2022年, 第10卷, 第3期　
刊出日期：2022-06-30

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  三维石墨烯包封石墨的储锂性能研究

  王伟, 沈迪军, 刘仲刚, 李运勇

  新能源进展. 2022, 10(3): 189-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.001

  摘要 ( 47 ) PDF全文 ( 774 ) HTML ( 14 )   可视化   收藏

  石墨由于价格低廉、电压平台稳定以及质量比容量高[372 (mA∙h)/g]等优势,在锂离子电池领域已被广泛应用,但其存在振实密度较低和循环稳定性较差等不足。利用石墨和氧化石墨烯进行水热反应获得水凝胶,通过石墨烯的毛细收缩和静电自组装原理,获得具有致密结构的石墨烯包封石墨复合块体（石墨@石墨烯）,使粉末石墨的振实密度从1.2 g/cm³提高到1.7 g/cm³。与石墨相比,石墨烯构筑的致密三维导电网络结构具有更优异的电化学循环稳定性和倍率性能。在0.01 ~ 2.00 V测试电压区间,石墨在0.5 A/g倍率下,经过100圈循环后放电比容量仅保持在227.4 (mA∙h)/g,容量保持率仅为64.1%;而石墨@石墨烯复合材料的容量保持在353.9 (mA∙h)/g,维持了98%的高容量保持率。证明石墨烯包封石墨可以有效提高石墨的振实密度以及长循环稳定性。
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  基于升力线理论的大型风力机气弹响应研究

  黄维, 李德源, 吴俊霖

  新能源进展. 2022, 10(3): 195-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.002

  摘要 ( 43 ) PDF全文 ( 733 ) HTML ( 12 )   可视化   收藏

  针对风力机不断向大型化发展的趋势,导致结构柔度增加,气弹耦合特性和振动增强,研究了大型风力机高效精确的气弹响应分析方法。为了更准确模拟大型风力机气流沿叶片展向的三维流动现象,采用螺旋尾涡升力线模型代替传统叶素动量理论,建立了叶片气动载荷分析模型,进而结合风力机多体系统动力学模型,构建了机组的气弹耦合动力学方程和数值求解方法。以某10 MW风力机叶片为例,研究了稳态风况下不同风速的叶片气动性能,以及有效攻角、切向力等沿叶展方向的分布特点,并与采用修正叶素动量理论的气弹分析程序（HAWC）对比,结果表明,升力线理论无需引入经验修正模型即能获得叶素动量理论经修正后的分析精度。最后,通过非稳态风况下风力机的气弹响应分析,证明本文方法对大型风力机气弹耦合分析的有效性和准确性。
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  基于几何精确梁的风力机叶片动力学建模及动态特性分析

  谢浩, 李德源, 曲珍壮, 黄维

  新能源进展. 2022, 10(3): 203-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.003

  摘要 ( 84 ) PDF全文 ( 1162 ) HTML ( 37 )   可视化   收藏

  基于几何精确梁理论,结合广义-α时间预测法的迭代算法,考虑叶片复合铺层材料的各向异性特性,建立了大型风力机叶片的几何非线性动力学模型并导出了相应的特征方程,编制了数值仿真程序。通过对几何非线性梁标准算例和某10 MW柔性风力机叶片动力特性的模拟分析,验证了动力学模型的正确性,以及几何精确梁模型对分析叶片几何非线性大变形及其所导致的非线性动力学效应的有效性。叶片在静止和转动工况下的模态分析结果表明,在动力刚化效应作用下,叶片的固有频率会随着转速的增加而增大,动力刚化效应在挥舞方向比在摆振方向更明显,在低阶模态比在高阶模态更明显。
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  铁系无机材料用于新能源电催化硝酸盐还原制氨

  任柯丞, 许彦桐, 曹晏

  新能源进展. 2022, 10(3): 209-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.004

