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2022年  第9卷  第4期

封面
《南方能源建设》2022年4期封面目次
2022, 9(4)
摘要:
主编寄语
新型电力系统与储能技术专题主编寄语
2022, 9(4)
摘要:
新型电力系统与储能技术
电力系统安全稳定校验的信息物理联合仿真方法
杨至元, 张仕鹏, 孙浩
2022, 9(4): 1-10. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.001
摘要:
    目的   为深入探究电力信息系统故障在信息物理融合系统(CPS)中对工程物理安全的影响机制,并确保研究结果易于复现和推广,    方法   通过开源软件搭建了电力变电站信息物理联合仿真的轻量级测试平台。基于电力监控系统的拓扑结构,通过Mininet搭建了变电站过程层网络的虚拟化框架,并在虚拟主机中调用Scapy模块自定义通信系统的故障类型,根据信息系统仿真结果修改安稳分析程序PSD-BPA的计算文件,外部调用暂稳计算核心求解工程安全结果,实现Mininet与BPA之间的数据联动,得到电力CPS轻量级联合仿真平台。    结果   仿真结果显示:变电站过程层网络中约64%的链路时延增加了10倍或以上,保护设备动作时间延缓至少12周波。根据文中提出的暂态稳定指标,部分站点在仿真周期内出现了严重的失步运行故障。    结论   基于暂态稳定指标的筛选结果成功量化了安稳控制设备的信息故障对电力能源系统的影响。
中国氢能高质量发展的路径建议与政策探讨
张灿, 张明震, 申升, 陈凡
2022, 9(4): 11-23. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.002
摘要:
    目的   在“双碳”目标下,中国氢能大有可为。基于中国氢能产业发展的现状,围绕存在的问题,对氢能高质量发展的路径和政策进行探讨。    方法   对国内外相关政策、文献和案例进行了梳理和分析,从路径和政策两个角度做了总结。    结果   在路径方面,利用氢能促进交通领域和工业领域的低碳化,将氢能与现有油气能源储运管网体系耦合,利用氢能促进可再生能源标准化,发展(光伏、风能等可再生能源发电)电解制氢,加大氢燃料电池商用推广等,是中国氢能高质量发展的有效保证;在政策方面,完善国家氢能的顶层政策设计,细化氢能“制储输用”专项研究的政策支持,加快制定氢能相关的标准和规范,加强氢能产业的战略联盟建设以及健全氢能市场供需协调等,是中国氢能高质量发展的重要保障。    结论   文章提及的相关的路径建议和政策探讨可为相关部门和行业人员提供一定参考。
氢能与储能耦合发展的机遇与挑战
罗志斌, 孙潇, 孙翔, 林海周, 朱光涛
2022, 9(4): 24-31. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.003
摘要:
    目的   氢能和储能是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要手段,并且其产业化正步入快速发展时期。氢能与储能的产业与技术创新具有多方面的交叉与融合。文章旨在通过梳理氢能和储能的应用场景与关键技术,为其耦合发展提供建议。    方法   具体阐述了氢能的储能角色在构建新型电力系统中发挥的作用及其在交通、建筑、工业等领域中促进碳减排的定位,分析了氢能与储能的共性关键技术,并提出推动其耦合发展的建议。    结果   新能源通过氢能和储能的形式渗透至电力、交通、建筑、工业等领域进行深度脱碳,但是其产业技术的瓶颈还需要持续突破。    结论   氢能与储能的共性关键技术可以进行协同研发攻关,其产业化仍需要酝酿。在推动工程示范的过程中应该积极积累经验,掌握核心技术,避免盲目和重复建设。
新能源制氢在传统炼化企业的应用
史倩, 过良, 张永亮
2022, 9(4): 32-39. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.004
摘要:
    目的   化石燃料和新能源电力在使用和发展中面临着问题与挑战。为解决传统炼化企业依赖化石燃料制氢中的碳排放问题,和新能源电力发展中的波动性问题提供建议,有必要对氢气制备技术的应用与发展,和传统炼化企业的氢气网络状况进行梳理。    方法   调研了氢气制备技术的应用与发展,尤其关注了关键技术电解水制氢技术的应用发展;分氢制备、氢使用、氢纯化三部分对传统炼化企业的氢气网络进行了深入剖析。    结果   通过总结,提出通过电解水制氢技术将富余的新能源电力与传统炼化企业氢网络相结合的设想。在传统炼化企业附近布置新能源电给,不但可以供炼厂日常用电,还可将因波动性大而无法直接利用的弃电部分,直接通过电解水制氢技术,制氢供传统炼化企业使用,有效降低传统炼化企业的碳排放强度。    结论   要解决化石燃料使用中的碳排放问题与新能源电力使用中波动性高的问题,实现新能源制氢在传统炼化企业的应用,还面临着诸多挑战。
