2023年, 第11卷, 第6期　
刊出日期：2023-12-31

  

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  过冷法海水冰浆制备系统能耗特性分析

  宋文吉, 黎福超, 陈明彪, 冯自平

  新能源进展. 2023, 11(6): 491-498. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.001

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  海水制冰浆技术可应用于海岛及海上风电的负荷转移和削峰以及冷冻保存海产品等,具有广阔应用前景。此外,海水制冰的原料近乎免费,并且利用海水作为冷却介质可以降低冷凝温度,进而提高系统能效,具有明显优势。通过建立双回路单级压缩循环制冰系统模型,分析利用过冷法制取海水冰浆的经济性和可行性,为海水制冰浆技术的实际应用提供理论指导。结果显示,该系统在计算条件下冬季循环性能系数平均值为4.76,夏季平均值为3.61,在蒸发器内较宽的海水流速范围内可维持较长时间正常运行。系统采用板式水冷冷凝器,并与空气源机组进行定量对比,结果表明循环机组采用水冷冷凝器在各指定工况点下的效益均高于采用空冷器,在设计工况下水冷机组单位投资蓄冷量为2.85 kW∙h/元,对应的空冷机组仅为1.37 kW∙h/元。
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  锂电池包热管理系统性能分析

  隋增光, 林昊晟, 孙钦, 董凯军, 耿曼, 吴伟

  新能源进展. 2023, 11(6): 499-505. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.002

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  电池包作为电动汽车的动力源,其性能决定着电动汽车的安全与寿命,有效的热管理系统对电池包的安全运行起到至关重要的作用。在数值传热学理论基础上,建立电池包液冷系统热-流-电模型,综合分析电池包液冷板在0.5 C和1.0 C工况下的流场与温度场分布。结果表明：进出口处存在明显的流动阻力,液冷板进出口压差高达11.82 kPa,导致泵耗显著增加;液冷板温度呈现明显的不均匀性,放电倍率从0.5 C增加到1.0 C,温度不均匀性由3.16β℃增加到5.57β℃。同时,还考虑了电池包在瞬态工况下的温度变化。该研究可为电池包热管理系统的设计与优化提供参考。
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  黏土中海上风电三筒基础上拔阻力特性研究

  张浦阳, 信连硕, 乐丛欢, 丁红岩

  新能源进展. 2023, 11(6): 506-511. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.003

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  通过数值仿真的方式对黏土中三筒导管架基础上拔阻力特性进行研究,明确吸力筒直径与筒高对三筒基础上拔阻力曲线的影响与上拔过程中吸力筒所受摩擦力的分布特征。结果表明：三筒导管架上拔阻力随基础位移呈现快速升高后逐渐回落的特点;最大上拔阻力随着吸力筒直径的增大而近似线性增大,最大上拔阻力对应的基础位移稳定在吸力筒筒高的2%左右;在上拔过程中,筒壁摩擦力从向上转为向下,吸力筒下部摩擦力与吸力筒外侧摩擦力都表现出了更快的响应速度;仅自重作用下基础吸力筒摩擦力分布与破土时刻吸力筒摩擦力分布规律相似、大小相近、方向相反;吸力筒内壁摩擦力相较于吸力筒外壁摩擦力沿圆周分布更加均匀。
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  砂土中加载角度对自升式海上风机安装船水平承载力的影响

  乐丛欢, 王昕, 胡灏, 任建宇, 张浦阳, 丁红岩

  新能源进展. 2023, 11(6): 512-518. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.004

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  针对砂土中风机安装船的水平极限承载特性问题,开展物理模型试验和数值分析,研究不同水平加载角度下风机安装船水平承载特性。结果表明：加载角度对风机安装船的水平极限承载力影响很大;风机安装船的水平极限承载力随着加载角度的增加缓慢上升,当加载角度达到30°β左右时风机安装船的水平极限承载力达到最大,随即水平极限承载力随着加载角度的增大迅速下降。当加载角度为90°β时风机安装船的水平承载力最小;桩靴底部的土压力变化明显大于顶部。当加载角度和船体不能保持垂直时,桩靴底部的土压变化趋于增大,离散程度也趋于增大,船体的稳定性降低。
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  高导多孔导电碳材料的合成及其在高能量密度锂硫电池中的应用

  胡倩倩, 王清泉, 吕少茵, 洪晔

  新能源进展. 2023, 11(6): 519-523. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.005