  摘要 ( 48 ) PDF全文 ( 1835 ) HTML ( 14 )   可视化   收藏

  硝酸盐是一类普遍存在的环境污染物,而其对应的还原态氨却是重要的化工原料和农业肥料。因此,探索将两者直接结合的化学转化具有重大的技术及经济战略意义,尤其是对当今“双碳”战略驱动下的高碳排放合成氨的工艺变革以及氨可能成为下一代载氢燃料。通过电催化技术,将硝酸盐还原合成氨过程与可再生能源电力结合,构建绿色低碳的含氮化学品人工“氮循环”的新循环技术与经济体系,是解决目前合成氨工业对化石能源高度依赖、高碳排放问题以及开发新氢能的有力途径。借鉴传统合成氨催化广泛应用、具有成本优势的铁系催化机制,分别选取单质Fe、Fe₂O₃和Fe₃O₄作为电催化材料,探索并揭示电催化硝酸盐还原合成氨催化反应的化学形态。结果表明：在相对于可逆氢电极电势为 -0.53 ~ -0.93 V区间内,Fe₂O₃表现出了最优异的催化活性,其生成氨的法拉第效率（FE_NH3）最高可达88%,对应的生成氨电流密度（J _NH3）为43.1 mA/cm²、氨生成速率（r_NH3）为0.20 mmol/(cm²·h)。此外,从控制硝酸盐转化率选择性获得氨和硝酸铵两种不同产物的技术路线,分析对比了相应的用电成本以及产品市场价格,充分说明了路线的经济性,说明铁系无机材料在电催化硝酸盐还原合成氨方面具有非常巨大的市场化潜力。
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  羧甲基纤维素钠对CH₄水合物形成过程的影响

  何勇, 龙臻, 卢静生, 史伶俐, 梁德青, 颜文

  新能源进展. 2022, 10(3): 218-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.005

  摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 797 ) HTML ( 15 )   可视化   收藏

  羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是水基钻井液中的重要组分,为研究CMC-Na对天然气水合物热力学和动力学的影响,实验测量了质量浓度介于0.5% ~ 1.5%的CMC-Na溶液中甲烷水合物的相平衡条件,以及275.2 K、6 MPa的初始条件下CMC-Na溶液中甲烷水合物的形成过程。研究结果表明,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有微弱的抑制作用,相同压力下相平衡温度降低了0.1 ~ 0.2 K。CMC-Na溶液中形成的甲烷水合物为I型,水合物数为5.84 ~ 5.90。在CMC-Na溶液中,甲烷水合物形成所需的诱导时间大大缩短,表明CMC-Na对甲烷水合物的形成过程具有促进作用。在CMC-Na溶液中水合物生成所需气体消耗量呈阶段式增长。水合物转化率低于35%的情况下,已经生成的水合物没有对搅拌器叶片形成持续附着进而卡住搅拌器。因此,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有一定的负面影响,对水合物的形成具有一定的促进作用。另外,CMC-Na能够降低水合物生成过程中搅拌扭矩的波动,对维持搅拌的正常运行具有重要作用。
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  皇竹草厌氧发酵特性及稀土元素溶出研究

  程杏宇, 李颖, 陈柳萌, 孙永明, 邢涛

  新能源进展. 2022, 10(3): 225-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.006

  摘要 ( 38 ) PDF全文 ( 459 ) HTML ( 16 )   可视化   收藏

  为探讨稀土尾矿区修复用皇竹草的厌氧发酵特性和发酵过程稀土元素溶出情况,开展不同发酵浓度（总固体浓度分别为2%、4%、6%、8%、10%）的中温（37±1℃）批式厌氧发酵实验。结果表明,总固体（TS）浓度为4%条件下皇竹草产甲烷性能最佳,日产甲烷率和累积产甲烷率分别为25.56 mL/g和197.33 mL/g。采用修正Gompertz方程能较好地模拟不同TS下皇竹草发酵累积产甲烷率的变化。分析发酵液中稀土元素浓度变化,结果表明,皇竹草内的稀土元素在厌氧发酵过程中只发生小部分溶出,主要包括La、Ce、Nd、Sc、Y等,各处理发酵液中稀土元素浓度并未超出文献报道的抑制浓度。相关性分析结果表明,稀土元素溶出率与发酵体系的TS浓度、化学需氧量（COD）呈负相关,与pH呈正相关。研究可为稀土矿区皇竹草沼气工程应用和发酵剩余物的肥料化利用提供指导。
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  铜基钙钛矿材料及其研究进展

