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)32116683; 32115630
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.2024.04.17
摘要:
目的 随着“3060”双碳目标的进展，利用光伏和风电制取绿氢成为一个热门和前沿的方向。在氢气利用产业中的燃气轮机掺氢燃烧，则成为将氢转化成电能的最后一个环节。燃气轮机机组设置有调压站、前置模块和连接管道。前置模块对于混合气体的流量、压力、温度和颗粒含量均有要求，而调压站则为前置模块提供符合要求的混合气体供应，而中间的连接管道随布置不同，一般有1 000 m的长度。掺氢连接管道的阻力、温度降低等特性，对调压站的边界参数有直接影响。因此，有必要研究掺氢连接管道的阻力、温度降低等特性，为后续燃气轮机用掺氢管道设计提供工程用可实施解决方案。 方法 通过GT Pro软件的模拟计算，给出H燃气轮机在燃用掺氢天然气条件下燃料需求量，结合H燃气轮机前置模块对燃料的压力和温度的要求，给出掺氢管道的材质选择和流速选择，并结合混合气体的物理特性，计算管道的阻力和由于压力降低引起的温降。 结果 得出了燃气轮机掺氢燃烧时，掺氢连接管道的材质选择、管径选择、管道阻力和由于压力降低引起的温降。 结论 现阶段天然气调压站到燃气轮机前置模块的管道设计，在考虑具备掺氢条件时，需逐一评估核实管道材质、外径、壁厚、流速、管道阻力的情况，让燃气轮机在本阶段燃用天然气，在将来过渡到掺氢燃烧能顺利实施。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.19
摘要:
目的 海上风力发电因其年均发电量高和发电稳定等优势，逐渐在全球能源结构转型中得到广泛应用。然而，由于海上风机建设在复杂多变的海洋环境中，这给海上风机基础的施工工艺和技术方案带来了巨大的障碍。 方法 文章以某海上风电场的建设项目为背景，具体分析了沉桩施工船舶、稳桩平台和液压打桩锤的选型标准与可行性。同时依据风机基础沉桩的施工要求，重点阐述了作业前的准备工作、稳桩平台的施工方案以及主-副吊船协同配合的风机基础沉桩作业，并进一步分析了风机基础沉桩中垂直度的控制与纠偏措施。 结果 钢管桩沉桩施工工艺可以有效地保障工程质量和进度预期，经济效益明显且安全可靠。在沉桩过程中，需对垂直度精度控制完成初调和终调。 结论 对海上风机基础沉桩施工技术的研究，将为类似的海上风机工程提供有益的参考和借鉴。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.07
摘要:
目的 针对现有通信条件难以满足海上风电场工程智慧运维和生态环境监测的需求，探索提出5G定制网方案，以解决海上风电场信号通达性差、网络覆盖不全以及流畅性低的问题。 方法 提出利用5G定制网技术打造了综合运维与监测方案，具体如下：通过在室外部署5G宏基站、塔筒内部署5G室分、水下铺设光网，实现风电场通信网络的立体覆盖；基于5G切片技术，实现一网多用以满足海上风电场对网络差异化的需求；在集控中心机房部署算力节点，通过边缘UPF（用户平面功能）转发专网数据实现算网融合。 结果 文章提出的基于5G技术的海上风电场智慧管理与生态环境监测方案已依托项目进行试点测试，测试结果表明5G基站的最大有效覆盖半径达到11.3 km，稳定传输上行速率达到5 Mbps，满足海域的观测数据回传、无人船视频回传的需求；通过在升压台和风机部署2个2.1G的8TR增强基站提升海域覆盖，绕风电场拉网测试验证了5G专网能够有效地覆盖风电场，覆盖率98.4%，可满足风电场的信号覆盖需求。 结论 通过5G专网覆盖风电场水上海域，通过STN（智能传送网）+水下光网实现水下通信，从而首创性地构筑了立体的海洋监测通信网络，为实现海上风电场的智慧管理与生态环境监测奠定了通信基础。
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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.2023-245
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目的 作为CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）中重要的碳捕集手段，变压吸附捕集CO2技术受到广泛应用。但过高的捕集能耗和运行成本制约了技术的推广和落地，如何精准地依据实际情况选择合适的捕集技术并降低捕集能耗尤为重要。 方法 针对国内外变压吸附技术的基础研究与技术应用进行了讨论，并以某石化企业采用PSA技术捕集CO2的实际应用案例，分析了该技术在石化行业应用的经济性和前景。 结果 在文章案例中，采用PSA吸附捕集CO2技术的项目对煤制氢装置净化单元、低温甲醇洗单元产出的约80万t中浓度碳源进行捕集封存，针对73.9%浓度的CO2原料气，装置实现了96%的CO2回收率以及98%的捕集纯度，在杂质气体方面，H2S、CH4及CH3OH均控制在150 ppm以下，可实现约56 kWh/t CO2的捕集电耗。研究发现，变压吸附技术具备吸附剂再生能耗低、压阻低、工艺连续及吸附剂稳定性强的优势，表现出技术与经济可行性。由于变压吸附以物理吸附为主，因此PSA对于低浓度的原料气CO2处理可能会面临能耗较高且富集浓度不足的问题。 结论 综上，PSA捕集CO2技术适宜用于中浓度碳源的处理，在未来石化、水泥等行业中排放的尾气处理上具有潜力。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.17
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目的 随着光伏、储能、新型建材及装配式建筑产业的发展，将光伏组件与屋面、墙体、遮阳等构件进行一体化设计与制造的光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic，BIPV）技术开始延伸为光伏储能建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic and Energy Storge，BIPVES）技术。 方法 文章提出世界首个可充电水泥电池，将建筑墙体与光伏发电装置、储放电装置相融合；对设备和材料进行跨界创新，在玻璃表面打印高清晰度、高透光率花纹图案，制造高效光伏建材；研发预制式储能墙体，与各类钢结构装配式建筑体系进行结合，实现订制式生产、装配式施工，形成建筑构件与光伏、储能一体化的变革趋势。 结果 水泥基电池实现了建筑墙体具有光伏发电、储电以及供电等多种功能；新一代光伏建材可节省建筑外立面装饰材料的成本，降低建筑物碳排放；光伏和储能等可再生能源技术在建筑中的一体化集成，可取得最大化收益。 结论 新型光伏建材技术和水泥电池等新型储能技术具有发展前景，将可充电电池构件、光伏外墙板与装配式建筑墙体及预埋件进行组合集成并推广应用具有可行性。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.16
