2024年, 第12卷, 第6期　
刊出日期：2024-12-31

  

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  两段式城市污泥水热液化对生物原油中氮的影响特性

  刘统贵, 郑佩瑶, 徐东海, 李晨阳, 朱新元, 张越

  新能源进展. 2024, 12(6): 627-633. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.001

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  城市污泥作为传统城市污水处理过程中的重要有机固废,是制备生物液体燃料的潜在原料。两段水热液化（即低温段与高温段相结合）处理能够有效降低富氮生物质水热液化生物原油中的氮含量,改善其燃料品位。开展了城市污泥两段水热液化和直接水热液化的对比实验,探究了在不同温度（300、325和350 ℃）、停留时间（10、30和50 min）和含固率（5%、10%、15%和20%）条件下生物原油的氮含量、组分和元素质量流动特性。结果表明,在温度为325 ℃、停留时间为10 min及含固率为10%的条件下,两段水热生物原油氮含量降低效果明显（从3.60%降至1.37%）。通过对比分析,城市污泥分段水热液化主要是通过抑制美拉德反应来实现生物原油中氮的脱除。
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  基于CFD与田口方法的H型垂直轴风力机气动性能优化

  刘恒序, 李全宇, 葛炜, 周书敏, 于笑难, 陈海龙

  新能源进展. 2024, 12(6): 634-641. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.002

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  风力机结构优化对提高能源转换效率至关重要。为低成本探究叶片数量（n）、半径（R）、展弦比（μ）和安装角（β）四个结构参数对垂直轴风力机气动性能的影响,采用基于田口方法的正交试验设计和改进的加性模型,确定了使风力机功率输出最大化的最优设计参数,并进行了CFD数值验证研究。结果表明,利用田口法结合改进的加性模型,能够准确确定最优的参数组合及各因素对其气动性能的影响程度。分析得出在n = 3、R = 2.5 m、μ = 8、β = -3° 时,风力机性能最强;而在n = 5、R = 1.0 m、μ = 5、β = 0° 时性能最弱。与最差构型相比,最优构型的平均功率系数提升了66.12%;四个因素对垂直轴风力机效率的影响程度大小为R > n > β > μ。
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  基于非线性气弹模型的风力机长柔性叶片优化方法

  张祯, 许波峰, 李振, 范星星, 李奎, 汪亚洲

  新能源进展. 2024, 12(6): 642-648. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.003

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  当前大型风力机叶片朝着更长更柔的方向发展,其气动、结构综合性能优化对机组降本增效尤为关键。针对长柔性叶片的非线性特点,采用变步长变形差分法对线性欧拉-伯努利梁模型进行了非线性修正,基于修正的非线性结构模型与叶素动量理论耦合建立了一种兼顾仿真精度与效率的非线性气弹模型。以单机年发电量最大和叶根挥舞弯矩最小为优化目标,采用快速非支配排序遗传算法第二版对DTU 10 MW风力机叶片进行气动-结构一体化优化。通过分析得出非线性气弹模型作为评价函数比线性气弹模型作为评价函数的优化结果综合性能更优,在提升年发电量的基础上,叶根挥舞弯矩均有所降低。
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  Ni/TiO₂光热协同催化乙醇与CO₂重整

  王雪珂, 蒋宇, 刘美娜, 倪子茵, 蔡伟杰

  新能源进展. 2024, 12(6): 649-655. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.004

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  利用乙醇与CO₂重整制合成气是实现温室气体CO₂减排和碳资源可持续利用的可行策略之一,有助于“碳达峰碳中和”目标的实现。系统研究了担载型Ni/TiO₂催化剂上光热协同乙醇干重整反应性能并利用SEM、TEM、BET、XRD、UV-VIS DRS、H₂-TPR、CO₂-TPD等表征手段对催化剂的理化性质进行了研究。结果表明Ni/TiO₂催化剂具有较充足的氧空穴位,较窄带宽可扩大其光响应范围。光热协同催化有助于降低反应化学能,提高反应速率并且抑制甲烷、丙酮等副产物的生成。研究结果可为高效光热多相催化剂的构建设计以及CO₂高值化利用提供指导。
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  ZIF-8固定化米曲霉脂肪酶并催化制备生物柴油

  吕珍珍, 邢世友, 王超, 吴慨凡, 李连华, 苗长林, 罗文

  新能源进展. 2024, 12(6): 656-663. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.005

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  生物柴油是一种绿色环保的生物液体燃料。提升酶法生产生物柴油的效率,寻找高效的脂肪酶固定化策略至关重要。金属有机框架具有孔隙率高、孔隙可调性好、易于功能化和修饰等独特的性能,是一种多孔结构的优良载体材料。以金属有机框架材料ZIF-8为载体,采用共沉淀法对米曲霉脂肪酶（AOL）进行原位包埋固定,制备纳米花结构的AOL@ZIF-8固定化酶。以该固定化酶AOL@ZIF-8、游离酶AOL及商业固定化酶Novozym 435作为催化剂,以大豆油为原料制备生物柴油,优化了生产工艺并比较了各催化剂的效果。在最优条件下,AOL@ZIF-8催化的生物柴油产率达到94.08%,其活性与重复使用性显著优于游离酶,与商业固定化酶Novozym 435接近。
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  新型硅氧碳氮负极材料合成及可控化学预锂化