  赵亚洁, 盛贵章, 郑捷元, 蔡雪松, 陈莉蓉, 肖秀娣, 徐刚

  新能源进展. 2022, 10(3): 233-243. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.007

  摘要 ( 91 ) PDF全文 ( 2276 ) HTML ( 44 )   可视化   收藏

  铅基钙钛矿具有合适的禁带宽度、宽光谱吸收范围、高载流子扩散长度等优点,但铅毒性和稳定性不佳的问题也限制了铅基钙钛矿材料的商业化发展。使用其他无毒的金属元素替代铅元素,制备在空气中稳定性高的无铅钙钛矿材料具有十分重要的意义。铜元素含量丰富且对环境友好,铜基钙钛矿材料在一定程度上可以解决铅毒性和不稳定性问题,可应用于光伏、热致变色、光电探测器等多个领域。主要综述了无铅铜基钙钛矿的类型及其在太阳能电池、热致变色、发光、光电探测器和催化方面的研究现状,并指出了未来可能的研究方向。
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  风电机组发电机轴颈磨损在线镶套修复工艺

  刘洪冰, 姚鹏, 李克俭, 陈涛, 王金生

  新能源进展. 2022, 10(3): 244-248. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.008

  摘要 ( 40 ) PDF全文 ( 466 ) HTML ( 15 )   可视化   收藏

  风电是实现碳达峰、碳中和目标的重要能源形式。风电机组运行一段时间后,其发电机轴的轴颈容易出现磨损。为实现轴颈的高效可靠修复,提出一种在线镶套修复工艺。该工艺对磨损的轴颈进行车削,随后将轴套安装于轴颈上,使二者过盈配合。对修复工艺进行了介绍,重点计算了镶套过程的关键工艺参数,确保修复后的轴颈的尺寸精度满足要求。工程应用表明,该工艺可以在短时间内修复磨损的轴颈,效率高、质量好,有助于提高风机的发电量和风场的经济性。相关研究成果可为我国风电行业的健康发展提供参考。
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  太阳能-生物质能联合供暖系统研究

  张良锐, 崔海亭, 马康乐, 张欣悦

  新能源进展. 2022, 10(3): 249-257. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.009

  摘要 ( 38 ) PDF全文 ( 870 ) HTML ( 17 )   可视化   收藏

  为研究太阳能-生物质能联合供暖系统的供暖效果,通过正交实验设计了多种工况,并利用TRNSYS软件对不同工况进行模拟计算得出了最优工况,按照最优工况参数进行实验研究。结果表明：在集热器面积21 m²、生物质锅炉容量10 kW、集热水箱容积1.9 m³、谷电蓄热水箱容积1 m³的工况下,联合供暖系统具有良好的热舒适性,系统平均供热效率为68.70%。
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  重力储能技术研究进展

  夏焱, 万继方, 李景翠, 袁光杰, 杨洋

  新能源进展. 2022, 10(3): 258-264. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.010

  摘要 ( 111 ) PDF全文 ( 2377 ) HTML ( 36 )   可视化   收藏

  储能技术主要是指电能的储存,是智能电网的重要环节。当前应用最广泛的储能系统为抽水储能,但其选址困难、对环境影响较大、对水资源依赖严重。重力储能作为一种新型的储能技术,以重物为储能媒介,原理简单且形式多样,能够充分发挥不同的地理优势进行储能。相对于传统储能技术,重力储能技术具有非常明显的优势。根据山地重力储能、悬重式重力储能、塔吊式重力储能、铁轨重力储能和重力储能式飞机等5种形式的重力储能技术,对现阶段重力储能技术的研究进展进行了综述。结合重力储能技术的原理、特点以及我国储能领域的发展方向和需求,对重力储能技术的应用前景进行了分析并提出建议。研究内容和提出的建议可以为我国重力储能技术的理论研究和发展应用提供参考。
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  筏式波浪能转换和摩擦纳米发电机能量输出耦合系统的模拟研究

  梁娜, 苗成旭, 崔慧, 王建伟, 杨希娅

  新能源进展. 2022, 10(3): 265-270. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.011

