础和新型锚固基础等，通过总结已建漂浮式风电项目锚固基础应用现状，统计了国内外漂浮式风电样机及示范项目锚固基础型式；在相同场址和系泊张力条件下，进一步分析了拖曳锚、吸力锚和桩锚3种锚固基础型式在不同水深（50 m和100 m）条件下对锚固基础综合成本（含基础建造成本和安装成本）的影响；最后给出了共享锚泊及新型锚固基础的研究进展。 结果 统计表明已建成项目除Windfloat项目的锚固基础采用拖曳锚外，其他漂浮式海上风电样机项目或示范项目基本采用吸力锚基础；成本对比分析结果表明综合成本吸力锚低于桩锚，拖曳锚最低，但拖曳锚存在安装、定位难度大且不能作为共享锚固基础问题。 结论 吸力锚在漂浮式海上风电中的适应性较好，在深海海域将更具竞争力，共享吸力锚可望成为未来漂浮式海上风电场的主要锚固基础方案。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-314
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目的 随着全球能源气候变化和能源转型需求的日益加剧，太阳能资源作为一种清洁、低碳、可再生的能源，逐渐成为各国能源转型的重要选择。尤其是太阳能光热发电技术，以其高效的热能转化能力和相对稳定的发电特性，正受到越来越多的关注。文章分析了在“双碳”目标和能源转型的推动下，中国光热行业高质量发展的方案。 方法 首先，文章概述了中国主要的光热发展技术，回顾了中国太阳能光热技术的发展历程，重点介绍了近年来在技术创新、项目建设和政策支持方面取得的显著进展。其次，对中国当前已并网发电的光热项目进行了分析，包括投资造价、运行发电、经济性等多方面，并对在建、拟建项目进行了分析。最后，分析了中国太阳能光热技术的推广应用中面临的挑战，包括：系统效率、集成、储热等技术挑战；光热发电系统的建设和运营成本相对较高对项目的经济性构成了挑战；市场竞争、项目审批的开发周期长造成的市场挑战；政策支持不稳定、法规和标准不完善等挑战；土地使用、水资源消耗、社会接受度等环境挑战等。为了应对这些挑战，文章提出了若干发展建议。 结果 光热行业的高质量发展需要全行业的支持。政府继续加大对光热技术研发的资金投入，加强核心技术研发与科技创新；加强光热资源的评估和规划，优化能源布局，提升资源利用效率，提升规模化生产和成本管理，以降低生产和运行成本提高经济性；完善光热发电的相关政策和市场机制，提供更多的财政激励和政策支持；拓展新的市场和区域，提升国际合作力，促进光热项目的落地和推广；加强社会沟通和环境保护等。 结论 通过对中国太阳能光热发电现状、挑战及发展建议的分析，文章为行业发展提供了系统的理论支持和实践指导，旨在推动光热技术的进一步成熟和应用。总之，中国太阳能光热技术的发展不仅对国家能源安全和环境保护具有重要意义，也对全球能源转型和气候变化应对发挥着关键作用。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-364
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目的 为提高燃煤机组深度调峰能力，文章提出一种燃煤机组耦合非补燃型压缩空气储能的深度调峰系统。 方法 该系统在电网负荷低谷期，通过压缩空气储存电能以降低对外供电量；电网负荷高峰期，通过释放压缩空气储能的电能从而增加对外供电量。 结果 以某2×350 MW超临界一次中间再热燃煤机组为例，测算出项目资本金内部收益率为7.45%，具有一定的经济性。 结论 现阶段燃煤机组耦合非补燃型压缩空气储能虽然在初投资上略显劣势，但是该方案可显著提升燃煤机组的双向调峰能力，且不需要改造机组的原有设备，不会给机组的运行造成不利影响，在煤电机组深度调峰领域具有一定的应用前景。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-287
摘要:
目的 国际氢能委员会预测，至2050年氢能将占全球终端能源总需求的18%。在绿氢制备技术路径中，光伏发电的电力成本是影响电解水制氢经济性的关键因素。 方法 文章基于中国典型地区的光照资源数据，构建平准化度电成本（LCOE）测算模型，分析当前及极限组件成本下的光伏发电成本，并量化光电转换效率提升对LCOE的边际影响。 结果 研究结果表明：在年有效发电时数1 200小时条件下，晶硅电池系统的LCOE可降至0.133元/kWh；而具有更高理论转换效率的钙钛矿电池、晶硅-钙钛矿叠层电池及双叠层电池系统，分别在年发电时数1 008 h、1 092 h和864 h时即可实现0.1元/kWh的LCOE阈值。当光伏LCOE突破0.1元/kWh时，电解水制氢成本可降至6.16元/kg。 结论 随着组件成本下降和转换效率提升，我国90%以上地区的光伏LCOE将具备突破0.1元/kWh的潜力。在此成本区间内，绿氢生产成本将较传统灰氢显现竞争优势，有望成为主流氢源。文章为光伏制氢技术的产业化推进提供了量化依据，对优化能源结构转型路径、实现环境效益与经济效益的协同发展具有重要参考价值。
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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.2024-278
摘要:
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
摘要:
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
摘要:
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.2024-124
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
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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.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(2): 1-14
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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