独立式海上风电制氢工艺设计
桂薇
2022, 9(4): 40-46. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.005
摘要:
    目的   文章旨在为充分利用深远海优质的风资源,解决海上风电的弃风问题以及对未来新能源船舶提供一种可能的海上氢气燃料供给方式。    方法   论述了一种依托于独立式海上平台的海上风电耦合海水制氢技术的工艺流程,主要对关键设备——质子交换膜电解水制氢系统、氢气压缩机、氢气储罐及部分辅助设备的工艺设计问题进行阐述,简略说明了制氢平台的控制方案,并且对其经济性进行了初步分析。    结果   从工艺设计的角度对海上风电制氢平台上的设计仅在较为前期的阶段,关键设备的供应链市场处于发展初级时期且大部分供应商未进军海工市场,表明现今海上浮式制氢的工程设计到工程化还不成熟且可再生能源制氢经济性较差。    结论   目前,海上风电还无法做到平价上网,海洋风电耦合氢能应用还需要一个长期过程,进行工程试验是大规模工程化的前提。
可再生能源制氢综合能源管理平台研究
廖远旭, 董英瑞, 孙翔, 汤翔, 张振, 汪少勇, 谭江平
2022, 9(4): 47-52. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.006
摘要:
    目的   氢能是一种绿色高效的清洁能源,可以通过多种方式转化为电能、热能等加以利用。可再生能源制氢是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。可再生能源制氢属于新型项目,是电力行业与化工行业的结合,系统间耦合性不强,提高能源综合利用率是可再生能源制氢的研究重点。    方法   文章介绍了当前主要的制氢工艺,对比了灰氢、蓝氢和绿氢的主要特点,阐述了风电及光伏制氢的主要系统,并提出了通过构建综合能源管理平台对可再生能源制氢各系统进行统筹管控的思路。    结果   在综合能源管理平台制定控制策略可以平衡功率,实现最优调度从而减少弃风弃光,而且还可以降低单位制氢成本。    结论   综合能源管理平台可以提高可再生能源制氢的能源综合利用率,对可再生能源制氢项目的推广起到支撑的作用,为可再生能源制氢领域的研究人员提供了重要的参考借鉴
液化空气储能基本循环的热力学分析
孙潇, 朱光涛, 裴爱国
2022, 9(4): 53-62. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.007
摘要:
    目的   以新能源为主体的新型电力系统对储能的需求不断增加,液化空气储能是一种新兴的长时间、大容量物理储能方法,具有广泛的应用前景。文章旨在探究液化空气储能的热力学原理以及关键参数对储能效率的影响规律。    方法   建立了液化空气储能三种基本循环:分离式循环、冷能回收循环、冷能热能回收循环的热力学模型,分析了冷能回收、热能回收、高压压力、释能压力等关键参数对液化率和循环效率的影响。    结果   结果表明液化率与循环效率正相关。分离式循环的液化率与循环效率极低,冷能回收循环由于利用了液空复温过程中的冷量可以显著提升液化率与循环效率,冷能热能回收循环在此基础上利用了压缩热而进一步提升液化率与循环效率。液化率与循环效率随冷能回收量的增加而升高、随高压压力的升高而升高、随释能压力的升高而下降。    结论   冷能热能回收循环是液化空气储能的优选方案。高效蓄冷将对提升循环效率发挥重要作用。在液空复温过程中利用工业余热、废热有助于进一步提升循环效率。
电化学储能技术在火电厂中应用研究综述
孙浩程, 魏厚俊, 胡鋆, 陈曦, 王云芳, 韩玉鑫, 刘畅
2022, 9(4): 63-69. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.008
摘要:
    目的   火电厂耦合电化学储能设备是新能源电力高比例渗透下提高电力系统灵活调峰能力的可行解决路线。    方法   文章首先对电化学储能技术在火电厂中的作用和应用特点进行了介绍;然后对电化学储能技术特性进行了总结和归纳,对不同种类的电化学储能系统在不同应用目的和场景下适用性进行了分析,对现阶段电化学储能技术在火电厂中的应用情况及瓶颈进行了梳理;最后对电化学储能技术的发展方向进行展望。    结果   分析结果表明,虽然电化学储能技术在火电厂中的工程应用前景广阔,但仍在运行安全性、建设维护成本、材料回收等方面存在改进空间。    结论   运行策略优化、新型高性能材料开发以及设备安全与回收管理将成为未来阶段电化学储能技术参与火电调频应用过程中的主要发展方向。
