2022年, 第10卷, 第2期　
刊出日期：2022-04-29

  

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  空间核能布雷顿循环系统热力学参数分析及优化^*

  刘维新, 石凌峰, 裴刚

  新能源进展. 2022, 10(2): 87-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.001

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  在深空探索快速发展的背景下,空间核能布雷顿循环系统因其能量密度高、环境适应性强、效率高等优势成为深空探测的理想方案之一。与地面发电站不同的是,空间能量转换系统要兼顾系统效率和轻量化的要求,而系统关键参数对系统的效率和质量等性能有着重要的影响。因此,开展热力学参数分析和优化对空间核能布雷顿循环系统的设计具有重要意义。通过建立空间核能布雷顿循环的数学模型和系统部件的质量计算模型,以“质量比功率”为性能优化目标,研究压气机进口温度、压气机压比和涡轮进口温度等参数对系统性能的影响,并采用正交实验法进行优化分析。结果表明,压气机进口温度和压气机压比存在最优值使质量比功率取得最小值,涡轮进口温度升高有利于提高系统的发电效率和降低系统质量。涡轮进口温度的最优值为1 500 K,压气机进口温度的最优值范围为416 ~ 508 K,压气机压比的最优值范围为2.4 ~ 3.1。
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  基于主成分分析优化BP神经网络模型的厌氧膜生物反应器膜污染预测^*

  古创, 姚军强, 吴志跃, 郑晓宇, 董仁杰, 乔玮

  新能源进展. 2022, 10(2): 95-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.002

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  膜污染是厌氧膜生物反应器运行中不可避免的问题,制约了工艺技术的推广应用,分析膜污染的形成过程是控制膜污染的重要内容。基于主成分分析（PCA）和反向传播神经网络（BPNN）的理论,提出了一种采用主成分分析优化BP神经网络的膜污染预测模型。以反应器连续运行试验数据为样本,利用相关性分析确定模型的输入变量,并基于输入变量间存在信息重叠问题,采用主成分分析法对输入因素进行降维处理,提取贡献率为70.4%的第一主成分和贡献率为17.7%的第二主成分作为输入特征。结合模型的贡献度分析和主成分分析发现,反应器内的污泥浓度是膜污染影响因素中最主要的特征变量,贡献度为34.9%。对比分析优化模型和单一模型的预测结果,发现PCA-BPNN模型的拟合效果更好,平均相对误差仅为3.8%,可用于膜污染分析研究,为后续研究提供参考。
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  生物质基掺氮多孔炭材料研究进展^*

  南东宏, 李凯, 谢金恒, 陆强

  新能源进展. 2022, 10(2): 103-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.003

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  掺氮多孔炭材料因其发达的孔结构、丰富的官能团以及良好的稳定性等特点,应用广泛。生物质来源广且价格低廉,以其为原料制备掺氮多孔炭材料是当前研究的热点。针对不同生物质制备生物基掺氮多孔炭材料的工艺及关键影响因素进行综述,分析了氮的赋存形态及形成机理,介绍了其在储能、催化、吸附等领域的应用,并对未来的研究方向进行了展望。
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  南海北部Site 3A站位沉积物地球化学特征及其对甲烷渗漏的指示^*

  区相文, 邬黛黛, 张覃谊, 吴能友, 刘丽华

  新能源进展. 2022, 10(2): 111-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.004