  赵欣悦, 胡金龙, 燕禾, 段先健, 吴春蕾, 王跃林, 张灵志

  新能源进展. 2024, 12(6): 664-670. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.006

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  以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）与戊二醛（GA）为原料,通过水解和醛胺缩合反应生成前驱体,再高温热解制备碳氮氧化硅（SiOCN）负极材料。采用联苯锂（Li-BP）为锂化剂,2-甲基四氢呋喃（2-MeTHF）为还原溶剂的化学预锂化方法提高SiOCN负极极片的首次库仑效率。通过调控锂化试剂的反应时间很容易控制极片的预锂化程度。化学预锂化在电极表面优先形成固体电解质界面膜,在1 mol/L锂化试剂浸渍30 s,SiOCN/Li半电池首次库仑效率由73.6%提高到90.4%,循环稳定性与原始极片相当,1 A/g电流密度下的充电比容量为604 mA∙h/g,195圈充放电循环容量保持率为98.5%。与NCM811正极匹配全电池,电池的首次效率从46.3%提高到78.6%。预锂化处理的SiOCN负极材料具有高首次库仑效率、高容量和长循环稳定性,在高能量密度锂电池中具有很好的应用前景。
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  基于kHz ~ MHz频段电频谱的多孔介质中水合物饱和度评价方法：数值模拟研究

  王 硕, 邢兰昌, 魏 伟, 韩维峰, 朱作飞, 苏丕波

  新能源进展. 2024, 12(6): 671-680. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.007

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  宽频电频谱蕴含了导电、电极化及其频散机制的信息，天然气水合物的介电常数在kHz ~ MHz频段呈现频散特性，提出了基于该频段的电频谱来反演水合物饱和度的新思路。首先建立含水合物多孔介质的电场有限元数值模型，然后探讨水合物饱和度、水合物微观赋存模式、电场频率等因素对宽频电频谱的影响规律，最后针对含悬浮型和包裹型水合物多孔介质分别提出基于两步法的三相介电混合模型，进而建立水合物饱和度计算模型。研究结果表明：（1）在含包裹型水合物多孔介质中，水合物将石英砂颗粒与孔隙水隔离，则多孔介质低频段（< kHz）电频谱不受双电层极化的影响；当频率高于水合物频散频率时，含悬浮型和包裹型水合物多孔介质的复电导率虚部和复介电常数实部随着水合物饱和度的增大而显著降低；（2）对于含悬浮型水合物多孔介质，先将孔隙水与水合物的混合物视为等效孔隙流体相，采用Bruggeman（BR）模型计算等效介电常数，后将等效孔隙流体相与骨架颗粒混合，采用Bruggeman-Hanai（BH）模型计算含水合物多孔介质的等效介电常数，利用该BR-BH三相介电混合模型计算水合物饱和度，最大绝对误差为0.08，最大相对误差为5.67%；（3）对于含包裹型水合物多孔介质，先将骨架颗粒与水合物的混合物视为等效骨架颗粒相，采用Maxwell Garnett（MG）或BR模型计算等效介电常数，后将等效骨架颗粒相与孔隙水混合，采用BH模型计算含水合物多孔介质的等效介电常数，利用MG-BH和BR-BH三相介电混合模型分别计算水合物饱和度，最大绝对误差均为0.04，最大相对误差均低于10%。该研究建立了一种新的水合物饱和度评价方法，为天然气水合物储层定量评价和动态监测技术的开发提供了理论基础。
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  数字全息测量风电齿轮箱润滑油中磨粒实验研究

  张柯挺, 金其文, 李承浩, 林志明, 吴学成, 吴迎春

  新能源进展. 2024, 12(6): 681-687. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.008

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  在线监测润滑油中的磨损颗粒对及时评估风力发电机组齿轮箱的运行状态和实现故障预警具有重要意义。基于数字全息技术搭建了润滑油磨损颗粒在线监测实验系统,对含不同粒径大小、不同浓度磨粒的润滑油进行在线测量,并将粒径分布测量结果与激光粒度仪的测试结果进行对比,以验证测量系统的可行性与准确性。结果表明,在20~350 μm粒径范围内,全息实验系统的测量结果与激光粒度仪的测量结果一致,中位径D_v50测量误差小于6%,能够满足对异常磨损颗粒的监测需求。此外,数字全息技术不仅能够准确测量磨损颗粒大小,还能够同步获取颗粒的形貌特征,以辅助分析齿轮箱的磨损程度和磨损部位,在润滑油磨粒在线监测领域具有进一步研究的价值。
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  基于CNN-LSTM-ARIMA的超短期风速预测

  王世明, 张少童, 娄嘉奕

  新能源进展. 2024, 12(6): 688-695. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.009