广东新型储能配套政策建议
文婷, 陈雷, 曾鹏骁, 刘云
2022, 9(4): 70-77. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.009
摘要:
    目的   新型储能是提升系统调节能力的重要手段之一,是构建新型电力系统的重要组成部分。明确新型储能的市场定位,研究完善新型储能的成本分摊和价格机制,有助于引导其健康、有序、高效发展。    方法   梳理国内外新型储能相关政策及运行情况;分析新型储能在电力系统中的功能和作用;结合广东电力系统实际,研究2030年前新型储能建设规模需求;基于广东目前价格机制,测算发电、电网(独立)、用户侧储能经济性,分析广东新型储能政策现状及存在问题;综合提出广东新型储能配套政策和机制建议。    结果   从调峰和调频角度分析,2030年前广东对新型储能尚不存在迫切需求;新能源配储能尚无明确的成本回收机制,光伏和陆上风电具备少量强配储能的成本消化空间,海上风电不具备强配储能的成本消化空间;电网侧(独立)储能商业模式尚不清晰,可通过辅助服务和现货电能量价差获取收益,但操作细则有待进一步明确,尚不具备经济性;用户侧储能商业模式较清晰,按现行峰谷电价和需求侧响应政策,具备一定经济性,但投资回收期长,面临政策变化风险。    结论   将新型储能区分为市场化和非市场化两类,前者由除电网外各类市场主体投资,在合理的价格和运行机制下,通过市场化渠道获取收益,由市场调节形成合理的新型储能规模和布局;后者由电网公司投资,通过输配电价回收成本。
基于AspenPlus的兆瓦级燃料电池分布式发电系统建模及仿真分析
李卓言, 段丽平, 李少华, 冯静
2022, 9(4): 78-86. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.010
摘要:
    目的   燃料电池分布式发电技术是适应未来能源低碳化、清洁化、高效化发展趋势的重要应用方向。国内燃料电池电站项目较少,缺乏实际项目经验积累。为了推进燃料电池分布式电站技术的应用,文章概述了国内外应用现状,总结了高温燃料电池的优势与不足,调研了国内燃料电池建设应用案例,并建立了固体氧化物燃料电池与熔融碳酸盐燃料电池发电系统流程。    方法   经过文献调研与实地调研,确定了两种适合建设大型电站的燃料电池分布式发电技术,并利用AspenPlus化工模拟软件建立燃料电池系统流程模型、电化学模型和能量分析模型,并开展系统的性能仿真分析。    结果   分析结果与实际运行结果相吻合,分析预测的系统性能趋势与已有研究相一致。    结论   该仿真方法可用于兆瓦级高温燃料电池分布式发电系统的研究,可为扩大燃料电池应用规模提供数据支持。
印度电池储能市场分析与开拓
钟传平, 刘伸展, 吴文利, 李七军, 高超楼
2022, 9(4): 87-93. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.011
摘要:
    目的   随着国内电池储能市场的快速发展,越来越多的厂商加入到电池储能队伍中,行业竞争日益激烈。中资企业亟需向外开拓新的电池储能市场。    方法   通过收集、整理和分析印度风电和光伏发电行业数据,计算其配套电池储能市场容量,分析了其电池储能市场的发展现状和储能项目招标要求以及中国企业具备的优势。    结果   测算结果表明印度风电和光伏行业电池储能市场潜力巨大,中企得益于国内电池储能技术的快速发展,在印度开展电池储能业务时具有较大优势,但也面临巨大挑战。    结论   研究结论可以为中企赴印开展电池储能业务提供参考。
源网荷侧新型储能商业模式及成本回收机制研究
任畅翔, 刘娇, 谭杰仁
2022, 9(4): 94-102. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.012
摘要:
    目的   在“双碳”目标下,以新能源为主体的新型电力系统在“源网荷”侧均赋予了储能重要战略地位,在灵活电力市场机制下,挖掘储能商业模式及成本回收机制,完善储能相关市场规则和支撑政策机制,对促进储能可持续发展,推进新型电力系统的建设和双碳目标的实现有着重要意义。    方法   基于国内外储能收益定价经验,采用经营期定价法、成本+合理收益、电力失负荷价值等多种方法对储能收益来源及成本回收机制进行了测算。    结果   基于现有政策路径,全面梳理了“源网荷”侧新型储能应用场景、商业模式及成本回收机制,总结了现存问题及政策建议。    结论   研究成果具备较好的可操作性和参考性,可为储能大规模发展和政策制定提供有益参考。