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目的 某燃气轮机电厂的GE-PG9351FA型燃气轮机发电机组，目前采用DLN2.0+燃烧器，设计NOx（氮氧化物）排放浓度为50 mg/m3，启动过程中大量排放黄色烟雾，已无法满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）要求，频繁遭到周围居民举报。根据江苏环保排放新规，自2023年1月1日起，NOx折算排放全程小时均值均小于30 mg/m3。针对该种型号燃烧器进一步降低NOx且解决启动过程中硝黄烟排放的需求，电厂采用余热锅炉烟道SCR脱硝改造技术，且对启动过程各指标控制进行数据模拟推演、分析总结，提炼出合理的启动操作方法。 方法 为验证该操作方法的可行性，电厂进行了多次调峰启动过程操作试验，并根据实际NOx排放特性修正操作方法中的启动时刻、燃气轮机负荷控制、SCR脱硝系统投入节点，形成最优化操作法。 结果 试验结果表明：在优化电厂SCR脱硝系统投入时刻、燃气轮机启动时刻、并网后暖机负荷后，NOx折算排放全程小时均值均小于30 mg/m3，且硝黄烟排放现象消失。 结论 该操作策略是基于燃气轮机启动过程NOx与硝黄烟排放特性而得出，后期通过数据推演和大量试验验证，可为同类型燃气轮机启动过程降低氮氧化物与硝黄烟现象提供直接指导，并为燃气轮机电厂调峰运行的NOx排放控制提供分析借鉴思路。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.14
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目的 核电厂汽水管线一般在管道外壁加装保温层，从而提高换热效率。目前对于铁磁性管道的检测手段主要为常规超声及超声导波，检测前需要将管道外壁保温层拆除，导致检测工期延长，人力成本增加，无法达到核电厂高质量发展的要求。核电厂脉冲涡流技术的应用可以省去保温层的拆装，实现不停机在线筛查。检测线圈的放置方式对缺陷的检出能力是脉冲涡流技术重要指标。 方法 文章利用ANSYS中的Maxwell模块进行管件建模及仿真，分别设计同轴式与垂直式检测线圈，保持提离距离、材料一致及其他条件一致下，模拟脉冲涡流对平底缺陷的检测能力。选取核电厂样管进行同轴式与垂直式脉冲涡流测试，将脉冲涡流（Pulsed Eddy Current Testing，PECT）测试结果与超声测厚进行复核，对比两种线圈放置方式对脉冲涡流检测的影响。 结果 研究表明：垂直式线圈相对于同轴式线圈对缺陷检出效果更佳。 结论 核电厂脉冲涡流技术的应用对脉冲涡流技术在核电领域实施具有重要意义。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.12
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目的 为了提高换热效率，核电厂的凝结水管线、主给水管线、疏水管线及部分抽气管线管道外侧均加装了包覆层，目前对于铁磁性管道的检测手段主要为常规超声技术及超声导波技术。上述检测技术受限于检测环境及前提条件，检测难度较大。文章旨在提高带保温层管道的检测效率，丰富技术手段，缩短检修工期，提高核电厂经济效益。 方法 通过研究核电站低频电磁干扰下脉冲涡流检测方法的可行性和可靠性，利用感应电压测量值与计算值建立最优化参数反演问题，并结合参数之间的耦合关系式，根据管道脉冲涡流场时域解析解的基础上，建立感应电压测量值与计算值特定关系式，建立最优化参数反演问题，并结合参数之间的耦合关系式，提出1种针对核电厂带保温管道在役运维的脉冲涡流检测技术。 结果 利用文章提出的铁磁管道相对壁厚脉冲涡流检测方法对核电厂在役样管进行检测，并将检测结果与常规超声检测结果进行对比，得出二者检测结果误差在5%左右。 结论 脉冲涡流检测结果可靠，适用于核电厂铁磁管道壁厚腐蚀减薄的无损检测与评估。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.13
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目的 在低压配电网中，剩余电流保护装置作为用电安全的重要保障，可以减小用电器发生漏电故障而带来的危害，还可以预防人体触电事故。当前剩余电流保护装置依靠剩余电流信号大小作为保护机构动作的依据，无法识别触电特征。针对这个问题，文章提出了1种基于小波分解降噪与GRU的低压配电网触电信号特征提取及触电诊断的方法。 方法 文章对触电实验采集的剩余电流进行降采样和离散小波降噪等预处理；采用滑动窗口法提取剩余电流的时频域触电特征参数，利用傅里叶变换提取剩余电流对二次谐波幅值特征参数；提取的全部特征参数组成1个高维特征空间向量；采用主成分分析法对高维特征空间向量进行降维处理后得到1组新的三维特征向量；建立触电诊断模型，并将代表触电特征的三维特征向量作为该模型的输入量；运用门控循环网络（GRU）等5种不同的触电诊断模型对触电信号进行对比实验。 结果 实验结果表明：基于GRU的触电诊断模型的收敛效果较好，识别率达到98.33%。 结论 该方法对新一代的剩余电流保护装置的研究与开发提供了新的思路，为用电安全提供了有效保障。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.10
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目的 为实现“双碳”目标，电源侧的绿色低碳转型是广东实现绿色低碳转型的关键。同时，紧紧围绕新能源发展构建高比例新能源的多元电源支撑体系也是广东建设新型电力系统的重中之重。因此，提前谋划面向碳中和的广东电源结构具有十分重要的意义。 方法 在对广东省远景能源供需格局进行研判的基础上，统筹低碳转型和能源安全，考虑非化石能源消费比重、资源条件、电力供应平衡3个方面约束，提出广东面向碳中和的电源发展思路，对不同转型路径进行分析，并提出相关建议。 结果 研究表明，碳中和时期，广东省电源总装机规模预计将达到当前电源装机规模的3倍左右；电源供应主体由当前的“火电+核电+外电”组合，转变为“新能源+核电+外电”组合，非化石能源装机比重达到80%，其中，省内新能源装机比重达到50%。 结论 广东省的电源结构调整前景看似乐观，然而，这个过程仍然面临政策、技术、产业和市场等诸多挑战，建议转型过程中关注火电在电力系统中的定位转变、保障非化石能源发展关键要素、重视新型电力系统调节能力建设；为了满足碳中和时期广东两倍于现状的电力消费需求，更为重要的是需特别关注引领电源结构清洁低碳转型的科技创新问题，通过科技创新推动新能源类型、能源新技术的探索，向能量密度更大、能效转换效率更高的方向发展。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.02
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目的 CO2催化加氢合成燃料是一种经济可行、可大规模实施的CO2利用技术，能够解决环境和资源短缺的问题，近年来获得了国内外广泛的关注。文章旨在研究开发1种CO2催化加氢合成碳氢燃料的微通道反应器。 方法 通过采用热力学计算－催化剂制备－反应器设计－结构优化－性能测试的设计思路进行分析。 结果 热力学理论分析表明：CO2催化加氢可以形成碳氢燃料；开发了6种铁基催化剂，从而提高碳氢燃料合成的反应速率；基于流体数值模拟，设计并优化了微通道反应器的结构，该反应器具有结构简单紧凑、传热传质能力强等优点。实验结果表明：Zn-Fe催化剂表现出最好的CO2催化加氢合成低碳烯烃性能，CO2转化率和低碳烯烃选择性分别为32%和44%。 结论 设计的微通道反应器具备CO2资源化利用合成碳氢燃料的功能，对我国应对气候变化、双碳目标实现以及碳氢燃料产业发展具有重要的意义。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.09