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  南海北部陆坡具有较好的水合物成藏潜力,而甲烷渗漏区的地球化学特征和沉积环境以及自生矿物的关系对天然气水合物的勘探和开采有重要指示意义。选取南海北部陆坡Site 3A站位柱状沉积物作为研究对象,通过对其主微量元素、五种形态的磷、不同形态的铁、铬还原硫（CRS）、硫同位素以及有机碳值等数据进行地球化学特征分析。结果表明,南海北部Site 3A站位柱状沉积物主要以200 cmbsf深度作为分界线,分成以有机质硫酸盐还原作用为主的上部和以甲烷厌氧氧化（AOM）作用为主的下部,对比上部,下部可指示黄铁矿含量的CRS含量增加,说明该站位存在AOM作用,200 cmbsf深度以下为硫酸盐-甲烷过渡带（SMTZ）。δCe在200 cmbsf深度以下呈现先增大后减小的趋势,说明200 cmbsf深度以下为偏碱性的还原环境。沉积物中的锰、自生磷灰石态磷（P_CFA）、铁结合磷（P_Fe）、可还原性铁（Fe_ox）、磁铁矿铁（Fe_mag）和碳酸盐铁（Fe_cab）的含量变化均受到了AOM作用的影响,下部沉积物中指示富镁方解石含量的Mg/Ca值较高,指示文石含量的Sr/Ca值无明显变化;同时,δ³⁴S并未出现明显的正偏现象,而200 cmbsf深度以下CRS和总硫（TS）的含量只是略有增加,说明该地区主要以低渗漏或甲烷扩散为主。
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  油区地热能综合利用方案分析——以福山油田为例^*

  李锋, 黄文博, 胡灯明, 李振, 蒋方明

  新能源进展. 2022, 10(2): 126-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.005

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  油田区域地热资源十分丰富,并且存在大量的用热需求。在油田地区综合开发地热能,不仅可以解决油田伴热、社区供暖/制冷等问题,还可以降低环境污染,减少二氧化碳的排放,有利于油田的持续稳定发展。基于海南福山油田的地热资源条件及用能需求,将油田生产伴热、热泵尾水升温和地热驱动吸收式制冷技术相结合,设计了多种油田地热能综合利用方案,并计算比较了各个方案的经济收益,进一步分析了地热水温度和流量对各个方案适用性的影响,研究结果可为其他油田区域地热资源的综合开发利用提供参考。
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  海洋天然气水合物开采的固相控制策略^*

  卢静生, 吴思婷, 李栋梁, 梁德青, 魏伟, 何勇, 史伶俐, 邓福成, 熊友明

  新能源进展. 2022, 10(2): 137-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.006

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  天然气水合物是一种潜在的洁净能源资源,我国南海有丰富的储量,被认为是后石油时代的重要战略资源之一,然而目前大部分的海洋天然气水合物开采都受到出砂影响。针对深水天然气水合物开采过程中易出砂的现象,通过前期的出砂实验、理论和数值模拟,提出了海洋天然气水合物开采过程中固相（砂和水合物）控制方案。总结了天然气水合物开采过程中出砂特性和防砂案例,提出大颗粒水合物对泥质粉砂具有挡砂作用,进而影响防砂设计精度。据此,根据开发角度的天然气水合物藏6类细分,提出了考虑水合物颗粒本身及其分解作用的固相控制方法。结合南海天然气水合物储层公开资料,设计出相应的固相控制精度,以期最终形成出砂/防砂/井筒携砂/水合物二次生成预防为一体的固相控制体系,为南海天然气水合物安全高效地商业开发提供参考。
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  考虑连接段厚度影响的风力机组合塔架优化设计^*

  郭兴文, 姚皓译, 蔡新, 张远, 张洪建

  新能源进展. 2022, 10(2): 146-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.007

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  钢-混组合塔架是低风速地区风力机支撑结构的主要型式之一,连接段对结构的性能有重要影响,组合塔架结构设计直接影响风力机的安全与建设成本。为改善塔架的结构性能以及降低塔架造价,构建了以各塔段外径、壁厚、连接段厚度和混凝土段高度等关键几何尺寸为设计变量,以塔架的固有频率、应力、位移和稳定性等关键性态指标为约束条件,以塔架成本为目标函数的优化设计数学模型。利用模型对某3 MW风力机组合塔架进行优化设计。结果表明：优化方案的塔架总成本减少了15.7%,塔架的整体结构性能得到一定改善;混凝土段高度为塔架总高度的62%时总成本最低;考虑连接段厚度的优化模型能有效调整连接段的受力性能,有利于提高塔架整体优化的效果。考虑组合塔架连接段厚度的优化设计可为同类塔架的设计提供参考。
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  非对称双级环路行波热声热机的实验研究^*