  摘要 ( 44 ) PDF全文 ( 255 ) HTML ( 18 )   可视化   收藏

  发展海洋能源转化技术是优化能源结构、拓展“蓝色经济”空间的战略要求。为此,设计了一种基于筏式波浪能转换和点头鸭型摩擦纳米发电机能量输出的耦合系统,并对影响系统中筏体装置部分捕能特性的压载吃水、筏体尺寸参数以及影响系统输出电势分布的尼龙球径、滚动距离参数进行了仿真分析。结果表明：增大筏体装置的吃水（增加压载）和优化筏体装置的尺寸都可以降低装置的固有频率,使其与波浪频率达到共振,从而可以提高装置捕获波浪能的能力;摩擦纳米发电机两电极之间的电势差随着尼龙球球径的增大呈现出先增大后减小的趋势,在球径为30 mm时电势差达到最大值,该电势差还随着尼龙球滚动距离的增大而增大,并在外部负载电阻为770 MΩ时实现了瞬时最大功率密度3.7 W/m³。由此可见,当在筏式波浪能转换装置中布置多个摩擦纳米发电机阵列时,完全可以将海洋中原本无法利用的大量低频波浪能转化为电能,从而满足深海传感器网络供电需求,这大大扩展了波浪能的发电潜力,使得蓝色能源在未来有望得到更有效地开发。
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  双馈风电机组对电网电压振荡的载荷响应特性

  马骏超, 杨靖, 彭琰, 孙勇, 王晨旭, 花斌, 孟军峰

  新能源进展. 2022, 10(3): 271-279. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.012

  摘要 ( 46 ) PDF全文 ( 718 ) HTML ( 15 )   可视化   收藏

  电网电压振荡会引起发电机电磁力矩振荡,增加传动链轴系和塔架左右方向载荷,给传动链和塔架带来一定的疲劳损伤。通过分析发电机电磁力矩振荡频率与电网电压振荡频率的关系,考察传动链轴系载荷、塔架左右方向载荷对发电机电磁力矩振荡的响应特性,从而建立联合仿真模型,对比分析不同电磁力矩振荡频率对传动链轴系载荷、塔架左右方向载荷的影响。结果表明,电网基波频率附近电压振荡会引起发电机电磁力矩低频振荡,进而显著增加传动链轴系和塔架左右方向载荷。
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  不同碳达峰时点选择下的投资结构变化和经济社会影响——以广东省为例

  任松彦, 汪鹏, 林泽伟, 赵黛青

  新能源进展. 2022, 10(3): 280-290. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.03.013

  摘要 ( 36 ) PDF全文 ( 566 ) HTML ( 12 )   可视化   收藏

  中国提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标将对全社会经济发展、能源消费带来深刻的变革。通过构建广东省气候-经济-环境-健康综合评估模型（ICEEH-GD）,设计了如期达峰（2030年达峰）和率先达峰（2025年达峰）两个情景,研究不同碳达峰时点下的投资结构变化和经济社会影响。结果表明,率先达峰情景促进全社会投资从电力、水泥、油品开采、焦炭、钢铁等低增加值高碳排放部门转向服务业、电子信息、机械制造、建筑业、化工业等高增加值低碳排放部门,投资量总计转移了819亿元,带动相关部门的增加值增长135亿元。率先达峰情景强化对电力、水泥、钢铁、陶瓷等高碳排放行业的限制,在2030年全社会就业岗位比如期达峰情景增加82 000人,但全省国内生产总值（GDP）比如期达峰情景减少424亿元,占届时全省GDP总量的0.242%。到2030年,率先达峰情景比如期达峰情景降低CO₂排放7 610万t和节约能源消费2 535万t标准煤,其中碳减排和节能贡献部门主要来自电力、水泥、钢铁、石油开采、陶瓷行业,分别占全社会碳减排量和节能量的65.0%和74.3%。从投资与增加值、就业、碳排放的关系来看,建议大力发展电子信息、机械制造业这些单位投资增加值高、就业较高且单位投资碳排放较低的部门;鼓励对电力、水泥、钢铁、陶瓷单位投资增加值较低且单位投资碳排放较高的部门进行绿色化改造和行业提质增效。