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目的 针对海上换流站的特点，提出海上换流站无线通信系统设计方案。 方法 通过分析海上无线通信技术的特点以及目前的应用情况，结合海上换流站在设备运行、厂站警戒、人员活动等方面的需求，提出海上换流站无线通信系统的配置方案。 结果 通过NAVTEX系统，实现了接收天气和安全信息的需求。通过雷达光电系统和VHF对船通信系统，实现了船舶入侵驱离的需求。通过UHF集群对讲系统、WiFi和移动通信系统，实现了人员日常通信的需求。通过救生艇应急通信系统、微波通信系统和卫星通信系统，实现了人员紧急避险的需求。 结论 研究的系统实现了海上换流站日常运维过程中基本的通信需求，确保设备和人员的安全，为海上换流站无线通信系统设计提供指导。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.01
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Introduction The new generation of the Internet of Things (IoT) is being fostered in the era of Internet of Everything (IoE), realizing its diverse development by selecting and combining new information, functions, and applications. The Energy Internet of Things (Energy IoT) which is based on IoT, envisions a future where physical things are connected through a dynamic network that exchanges information and energy. The Energy IoT is giving rise to new service models and methods for organizing, exchanging, and managing energy; It covers not only new concepts such as Energy-as-a-Service and Prosumer, but also leads to innovative applications in smart buildings, intelligent metering, smart grids, distributed energy, virtual power plants and more. Method This paper analyzed the current status of the Energy IoT, including its key industry drivers, potential technologies and applications, challenges and related research areas. Result This paper discusses and compares the definitions of Energy Internet and Energy IoT from academic and industry perspectives. And it analyzes some major stages and issues of future research in the Energy IoT. Conclusion This paper provides a useful reference for further research and practical applications in the field of Energy IoT.
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.11
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目的 “双碳”目标愿景下，新型电力系统变电站建设势在必行。 方法 为推动传统变电站向新型电力系统变电站转型升级，通过分析电力系统中变电站的角色转换、功能定位与建设方案，提出1种新型电力系统变电站全生命周期的绿色低碳建设方案。从聚焦电气设备、建筑结构、建筑设备、综合能源等方面，降低变电站全生命周期碳排放，支撑新型电力系统变电站建设及运行全环节绿色低碳。 结果 结果表明：与常规变电站相比，采用所提绿色低碳建设方案后，不仅提高可再生能源开发利用水平，加快电网低碳升级，还能够推动电网设备节能降耗，降低变电站碳排放与运维成本，提高变电站基础资源利用水平，从而提高了变电站的综合经济效益。 结论 文章所提绿色低碳建设方案具有一定的普适性与可复制性，能够为变电站的转型过渡提供理论与实践指导，为电网低碳化发展奠定基础。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.04
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目的 伴随以新能源为主体的能源互联网架构的构建，特高压直流输电工程成为电力输送的重要方式，电网呈现出“强直弱交”新特性。同步调相机凭借其无功响应速度快、电压支撑能力强等良好的动态特性，在应对电网“强直弱交”特性中具有独特优势。 方法 为研究调相机在特高压直流工程中的应用，总结了调相机的发展历史，介绍了火电机组改造调相机、新一代大容量调相机、分布式调相机等国内几种主要类型的调相机的发展现状，分析了调相机的工作原理和动态特性，梳理了调相机较SVC等无功补偿装置具备的优势、大容量调相机与分布式调相机各自的适用场景和现有配置策略。 结果 在PSCAD/EMTDC平台搭建含调相机的直流送出系统仿真模型，仿真验证了调相机对受端换相失败和换相失败引发的送端暂态过电压的抑制能力、调相机在滞相运行下的动态无功补偿能力。 结论 分析表明调相机可以对暂态过电压和换相失败产生良好抑制作用，滞相运行不会影响调相机的无功响应速度和动态无功支撑能力，具有参与换流站稳态补偿的工程应用前景。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.06