  王祥元, 陈颖, 林子渊, 陈佰满

  新能源进展. 2022, 10(2): 153-159. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.008

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  对于双级环路行波热声热机,两个热声核的相对位置直接影响到其起振温度,而热声热机的起振温差决定了其可利用的热源品位。基于线性热声理论分析,通过改变两个热声核的相对位置,研究了两个热声核的相对位置改变对其起振温差、压力振幅和压比等的影响。结果表明,双级环路行波热声热机的起振温度随着两个热声核从中心对称位置逐步靠近时先下降再上升,当两个热声核之间的谐振管长度比例为1:3.5时,系统获得最小的起振温差为59.6℃（工质为N₂,充气压力为2.5 MPa）。在相同温差下,该系统在谐振管长度比例为1:3.5的位置相较于其他位置具有较大的压力振幅和压比。
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  ZnO对不同流态下相变微胶囊悬浮液对流换热特性影响研究^*

  张彬, 张冠华, 豆斌林

  新能源进展. 2022, 10(2): 160-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.009

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  相变微胶囊悬浮液（MPCS）可作为热交换介质和储热流体,但其导热率较低导致其应用受到一定的限制。以水为基液使用相变微胶囊（MPCM）制备MPCS,加入氧化锌（ZnO）颗粒以提高MPCS导热率。使用旋转流变仪、差式热量扫描仪、导热仪分别测定了MPCS的黏度、相变潜热和导热系数等物理性质。设计并搭建了试验台,在内径6 mm的圆管中,使用水、MPCS以及ZnO@MPCS在层流和湍流下进行强制对流换热实验,通过对比其换热情况分析ZnO对MPCS换热特性的影响。结果表明：加入ZnO的MPCS具有良好的储热性和导热性,1%ZnO@5%MPCS导热系数较5%MPCS提高了17.9%。层流条件下MPCS的平均局部换热系数低于水,1%ZnO@5%MPCS平均局部换热系数比水高6.5%;湍流时,1%ZnO@5%MPCS在相同质量流量和功率下的平均局部换热系数相较于水提高了15.7%。
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  基于博弈论-云模型的园区能源系统3E评价方法^*

  聂帅, 蔡国田, 高丽萍

  新能源进展. 2022, 10(2): 169-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.010

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  园区是实现“3060”双碳目标的重要载体,为促进园区建立清洁高效的能源系统,有必要对园区能源系统评价方法进行深入研究。首先从能源、经济、环境层面选取7个有代表性的指标构成评价指标体系,利用博弈论方法组合层次分析法与熵权法得到的主客观权重计算出最优化指标权重;其次运用云模型,输入评分等级数字特征以建立评价云并计算指标隶属度矩阵,结合指标权重得到评价方案的评分等级。最后将该博弈论-云模型法应用于广东省华南中医药园区评选出最优供能方案,并采用博弈论-灰色关联法、博弈论-逼近理想解排序法对评价结果进行验证,结果表明,博弈论-云模型法具有充分的有效性和可靠性。
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  双碳目标下华南地区太阳能光电建筑发展思考^*

  朱薇桦, 陈浩波, 舒杰

  新能源进展. 2022, 10(2): 178-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.02.011

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  随着“双碳”目标的提出和建筑用能深度电气化的推进,光电建筑的应用技术、成本、政策、标准等问题显得日益重要。阐述了光电建筑的应用背景、现状、政策、标准、产品技术发展。以广东为例,在充分调研的基础上,详细总结了华南地区光电建筑的应用发展情况,指出发展存在的问题。结合地区实际提出了发展建议,为进一步推动太阳能光电建筑规模化应用、零碳建筑的快速发展、完善相关政策机制提供参考。