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  锂硫电池具有较高克容量和能量密度的优势,其理论克容量和能量密度远超现有的正极,被视为最有潜力的下一代储能器件之一。但是硫本身较差的导电性及充放电过程中突出的穿梭效应限制了其应用。提出一种基于硫正极极片的新型导电添加剂的制备及应用。将海绵焦与碱性造孔剂混合,在高温下热处理,形成具有高导电性、微孔及介孔（2 ~ 3 nm）分布的多孔碳。将该多孔碳应用在硫正极上,可有效提升硫正极的导电性并加强其对多硫化物的吸附,从而提升硫正极的循环稳定性和倍率性能。
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  二氧化碳电催化剂理论设计方法研究进展

  王清华, 肖一杨, 杨应举, 刘晶, 白红存

  新能源进展. 2023, 11(6): 524-533. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.006

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  CO₂电催化还原（ECR）是一种极具应用前景的CO₂利用技术,其关键在于高性能催化剂的开发。采用理论方法可有效指导与加速高效ECR催化剂的设计。从密度泛函理论（DFT）、溶剂化模型、电化学计算模型和机器学习四个方面介绍了ECR催化剂的理论设计方法。DFT、DFT + U、杂化泛函可有效计算ECR反应体系的能量、电子特性等,预测催化剂的性能;对于ECR反应中的溶剂效应,综合计算成本和精度需考虑显式溶剂化模型、隐式溶剂化模型和混合模型;在ECR电化学计算中,恒定电极电位模型比计算氢电极模型更能有效描述CO₂还原的能量变化;机器学习可高效、低成本地实现ECR催化剂的性能预测、活性位点设计和组分优化。最后,对CO₂电催化剂的理论设计方法进行了展望。
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  基于天气研究与预报模式的林区风能评估

  曹绍祥, 陈兆星, 刘显根, 曹钧亮

  新能源进展. 2023, 11(6): 534-542. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.007

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  林业生态区风场因林木植被生长周期存在季节性变化特性,使得林区风能评估相较于平原沿海地区具有一定复杂性。采用天气研究与预报（WRF）模式,结合本地化森林冠层特征参数,对复杂地形林业生态区的风场进行数值模拟,并利用激光雷达实测数据对WRF模拟结果进行对比验证,建立复杂地形林区风场模拟方法,进而对复杂地形林区的风能资源进行评估。结果表明：采用WRF模式的林区风场模拟应充分考虑森林的季节性变化,采用本地化的森林冠层特征参数是提高林区风场模拟精度的有效手段。此外,受地形地貌影响,林区风场表现出明显的地形微气候特征,该特征随着离地高度的升高而减弱,当高度达到150 m后开始具有稳定且可利用的风能资源。
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  偏航工况下水平轴风力机尾流时序特征实验研究

  张立栋, 潘品印, 梁佳兴, 赵秀勇, 田文鑫, 李钦伟

  新能源进展. 2023, 11(6): 543-547. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.008

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  风力机的尾流效应会导致整个风电场风速分布不均匀。为研究风力机尾流效应的规律性,对比0°、15°、30° 不同偏航角工况下的风力机尾流速度开展风洞实验研究。分析风力机尾流时序特征的同时,采用最大信息化理论统计方法分析风力机水平方向上特征测点位置的相关性。结果表明,不同偏航工况下,风力机下游尾流径向方向上速度的相互影响不同,同时风力机展向方向的不同距离处,同一特征测点速度也存在不同的相互影响;且随偏航角的增大,尾流宽度增大,尾流逐渐恢复。
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  冲刷和地震联合作用对单柱复合筒基础位移变形的影响

  张权, 张浦阳

  新能源进展. 2023, 11(6): 548-555. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.009

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  为考察单柱复合筒抵御极端恶劣环境的能力,研究了单柱复合筒在正常使用极限状态和地震工况下,海床冲刷1 m和3 m时结构及土壤的位移变形情况,并根据现场实测值对数值模拟结果进行检验。结果表明,数值模拟的倾斜角度能涵盖1 800 h内现场出现的近99.3%的倾斜角度,数值模拟具有一定的参考价值。正常使用极限工况下冲刷对结构和周围土壤的影响较大,冲刷3 m的土壤沉降量是冲刷1 m的1.21倍。地震工况下结构整体位移变形较大,位移变形为正常使用工况的1.3倍左右,冲刷对地震工况下结构的变形影响较小。
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  风电机组叶片损伤故障检测技术研究进展

  周季峰, 石腾, 许波峰

  新能源进展. 2023, 11(6): 556-563. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.010