电池储能电站电网侧经济效益及运行效益分析
关前锋, 王玉, 董剑敏
2022, 9(4): 103-107. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.013
摘要:
    目的   电池储能电站的建设是未来电网发展的必然趋势,文章旨在研究当前电池技术和峰谷电差政策条件下的电池储能电站的经济效益和运行效益。    方法   以电网侧储能电站为对象出发,分析以经济效益指数为判据的经济效益、以延缓变电站扩容建设为衡量的运行效益。同时,以东莞地区电池储能电站为例,对其直接经济效益、运行效益和其他效益进行分析。    结果   在当前电池技术和峰谷电差政策的状况下,东莞电池储能电站的经济效益总体略有亏损,但考虑到建设储能电站存在的其他方面的运行效益等,发展电池储能电站有小幅盈利。    结论   以东莞地区电池储能电站为例的经济效益及运行效益分析也可以为其他同类型电池储能电站的效益分析提供参考。
可控核聚变技术
超导磁体技术与磁约束核聚变
王腾
2022, 9(4): 108-117. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.014
摘要:
  目的  磁约束核聚变是解决能源问题的有效途径之一。为了实现准稳态运行,超导磁体(特别是高场高温超导磁体)已成为未来托卡马克设计的首选方案。  方法  介绍了EAST的最新实验进展及未来研究计划,并从超导磁体技术方面总结了未来聚变装置CFETR的最新进展。  结果  2021年底,世界首个全超导托卡马克EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)成功实现1056 s长脉冲高参数等离子体运行,创造最长运行时间的世界记录。  结论  中国聚变工程试验堆(CFETR, China Fusion Engineering Test Reactor)的设计已经完成,它将填补国际热核聚变实验堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)和示范堆(DEMO)间的空白。
支撑碳达峰、碳中和的能源电力技术、经济和政策
双碳目标下我国碳市场发展分析及建议
李汪繁, 吴何来
2022, 9(4): 118-126. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.015
摘要:
  目的  碳排放权交易(碳交易)在全球范围内正日益成为有效促进温室气体减排的市场机制或政策工具。面向“双碳”发展目标,适时开展碳排放权交易市场(碳市场)分析研究,对推动我国碳市场健康有序发展具有重要意义。  方法  梳理了欧美相对成熟碳市场的发展情况,总结了国内试点碳市场的建设经验,并对全国碳市场第一个履约期内的运行状况进行了分析。  结果  我国碳市场目前主要存在制度体系建设尚不健全、覆盖行业与交易结构较为单一、碳配额分配科学性及公平性有待提升、多市场联动效应较弱等不足。  结论  建议立足我国基本国情,未来重点围绕顶层设计、市场体系、调控机制、国际合作等方面开展工作。
双碳、双区背景下深圳电力需求预测
苏步芸, 张英杰, 熊晓晟
2022, 9(4): 127-134. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.016
摘要:
  目的  为了适应“双碳”和“双区”新背景下深圳未来用电特征的研究,反映新形势下诸多新因素的影响,需要在传统电力需求预测方法上进行修正,建立新的预测体系。  方法  在电量预测上,一方面以碳强度控制为导向,结合对全社会电气化水平的要求,提出“自上而下”的预测方法;另一方面以改进的细分部门法和新型负荷修正法,进行“自下而上”预测,相互佐证;在负荷预测上,充分考虑需求侧管理、相关削峰手段的影响。  结果  通过量化分析“双碳”目标下能源供应及消费结构调整,“双区”驱动下新基建、产业结构调整和转移等重要因素的影响,对深圳“十四五”及中远期全社会用电量进行预测,并对深圳未来最高负荷和负荷特性发展趋势进行预判。  结论  所提方法为其他地区进行新形势下电力需求预测提供了新思路,预测结果也为深圳后续电源和电网规划及调度运行等提供了重要参考。
双金属Ni-Co基析氧反应电催化剂研究进展
秦欣妍, 温佳丽, 徐嘉乐, 贺文迪, 刘倩倩, 于洲, 高啸天
2022, 9(4): 135-142. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.017