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目的 压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage，CAES）是一种可大规模储存电力能源的技术，其规模仅次于抽水蓄能，储气装置是其重要的组成部分。国内外已投入商业运行的压气储能电站的储气装置多为盐穴、废弃矿坑等天然地质构造，大规模长时压缩空气储能有赖于更具经济性及广泛适用性的储气装置。 方法 人工地下洞室储气库较大程度上摆脱了压缩空气储能电站对于特殊地质条件的依赖，成为大规模建设长时压气储能电站的有力支撑，但国内外相关研究成果较少，摸清国内外研究现状，总结其他行业先进经验，理清该领域亟待突破的难题，对于大规模建设压气储能电站具有重要意义。 结果 压气储能电站地下人工洞室与天然气储气库及水电输水隧洞等常规人工洞室运行特点有较大不同，目前对于该领域尚缺乏成熟的设计方法与规程规范，有诸多关键技术仍有待解决，文章对压气储能电站地下人工洞室的特点及重点研究内容进行了梳理。 结论 创新是自主建设压缩空气储能电站地下硬岩储气库的唯一出路，在安全的大前提下兼顾经济性并突破，该技术对丰富我国储能发电技术，完善新型电力系统具有重大的现实意义，若该技术发展成熟，可为我国新型电力系统的构建提供强大的保障。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.05
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目的 随着“双碳”目标以及各地推出的新能源配置储能政策的推行，文章进一步明确分布式储能在新型配电网中发挥的作用及储能系统配置方案。 方法 首先，总结归纳新型配电网分布式储能系统的配置需求，根据不同应用需求分析了分布式光伏储能系统的结构；其次，为了实现配置储能经济最大化，结合各地配置储能政策要求，阐明分布式储能系统的配置方法；最后，归纳分析了当前选址定容的常用算法，在此基础上给出研究建议。 结果 配置储能需在明确需求的基础上，选择合适的拓扑结构，基于配网供电稳定性、安全性、经济性等指标综合优化给出配置方案。 结论 分布式储能技术是新型配电网的关键技术，是解决配电网安全稳定运行的重要手段，需要进一步研究其优化配置方案及相关调控技术，才能更好地发挥作用。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.03
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目的 为解决太阳能海水淡化器件成本高、制备工艺复杂的难题，本研究选择具有重量轻、成本低、合成及提纯工艺简单等优点的有机小分子光热材料作为太阳能吸收材料。 方法 利用一种有机共轭小分子Y6，与低成本的纤维素纸结合，制备了在350~1000 nm范围内宽光谱吸收的高光热转换性能的Janus结构水蒸发器。 结果 蒸发器的下表面具有高效的水粘附性，利于高速集水，而蒸发器的上表面具有拒水性，能够达到理想的自漂浮能力。并且每3.14 cm2的器件仅需0.5 mg光热材料就能实现超过70 ℃的温度，节约用料优势明显。 结论 在1.0 kW/m2太阳光辐照下，基于Y6的蒸发器的光热能量转换效率为64.4%，蒸发速率高达1.13 kg/(m2·h)，明显高于对照的纤维素纸蒸发器。经过太阳能蒸发脱盐后，得到的纯化水的离子浓度相比于初始的模拟海水显著降低4~6个数量级。该蒸发器与热电器件集成，在1.0 kW/m2太阳光照射下，蒸发速率达到1.02 kg/(m2·h)，同时还产生了55 mV的输出电压。研究结果表明，基于有机小分子Y6的太阳能蒸发器，在光热水净化和热电发电协同作用方面具有良好的应用前景。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024.04.08
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目的 随着海上风电场不断增加，海域使用矛盾也越来越严重，海上风电和渔业养殖融合发展吸引越来越多的关注，并陆续提出了不同类型的风机基础融合养殖网箱的结构设计。这些设计多数处于概念设计阶段，距离工程应用还有比较遥远的距离。 方法 文章基于网衣质量相等、网衣附加海生物质量相等、网衣水动力性能等效的要求，提出高效的网箱等效载荷计算方法。根据14 MW风机设计载荷和海洋水文条件，设计适用于14 MW海上风机的导管架基础结构，并融合内网箱和外网箱，设计出2种导管架基础与海洋养殖网箱融合系统。基于Morison模型，考虑非线性波的影响，根据提出的网箱等效建模方法在SACS对不同设计进行静力分析。 结果 研究表明，内外网箱与导管架融合设计对整机频率一二阶影响较小可忽略不计，对三阶频率影响较大；转角工况是控制工况，增加内外养殖网箱后需对导管架基础进行局部加强，14 MW海上风机导管架基础与内网箱或外网箱融合的设计方案的计算结果均满足规范设计要求。 结论 研究结果可为海上风机基础与海洋养殖网箱融合系统设计的工程应用提供参考。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-343
摘要:
目的 “双碳”目标下新型电力系统建设要求存量火电转向调峰运行，因此火电机组灵活运行下的安全性成为提升电力系统整体稳定性不可或缺的一环。其中，空气预热器是影响火电机组宽负荷运行能力的关键辅机设备，针对其由烟温波动与过量喷氨诱发的堵塞与腐蚀问题，开发回转式空气预热器积灰堵塞实时评估及安全状态监测模型至关重要。 方法 依托我国中部地区某600 MW和350 MW机组宽负荷运行监测大数据，建立了一种基于阻力系数的不同时间尺度逼近的空预器堵塞评估模型；进一步，以空预器出口烟气温度及冷端工作温度为监测指标，统计其在机组多个负荷段的参数超限比例。 结果 结果表明，机组处于39%调峰负荷下监测温度约有20%的超限概率；独立计算两指标下的堵塞风险相较以联合分布计算会一定程度低估其折损率。此外，通过两台机组数据的验证，堵塞评估模型可实现量化机组在空预器吹灰周期内（短期）和中长期的堵塞状态演化趋势。 结论 所提评估策略可应用于SCR脱硝系统、磨煤机等其他火电机组设备及系统，可量化机组调峰运行安全风险，指导火电机组高效、稳定地配合新型电力系统调度。
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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.2024-041
摘要:
目的 输电塔是电力系统中关键的基础设施，输电塔风致倒塌将给电力系统带来重大损失。为了找出输电塔抗风致倒塌的解决方法，有必要对输电塔风致倒塌破坏的原因、影响因素、倒塌过程等进行研究。 方法 从事故分析、真型试验、风洞试验、数值模拟四方面对输电塔风致倒塌研究成果进行了回顾，分析和总结了相关研究成果，并给出了后续研究的建议。 结果 研究表明：输电塔风致倒塌的原因有输电塔塔身存在薄弱杆件、规范中输电线路风荷载计算存在缺陷、规范未考虑的极端风荷载等。 结论 建议围绕极端风荷载模型、横风向及扭转向风荷载的影响、单塔及塔线体系的精确模型、完善相关规范等方面开展研究。
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doi: 10.16516/j.ceec.2024-001
摘要:
目的 红树林生态系统具有极高的固碳能力，是全球碳循环的重要部分。探索其碳汇潜力可促进减缓和适应气候变化，为我国碳达峰与碳中和提供一种潜在的海洋方案。 方法 通过研究红树林蓝碳评估的方法学，开展广东省碳储量和碳汇潜力的估算。广东省红树林碳储量约为3 222 034.79 t C，其中植被碳储量约为1 094 464.79 t C，土壤碳储量约为2 127 570 t C。不同红树林群落中，桐花林的植被碳储量含量最高，约为1 508 930.79 t C，其次依次为白骨壤、秋茄、无瓣海桑，植被碳储量分别约为1 508 930.79 t C、859 115.16 t C、193 295.54 t C和660 693.3 t C。 结果 根据《红树林保护修复专项行动计划（2020－2025年）》，2025年广东省营造红树林55.00 km2，碳汇潜力可增加36 171.49 t CO2-e ~99 890.67 t CO2-e，有较大的碳汇潜力。 结论 本研究可为广东省红树林碳汇造林提供科学依据，对我国碳达峰与碳中和事业具有重要意义。