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  风力发电规模稳步增长的同时,风电机组叶片损伤故障检测技术也应得到相应发展。对风电机组叶片典型故障的产生原因及其类型进行了总结归纳;其次回顾了声发射、超声波、振动、红外热成像以及计算机视觉等五种检测技术的工作原理,并分别对其特点进行了对比分析;最后为助力实现风电行业高质量可持续发展,探讨了未来风电机组叶片损伤故障检测技术的发展趋势。
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  基于改进RRT* 算法的山地风电场道路路径优化

  吕宙安, 王东, 王中平, 柳典, 陈希, 许昌

  新能源进展. 2023, 11(6): 564-571. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.011

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  近年山地风电场建设规模大,其中道路的建设成本在整个风电场投资中占比较大,而目前针对山地风电场道路路径优化设计的研究和工程应用较少。针对山地风电场道路相关设计要求,将道路坡度和转弯半径作为约束条件,以建设成本作为目标,提出一种山地风电场道路路径优化设计的改进RRT*β算法。采用提出的方法对三个山地风电场进行道路路径优化设计,结果表明,相比人工设计的道路方案,提出的方法可以有效控制道路坡度,减少道路长度和施工工程量,从而降低风电场建设工程投资,提高风电场的投资收益率。研究成果可为山地风电场道路路径优化设计提供参考。
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  大型风电机组气动计算相似模型构建

  王富文, 熊伟, 邓燕飞, 刘卫东, 张明明, 马剑龙

  新能源进展. 2023, 11(6): 572-576. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.012

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  受早期新能源产业技术发展制约,许多处于运营期后期的风电机组的各个部件出现不同程度的老化情况,运行状况呈现逐年下降趋势。此时需要对风电机组进行建模计算以进一步对其各部件进行分析。对风机进行建立模型时,通常会遇到机组设计参数缺失的现象,尤其是风电叶片的气动外形部分。通过相似参考参数将风电机组气动性能与叶片气动布局相关联,构建一种大型风电机组叶片气动计算相似模型。与目标机组模型各项气动参数对比发现,构建的相似机组模型在风能利用系数、气动转矩、气动功率方面很好地反映了目标机组性能。
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  Tween 80强化R134a水合物蓄冷的实验研究

  翁盛乔, 谢应明, 俞钱程, 王宁, 吴乾坤, 刘璐琪

  新能源进展. 2023, 11(6): 577-582. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.013

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  基于压缩式制冷循环的R134a水合物连续制备系统,研究不同压力下添加不同质量浓度的Tween 80对R134a水合物生成和蓄冷特性的影响。结果表明：与纯水体系相比,三种不同初始压力（0.15 MPa、0.20 MPa和0.25 MPa）下,添加不同浓度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）的Tween 80对R134a水合物生成均有促进作用。当初始压力为0.25 MPa、Tween 80浓度为1.5%时,系统的蓄冷性能最好,此时蓄冷时间最短（35.44 min）,总蓄冷量最大（943.65 kJ）,水合物生成量最大（1 200.56 g）。在初始压力为0.25 MPa条件下,1.5%浓度的Tween 80与不同浓度（0.1%、0.5%、1.0%和1.5%）正丁醇进行复配时,随着正丁醇浓度的增大,系统蓄冷性能先升高后下降,在正丁醇浓度为0.5%时系统的蓄冷性能最优,与只添加1.5%浓度Tween 80体系相比,当正丁醇浓度为0.5%时,蓄冷时间缩短了33.89%,总蓄冷量增加了2.60%,平均蓄冷速率提升了55.19%。
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  钢铁行业氢冶金技术的替代潜力与经济性分析——以广东为例

  郑励行, 董耿林, 汪鹏, 赵黛青

  新能源进展. 2023, 11(6): 583-592. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2023.06.014

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  氢冶金是钢铁行业降低碳排放的变革性技术,对工业部门深度脱碳具有重要意义。广东省的钢铁产能占全国的4%,是中国钢铁产能布局较多的地区,钢铁行业能耗在全省终端能耗中的占比为4.6%,碳排放在全省碳排放总量中的占比达到17%,因此钢铁行业深度脱碳将直接影响广东省碳达峰碳中和目标的实现。另一方面,广东省是全国最早推动氢能产业化发展的省份,多种制氢路线的研发和示范已有许多实际案例。分析广东省2020—2035年的粗钢产量变化,对广东省未来可实现的制氢技术路线和产氢能力进行研判,在此基础上,对采用氢作为还原剂替代焦炭的氢冶金工艺产生的能耗、碳排放和成本进行了不同情景分析。结果表明,氢冶金技术能够促使广东省钢铁行业二氧化碳排放大幅减少,2035年在替代情景（氢冶金技术替代率为21.2%）下,与基准情景相比,广东钢铁行业的能耗可以降低2.3%,二氧化碳排放减少10.9%。