摘要:
  目的  能源消耗的持续增长和化石燃料燃烧带来的环保和能源安全问题已经引起世界各国的广泛关注。因此,发展清洁能源生产技术已成为世界范围内的主要研究重点。氢能具有无污染、比能密度高、资源丰富等特点,是最具潜力的传统化石燃料替代品之一。电催化分解水被认为是最有希望的制氢方法,但阳极上的析氧反应动力学缓慢,能量转换效率低,是大规模制氢的主要瓶颈。与稀有和昂贵的贵金属催化剂相比,镍-钴(Ni-Co)基电催化剂由于具有可调的电子结构、高导电性和低成本优势,有望在碱性溶液中实现卓越的OER活性和耐久性。  方法  文章总结并讨论了在OER中Ni-Co基电催化剂的最新研究发展。重点讨论了Ni-Co基电催化剂的设计和合成,以及在OER过程中提高其电催化性能的研究策略。  结果  为了代替钌、铱等贵金属催化剂,研究者们对Ni-Co基非贵金属催化剂进行了大量研究。包括氧化物、氢氧化物、合金、氮化物、硫化物、磷化物等在内的多种Ni-Co基催化剂通过化学结构的调控,从阳极角度提高了电催化制氢的活性。但这些催化剂又分别面临不同的缺陷,有待进一步研究克服。  结论  开发具有高OER活性的非贵金属催化剂是降低电解水制氢成本,促进氢能产业发展的重要途径。虽然仍有一些技术问题尚未解决限制了Ni-Co基催化剂替代贵金属催化剂,但作为重要的贵金属催化剂替代品,Ni-Co基催化剂的研究为新型催化剂的开发提供了重要选择。
基于大数据平台的智能电厂数据及系统集成方案研究
李维聪, 胡玉涛, 李伟
2022, 9(4): 143-149. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.018
摘要:
  目的  文章旨在通过研究智能电厂整体平台架构,对智能电厂各应用系统的数据采集及系统集成进行分类并提出融合方式,为智能电厂的系统与大数据平台集成融合提供参考方案。  方法  首先阐述智能电厂四大层次的划分,进而根据安全分区要求对应用系统的数据进行采集集成,以大数据平台数据库为核心进行交互,最后按照划分的三类集成类别分析智能电厂各应用系统的方案。  结果  智能电厂目前架构体系的分析整合以及数据采集和应用系统的集成极大地提高了大数据平台的效率及智能化水平。  结论  随着智能电厂在国内电力行业逐步推广应用,根据项目需求提前进行技术调研及规划更有利于搭建高集成度的智能一体化平台,有利于大数据分析及交互。
基于时频分析法的开关柜避雷器泄漏电流检测
黄华, 谢静媛, 汪正玲, 申葳, 张伟鹏
2022, 9(4): 150-158. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.019
摘要:
  目的  在电力系统中,开关柜避雷器承担着抑制瞬态过电压和泄放脉冲大电流的重要作用,对于维持其正常稳定运行具有重大意义。  方法  为了有效抑制噪声对泄漏电流信号检测的干扰,提出了一种基于自相关系数与卡方检验优化的时频分析方法。首先通过电流传感器和分流器两种测量结果进行分析,然后利用基于自相关系数与卡方检验优化的小波变换消除信号中的噪声干扰,实现最优分解尺寸的确定,从而更好地适应小信噪比场合。  结果  通过软件平台分析得出在分流器的测量基础上利用优化后的小波算法去噪的抗干扰能力更强,波形质量更好。最后研制了一款泄漏电流在线检测装置,对提出的泄漏电流检测模型加以验证。  结论  实验结果表明该装置能够较好地实现避雷器泄漏电流的实时检测。
H级燃机联合循环发电技术
高位布置H级燃机基础多点位移SRSS法可靠概率研究
刘森林, 周光炳, 王晓, 严晓
2022, 9(4): 159-166. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.020
摘要:
  目的  大型H级燃机基础通常具有多个扰力作用,并采用平方和开平方根(SRSS)法求得质点的振动位移。但SRSS法求得的振动位移并不是可能发生的最大位移。文章旨在分析所有可能出现的振动位移,研究SRSS法的可靠概率。  方法  建立了高位布置H级燃机基础的三维有限元模型,通过多质点分别施加单向扰力分析,采用SRSS法计算质点振动位移;提出采用多质点分别施加双向扰力,由于各质点动扰力之间角度的不确定,采用线性叠加法计算所有可能的振动位移并统计其概率分布。  结果  H级燃机基础质点10在40.75 Hz横向振动位移SRSS法组合值为16.40 μm,最大可能横向振动位移值为24.18 μm,SRSS法的可靠概率约为50%。  结论  基于SRSS法获得的多质点振动位移值并不是最大值,其具有一定的可靠概率,对于特别敏感或者重要的动力基础分析中宜控制其可靠概率,可采用增大裕度的方法来提高其可靠概率。