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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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-311
摘要:
目的 工业园区作为我国工业化与城市化发展的重要载体，在提供大量基础设施和公共服务的同时也成为我国碳排放的主要源头，是实现我国碳达峰、碳中和目标的重要切入点和着力点。为实现工业园区碳排放精细化管理，提出了工业园区碳排放转移过程分析与“双碳”路径优化决策理论研究框架。 方法 首先，分析工业园区范围内能源、工业、建筑、交通、基础设施等业务场景的碳排放特性，建立基于清单分析法的工业园区碳排放核算模型；其次，考虑工业总产值、产业结构、能源结构、能源消耗量等因素对碳排放的影响，建立基于STIRPAT方法的碳排放影响因素分解模型；最后，分析数字化技术赋能绿色低碳转型的作用机理与影响路径，提出“双碳”路径优化决策方案。 结果 以江西省赣州经开区为研究对象，计算2020—2022年工业园区的碳排放量和碳排放强度，识别碳排放量增加的主要影响因素，从产业结构、能源结构、政策制度和平台建设4个方面规划了工业园区“双碳”转型路径。 结论 研究表明，所提模型能够充分提炼工业园区统计数据的信息，具有科学性和有效性，为工业园区“双碳”转型路径决策与园区数字化碳管理工业互联网平台建设提供了理论支撑。
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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。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-347
摘要:
目的 随着对火电机组灵活调峰的需求骤增及信息技术的飞速发展，火电企业正由传统运行及管理模式，向更加清洁、高效、可靠的数字化及智能化方向发展，如何提高燃煤机组灵活调峰过程中的智能化、精准化及可靠性，已成为行业内人员所关注的重点问题。 方法 文章针对深度调峰的背景需求，首先对燃煤锅炉灵活调峰中的典型问题进行总结，同时分析了应用于锅炉的控制理论整体发展状况。基于此，分别从锅炉燃烧性能优化控制、宽负荷脱硝精准控制、锅炉运行能效控制、主辅机设备监测及诊断等4个方面对基于智能控制的燃煤锅炉灵活调峰算法模型及应用进行了综合分析。 结果 在此基础上，详细探讨了智能控制理论及模型在燃煤锅炉灵活调峰中的研究进展及应用效果。 结论 目前，基于燃煤锅炉灵活调峰过程中的常见问题，需要在燃烧组织方式稳燃能力深度提升的基础上，提高基础数据获取准确性，促进数据及知识的互补融合，加强多目标优化控制及DCS控制系统优化等，同时兼顾调峰经济性与机组寿命之间的辩证优化关系，从而为提高燃煤锅炉灵活调峰能力提供智能化及精准化解决方案。
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doi: 10.16516/j.ceec.2023-132
摘要:
目的 主要探讨海上漂浮光伏电站防雷设计的原理、方法及措施，以满足海上漂浮光伏电站在恶劣气候情况下的安全运行。 方法 通过对海洋环境、海上漂浮光伏电站结构和雷电特征等因素进行深入分析，文章提出了一系列有效的防雷措施。首先，采用金属结构能够提高漂浮光伏电站的耐雷能力。其次，安装避雷针能够吸收和释放雷电能量，降低雷电对电站的影响。此外，建立地网能够有效分散地面电势，降低雷击风险。绝缘材料的使用有助于减少雷电对电站设备的直接侵袭。同时，安装监测设备可以实时监测雷电活动，及时采取应对措施。定期检查和维护是保障防雷系统稳定运行的重要环节。 结果 详细阐述了每一项防雷措施的原理和实施方法，同时针对防雷设计中的一些技术难题提出了解决思路。例如，如何确保避雷针的良好接地，如何选取合适的绝缘材料等。这些成果为海上漂浮光伏电站的防雷能力提升提供了有效参考。 结论 研究的成果将有助于提高海上漂浮光伏电站的防雷能力，保障电站的安全运行。在充分考虑海洋环境、海上漂浮光伏电站结构和雷电特征等因素的基础上，采取合适的防雷措施，能够有效降低雷击风险，确保电站的稳定运行。这对于推动可再生能源发展，保护环境具有重要意义。进一步研究可对防雷设计提供更多的参考和指导，以应对未来更为复杂和恶劣的气候条件。
2024, 11(3): 1-1
摘要:
受控核聚变能源是通过受到约束和控制的热核聚变反应获取能源的一种技术手段，也是人类尚未完全掌握的一种能源获取方式。受控核聚变能源研究已经持续开展了半个多世纪，至今仍然是人类共同面临的难题，也是充分体现国家科技创新能力的重要研究领域之一。目前，我国在受控核聚变研究领域取得了一系列的阶段性成果，以参与国身份参加了迄今为止全世界最大的国际科技合作项目“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”；东方超环（EAST全超导托卡马克）装置、中国环流三号装置、聚变堆主机关键系统综合研究设施等国家重大科技基础设施的建设，也极大地推动了我国磁约束核聚变研究的发展。受控核聚变能源研究作为一个多学科深度交叉的领域，在推动自身技术发展的同时也带动了超导技术、材料科学、电源技术等相关技术的发展，促进了一批高精尖技术的诞生。在核聚变研究发展过程中，我国也逐步构建起自主的受控核聚变科学、工程、技术和管理的人才体系，增强了我国在国际核聚变研究领域的核心竞争力。
目前，核聚变研究仍面临着巨大的挑战，包括以燃烧等离子体为核心的物理方面的挑战，以抗中子辐照为核心的聚变堆材料方面的挑战，以及以产氚包层为核心的氚自持技术的挑战，这些问题的解决都需要大量科研人员攻坚克难、砥砺前行。虽然现阶段聚变能源的研究仍需克服众多的挑战，但面对国家能源结构转型的迫切需求，在国家的大力支持和一代代核聚变研究人员的不懈努力下，相信在不远的将来我国受控核聚变能源的发展将由蓝图变为现实。
中国能建和南方电网作为可控核聚变创新联合体的重要成员，依托双方驻穗单位合作创办能源科技期刊《南方能源建设》，与中国核学会会刊《核技术》联袂打造本期受控核聚变专刊，该专刊面向我国受控核聚变研究的专业研究院所、高等院校和能源企业征稿，旨在为受控核聚变科学、技术与工程的融合搭建“产学研用”的学术交流平台。聚变能源作为一种潜在的重要基荷能源，将在未来能源供给中发挥难以替代的作用。为此，本刊将持续关注我国核聚变领域的最新研究结果，未来通过系列专刊的形式助力以核聚变为代表的新型能源研究发展与学术文化传播。
2024, 11(3): 1-13
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.01
摘要:
目的 聚变能源具有反应释放的能量大、运行安全可靠、燃料来源丰富、环境污染小等特点，有望成为一种可以大规模市场化供应的商业能源，在未来提供稳定的能源输出与电力供应。为了普及我国磁约束核聚变能源的发展路径，文章综述了聚变能的发现及实现途径。 方法 采用文献综述的方式简要介绍了我国磁约束聚变能源的早期研究发展历程，并以磁约束聚变能源的发展为例，初步给出了我国对于托卡马克装置、仿星器装置、球形托卡马克装置、反场箍缩装置、磁镜场装置、直线装置和偶极磁场装置等典型磁约束等离子体研究装置的建设情况。 结果 在这些装置的建设及研究基础上，我国磁约束聚变研究领域培养了一批科技人才，取得了长足的发展和进步。同时，文章概述了聚变能源研究的国际合作情况，以及我国参与建设的国际热核实验堆项目。 结论 虽然现阶段聚变能源的研究仍需克服来自燃烧等离子体物理、聚变堆材料、氚自持技术等多方面的巨大挑战，但在国家对能源结构转型的迫切需求以及对于聚变研究的大力支持下，相信在不远的将来我国磁约束聚变能源的发展将由蓝图变为现实。
2024, 11(3): 14-22
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.02
摘要:
目的 磁约束聚变研究中，电子回旋加热（ECH）和电流驱动手段应用广泛，包括但不限于等离子体的启动、加热、无感电流驱动和磁流体不稳定性控制等。近年来，针对未来聚变堆发展需求，电子回旋加热相关技术得到了长足发展，ECH已成为磁约束聚变装置中主要的辅助加热手段之一。 方法 首先对ECH系统进行简介，阐述了其组成部分、特点和应用现状；然后重点从4个方面论述了目前ECH系统相关技术的发展现状与趋势。 结果 结合ECH相关技术的研究现状及应用需求，得出各相关技术发展的重难点。 结论 文章立足于ECH相关技术的发展现状与趋势，从高频以及多频回旋管（微波源）、ECH系统智能控制技术、高效电流驱动技术以及基于回旋管的相干汤姆逊散射技术等多个方面，对ECH系统相关技术的未来研究方向及应用进行了展望。
2024, 11(3): 23-35
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.03
摘要:
Introduction Pulse inductor is an important component of the oscillation discharge circuit in the quench protection system. In the oscillating discharge circuit, the pulse inductor and charging capacitor are used to oscillate and generate high pulse currents, causing the current flowing through the vacuum circuit breaker to reverse and create an artificial zero-crossing point, thus completing the switch breaking. However, under the condition of 120 kA current, due to the action of the electromagnetic force, the connecting bar below the pulse inductor will deform, causing equipment damage and greatly reducing the reliability of the auxiliary oscillation zero-crossing circuit. Therefore, it is necessary to conduct electromagnetic field analysis on the 120 kA pulse inductor and optimize the electromagnetic field distribution around it. Method Firstly, the commutation process of the auxiliary oscillation zero-crossing circuit was analyzed to establish a three-dimensional model of the pulse inductor, and the concept of magnetic field shielding percentage was introduced. Secondly, the influence of shielding plates with different materials and shapes on electromagnetic field distributions was calculated by using finite element simulation. Then the influence of different materials and shapes on shielding percentage was analyzed, and eddy current losses under different shapes were calculated. Finally, the deformation degree of the connecting bar under different shielding structures was calculated in the structural module. Result The results show that the use of different materials or structures in the shielding plates influences the magnetic induction intensity and electromagnetic force received by the connecting bar. Conclusion The circular aluminum shielding plate has a better optimization effect for the electromagnetic field distribution. This method also lays a foundation for the electromagnetic shield design of pulse inductors.
2024, 11(3): 36-46
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.04
摘要:
目的 在常规电阻撕裂模方程的基础上加入反常电子粘滞性，用圆柱位形的磁流体动力学，对由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的非线性发展做了数值研究。 方法 通过对非线性发展阶段磁岛和磁力线的演化分析，详细研究了两个有理面间距分别为较大、中等、较小3种情况下，由反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性发展的不同阶段的磁场拓扑结构的变化以及相关动力学特征，探讨了非线性发展的驱动问题。 结果 研究表明，两个有理面的间距的大小，对双撕裂模非线性发展有很大影响。间距中等时，会发生快速磁重联，对位形破坏最快最大。 结论 研究结果对托卡马克的位形设计和运行时的控制提供了参考。
2024, 11(3): 47-55
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.05
摘要:
目的 惯性静电约束聚变是一种小型聚变装置。文章目的是要解决惯性静电约束聚变装置目前存在阴极熔化和Q值低等问题。 方法 首先分析了产生这些问题的原因，然后提出一种内离子源惯性静电约束聚变技术，以便降低离子在约束过程中的损失，解决阴极熔化问题，同时提高装置内的真空度，以及提高装置的Q值。 结果 最后通过估算的方法定性分析了中子产额的提高，并通过数值仿真模拟计算，模拟了内离子源惯性静电约束聚变装置内的非常复杂的离子运动情况，得到了各向异性的离子运动轨迹。 结论 根据估算和数值模拟计算结果，确证了内离子源惯性静电约束聚变技术的可行性，可以解决阴极熔化和Q值低的问题。
2024, 11(3): 56-64
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.06
摘要:
目的 近年来，聚变装置装机容量在不断增加，其电源系统需要输出高幅值、长脉冲的功率，对电网造成了极强的功率冲击，严重时会导致电源脱网，严重威胁聚变装置的安全。同时，高幅值脉冲也使电源系统的设计存在大量冗余。 方法 为了解决这两个问题，提出了带储能装置的新型聚变电源拓扑，通过在电源系统中加装储能装置，缓冲脉冲功率对电网的冲击。在电源运行过程中，电网提供稳态功率，储能装置提供脉冲功率，有效降低电源的成本。 结果 根据工业供配电经验，得出了不同拓扑中主要元件的选型计算公式。最终根据仿真数据，对不同电源拓扑的成本展开分析对比。 结论 证明了新型电源不仅可以减小对电网的功率冲击，提高电源系统的能量利用率，也可以降低变压器容量，具有一定的成本优势。
2024, 11(3): 65-74
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.07
摘要:
目的 全超导托卡马克是稳态运行的基础，而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在，享有聚变装置安全的最高等级。 方法 文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径，简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案，介绍了失超电压探测的基本原理和过程。并以全超导托卡马克实验装置（EAST）为例，分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制，提出两级解耦补偿方案，并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制。 结果 实测结果表明，该补偿方案能够实现99.9%以上的噪声抑制比，有效改善失超探测的信噪比和可靠性。 结论 建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置，从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累。
2024, 11(3): 75-80
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.08
摘要:
目的 核聚变作为一种清洁、高效的能源，是实现全球可持续发展的未来希望。针对中国氦冷固态增殖剂包层模块的第一壁，基于核热工安全与标准化研究团队提出的4根冷却剂道的设计方案，计算了氦气、氩气、氮气作为冷却剂的温度场。 方法 选择B.S.Petukhov公式，计算聚变堆包层模块第一壁不同冷却剂的传热性能。 结果 研究表明：氦气、氩气、氮气作为冷却剂，致使Be板和RAFM钢中温度场的变化趋势是相似的；温度场出现的最大温度均小于许用温度，符合温度的安全要求；氮气作为冷却剂可以实现的安全裕度是最大的，氩气次之，氦气实现的安全裕度相较偏小。 结论 可由此对聚变堆实验包层第一壁的冷却剂选择提供更多的优化可能，对聚变堆实验包层第一壁的安全增加更多的裕度。
2024, 11(3): 81-86
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.09
摘要:
目的 高能、强流、长脉冲中性束负离子源技术是磁约束聚变堆等离子体达到燃烧条件的核心技术之一。为满足长脉冲高功率负离子源实验平台200 kV/20 A参数下的束诊断需求，研制了用于截获负离子束或中性束、诊断两种束功率密度分布和束发散角以及负离子的中性化效率等性能参数的量热靶。 方法 根据现有的实验平台真空室结构和引出电极尺寸，利用matlab程序获得了该参数下，束发散角为1°时的负离子束在量热靶前端处的功率密度分布和束斑尺寸，进而设计了V 字形靶板的量热靶物理结构；在此基础上采用Workbench软件对无氧铜V字形靶板结构进行满功率运行状态下的热负荷模拟计算，获得了水流量为80 m3/h条件下的量热靶长脉冲运行时的温度分布，最高温度为610 ℃。 结果 根据模拟计算结果，结合实验平台工程结构和诊断需求，完成了量热靶的工程设计。 结论 量热靶采用磁流体真空密封，实现V字形靶板开合，靶板背面布置了热电偶阵列实时监测靶板温度。量热靶工程结构紧凑，安装尺寸能够兼容离子束流诊断真空室和中性束流诊断真空室，满足诊断需求，能够长脉冲安全运行。
2024, 11(3): 87-95
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.10
摘要:
目的 文章旨在探究核聚变装置产生的空间磁场对磁性器件的影响，并深入了解复杂电磁环境下的磁场屏蔽特性。 方法 研究过程中，以核聚变内电源系统中的开关电源和电子变压器为具体研究对象，通过详细分析磁场对损耗的影响以及不同方向磁场下的特性变化，同时深入探讨影响磁场屏蔽效能的关键因素以及不同材料的应用情况，来实现研究目的。 结果 结果表明，强磁场环境下磁性元件的损耗明显增加，且不同方向磁场对元件特性的影响程度不同。通过对比分析不同材料的屏蔽效果，发现具有高导电性和磁导率的材料在屏蔽设计中具有更好的应用前景。此外，优化屏蔽结构能够进一步提高屏蔽效能，降低磁场对磁性元件的影响。 结论 通过系统分析核聚变装置强磁场对磁性元件的影响及屏蔽效能，为设备磁场耐受能力的测试和屏蔽设计的验证提供了关键参考。未来工作将聚焦于进一步优化屏蔽材料和结构设计，以提高磁性元件在强磁场环境下的稳定性和可靠性。
2024, 11(3): 96-109
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.11
摘要:
目的 等离子破裂是托卡马克核聚变装置运行中的重大威胁。破裂缓解系统可以降低等离子体破裂对装置的危害，其动作时机高度依赖于实时运行的等离子体破裂预测系统对等离子体破裂时刻的预测。基于深度学习的神经网络已被用于训练等离子体破裂预测模型，其实时运行需要来自多种诊断的大量实时数据。 方法 文中提出一种实时数据采集系统的设计方案。该系统基于模块化结构进行设计，分为多通道采集模块、ADC转换控制和数据读取模块、数据分组与封装模块和数据传输网络模块。数据传输网络模块基于运行在FPGA上的10 G速率的硬件UDP网络协议栈进行构建。该硬件UDP协议栈具有确定性的数据传输过程，使得系统具有很低的传输时延。 结果 该实时数据采集系统的采样率可以达到每通道2 MSa/s，数据吞吐速率超过9.3 Gb/s，数据传输延迟小于10 μs。 结论 该实时数据采集系统可以为破裂预测程序提供快速传输的实时诊断数据流。高采样率使得系统可以对辐射、电子温度等1维诊断进行实时传输，提高数据时间分辨率。高数据吞吐率可以提高诊断数据的传输数据量，低数据传输时延可以减少破裂预测模型获取诊断数据的时间。
2024, 11(3): 110-116
doi: 10.16516/j.ceec.2023.3.12
摘要:
目的 核聚变作为一种新型核能利用形式，其清洁绿色特性被视为人类未来的“终极能源”，也是我国在能源发展道路上的必经之路。在热核聚变发电厂中，中国聚变工程实验堆（CFETR）聚变反应堆具有一定周期性、脉冲式的输出特性，而汽轮发电机组的运行是稳定、连续的，因此核岛和常规岛之间需配有储能岛以进行储能缓冲；为实现其储能缓冲的功能，储能系统需选择合适的运行模式。 方法 核岛与常规岛耦合运行或解耦运行，对应着储能系统不同的运行模式；文章基于CFETR核岛侧的功率输出特性，从系统配置、设备选型和运行控制等方面对储能系统运行模式的不同方案进行分析和对比。 结果 研究结果表明，核岛与常规岛的解耦运行模式在常规岛发电效率、设备设计技术成熟性和机组运行控制上都更具优势，因此推荐热核聚变发电厂储能系统采用解耦运行模式。 结论 储能系统解耦的运行模式方案大都采用成熟技术，可进行规模化的商业应用，因此可为实现热核聚变发电厂的商业化设计提供支撑。
2024, 11(3): 117-125
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.13
摘要:
目的 研究旨在为核聚变磁体电源系统中的环形场线圈开发一种高效可靠的脉冲电源系统。针对核聚变装置在高功率需求下的挑战，提出了一种基于超级电容器的电源解决方案，旨在增强能量存储的效率和系统的稳定性。 方法 通过采用模块化多级转换器技术，开发了一种新型的脉冲电源结构。利用超级电容器的高功率密度和快速充放电能力，作为主要的能量存储单元，以满足环形场线圈的高频脉冲运行需求。此外，探讨了超级电容器与模块化多级转换器技术结合的优势，如系统的灵活性和可扩展性。 结果 研究结果显示，所开发的电源系统能够有效支持核聚变反应堆的脉冲操作需求，确保了能量的高效输送和转换。 结论 基于超级电容器的脉冲电源系统为核聚变装置提供了一种有效的能量解决方案。该系统不仅提高了能量转换的效率，也增强了整个设备的运行稳定性和可靠性。未来的研究将进一步优化电源结构和性能，以适应更广泛的应用场景。
2024, 11(3): 126-136
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.14
摘要:
目的 为了适应CFETR聚变反应堆周期性的输出特性，聚变发电厂采用氦气-熔盐储能-水（汽）动力循环三回路系统。其中三回路蒸汽循环的参数及热力方案对发电岛投资和发电收益有重大影响。高参数和复杂的热力方案可提高循环效率，但增加了初投资；低参数和简单的热力方案循环效率不高，但初投资显著降低。三回路蒸汽参数及热力方案的选择应综合考虑发电效率和初投资，按综合经济性较优的原则选取。 方法 文章基于仿真软件Ebsilon进行建模仿真，考察不同回热方案、不同主汽和再热参数下的热力循环的性能。通过对不同的热力方案和参数组合进行计算，获得了各工况下的总效率和输出功率，并分析了三回路主要设备投资及其随参数的变化。 结果 综合考虑储能岛和常规岛的总投资与收益，推荐采用9级回热，主蒸汽参数12.4 MPa、540 ℃的热力方案。 结论 文章提出的三回路蒸汽参数和热力方案对后续聚变发电技术研究以及工程设计具有参考价值。
2024, 11(3): 137-145
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.15
摘要:
目的 面向HL-3聚变大科学装置极端故障能量快速转移，配置短路保护用大容量旁路开关需求。 方法 基于HL-3磁体电源参数，结合电力电子变流技术及可控硅触发应用基础，针对快速冲击应用中多并联可控硅一致性导通及稳定均流的严苛工况，融合电力电子变流工程实践经验，经并联分支导电线路等长型式改良；并联元件参数一致性筛选，并联臂内元件位置与参数差异化选配；通过在可控硅侧附加串联电阻物理强迫均流，并对附加电阻热稳定性核算，并联桥臂电动力冲击验算；可控硅元件高频脉冲列强触发等手段和方法。 结果 推导设计了一种稳定的可控硅220 kA级大容量聚变用crowbar旁路保护电子开关系统，经试验模拟实测验证及实载160 kA冲击考验，实现了HL-3保护用大容量旁路开关的匹配要求。 结论 在做好热动、稳定性验算的基础上，采用线路改良，附加物理强迫均流，元件参数筛选及装配，触发模式调整等综合手段，实现大容量crowbar在聚变中的配套应用是完全可行的。
2024, 11(3): 146-151
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.16
摘要:
目的 工作频率3.7 GHz的TH2103A型高功率速调管广泛应用在托卡马克实验装置中。为了简化高压供电系统（去掉阳极调制中的电真空四极管），在HL-2A装置的TH2103A型速调管中引入了一种基于分压模式的供电方式。为了保证速调管在该供电模式下安全运行，研制了阳极电流的测量和保护系统。 方法 对该供电模式下的阳极电流特点进行了分析：阳极电流会出现正常、正向过流或反向过流的情况。当阳极电流出现正向过流或反向过流时，代表有大量的电子轰击阳极或大量电子从阳极流出，这些现象对速调管来说都是非常危险的，通常会引起速调管钛泵过流，甚至损坏速调管。因此对阳极电流进行准确的测量以及当阳极电流出现过流时切断高压对速调管进行保护非常重要。文章介绍了阳极电流测量系统的原理和供电模式，阳极保护系统的原理和实施方案，在实验过程中对阳极电流的测量和保护系统的可靠性进行了验证。 结果 证明了该供电模式下阳极电流测量和保护系统的有效性和可靠性。 结论 文章所述供电模式和阳极测量保护系统对基于TH2103A型速调管的运行和维护具有重要参考意义。
2024, 11(3): 152-158
doi: 10.16516/j.ceec.2024.3.17
摘要:
目的 中性束注入（NBI）是中国环流三号（HL-3）托卡马克装置重要的等离子体加热和电流驱动手段。NBI加热系统是涉及真空、电力电子、机械、自动控制、气体放电等多学科、多领域的复杂系统。控制系统是NBI加热系统可靠运行的基本保证，可实现对加热系统现场设备的远程控制、运行状态的实时监控和放电实验的逻辑控制。 方法 根据NBI加热束线控制需求确定PLC系统的硬件配置，组建了以西门子S7-416为主控制器，以Profibus-DP网络和工业以太网为基础，以光纤为传输介质的分布式I/O系统。采用组态软件STEP7实现硬件组态、通信连接和程序编写，利用界面软件WinCC完成集中管理、过程监控和信息归档。 结果 PLC系统能够实时监控现场设备状态，与NBI控制系统进行数据交换，指导现场设备稳定运行。此外，图形化的用户界面使得实验过程可视化，真空值、流量和温度的实时显示，为实验运行人员提供了及时的状态信息。 结论 整个PLC系统高效可靠，重复性好，具有良好的兼容性和可扩展性，实现了对NBI束线现场设备的监测和控制。
编委风采
杜祥琬
彭雪平
杨勇平
范永春
程时杰
李立浧
李焯芬
罗必雄
邱爱慈
饶宏
孙优贤
王成山
王复明
叶奇蓁
周成虎