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  提升风速预测的精准度对于实时调整电力系统的管理策略及增强风电市场的竞争实力有着关键作用。提出一种基于卷积神经网络（CNN）、长短期记忆网络（LSTM）和自回归集成移动平均（ARIMA）模型的超短期风速预测方法,通过CNN卷积层捕捉时间序列数据中的模式和局部特征,利用LSTM模型对提取的特征进行学习训练,基于CNN-LSTM组合架构模型,预测未来风速并对比实际数据获得残差值,最终利用ARIMA分析历史残差来修正未来的预测误差值,实现对风速的超短期预测。以土耳其某个风电场的实际风速记录为基础,对未来10 min的风速进行预测。结果表明,与CNN-LSTM、双层LSTM传统神经网络模型相比,CNN-LSTM-ARIMA模型对风速预测结果的平均绝对误差分别下降了16.40%、26.92%,能显著提高预测精度。
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  基于复合相变材料的锂离子电池控温性能

  刘仲康, 张冠华, 孙玥

  新能源进展. 2024, 12(6): 696-703. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.010

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  相变材料因其相变潜热对电池有良好温控效果,在电池热管理领域得到广泛研究。基于所制备的石蜡/月桂酸/膨胀石墨新型复合相变材料,利用实验和模拟研究了其在不同环境温度（20、25、30、35 ℃）以及高低两种放电倍率（0.5 C、1.0 C）的温升特性,实验模拟最大误差控制在4.1 ℃以内。对比分析了6 mm和10 mm相变材料厚度对相变冷却的影响,在两种相变材料厚度冷却下,电池最高温度分别为49.92 ℃和41.94 ℃,分别下降了20.28 ℃和28.26 ℃,且10 mm相变冷却在不同工况下相变材料能完全吸收电池热量,有效降低和均匀电池温度,达到更好的控温效果。
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  水冷翅片式固态金属储氢系统传热传质过程模拟与结构优化

  刘振安, 柴牧, 高翎玮, 何宽芳, 吴岱丰, 蒋勉, 张静静

  新能源进展. 2024, 12(6): 704-716. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.011

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  为研究固态金属储氢系统换热性能对系统吸氢效率的影响,搭建了以小型固态金属储氢罐为核心的实验平台并建立了储氢罐体数值仿真模型,通过实验验证了所建立的数值模型可真实反映AB₅型储氢合金的吸氢反应过程。同时,针对储氢系统存在的传热缓慢、温降不均及吸氢效率低等问题,对AB₅型固态储氢系统进行吸氢反应传热传质过程模拟,并对其换热结构进行优化。结果表明：系统反应区的换热效率对吸氢效率有重要影响,优化后的换热结构可快速营造吸氢反应所需的低温环境,并对系统内部吸氢反应进行初步控制,使储氢合金达到温降与吸氢均匀的良好状态,有效规避了因储氢合金导热系数低、换热缓慢造成的传热中心长期存在高温状态及系统吸氢效率低等问题,从而提高系统整体温降效率和吸氢效率。
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  考虑大气稳定度的“沙戈荒”风电基地风资源评估

  李建科, 杨树林, 宋学武, 王强, 秦海明, 罗坤, 张朴, 樊建人, 宋笛

  新能源进展. 2024, 12(6): 717-724. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.012

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  “沙戈荒”风电基地昼夜温差大、易受大气稳定度影响、缺乏代表性测风数据,亟需开展“沙戈荒”风电基地的风资源特性评估。以正在建设的内蒙古阿拉善盟“沙戈荒”风电基地为研究对象,采用天气研究与预报模式进行数值模拟,并利用测风数据验证模型的准确性,重点探究大气稳定度的时空分布特征及其对风速的影响。研究表明,该地区的风速和风功率密度在11月至次年5月较高,主要受到西北季风影响,在寒潮过境后,风功率会出现急剧下降;中性大气状态在冬季占比最大,且中性条件下风速最大;相较于平坦地形,山地区域的强稳定和强不稳定大气状态占比显著下降,中性大气稳定状态占比显著增加,山地区域冬季的中性大气状态占比可达48.4%。本研究可为“沙戈荒”风电基地微观选址提供理论依据和技术支撑。
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  反应温度和水饱和度对多孔介质中二氧化碳水合物形成的影响

  关进安, 薄文超, 王树加, 梁德青

  新能源进展. 2024, 12(6): 725-732. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.013

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  利用水合物封存二氧化碳是一种极具工业应用前景的清洁高效碳捕集、利用与封存新技术。为了研究二氧化碳水合物在多孔介质中的动力学反应过程,设置3组多孔介质体系下的二氧化碳水合物相平衡实验来确定进气压力条件,再设置16组工况开展二氧化碳水合物形成动力学实验,分析20%~50%的初始水饱和度、1~7 ℃的反应温度对天然沉积砂中水合物反应过程的影响,分析影响多孔介质体系最终耗气量和耗气速率的关键因素。结果表明,多孔介质体系最终储气量取决于初始水饱和度和反应温度,并与初始水饱和度近似呈线性关系,在高初始水饱和度和低反应温度的天然砂体系中,二氧化碳水合物生成反应初始阶段具有更高的耗气速率。
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  斜波入射式多气室OWC装置前墙荷载特性

  奚泉, 闫福根, 王雨樵, 郭奇岳, 于通顺, 伦智昕

  新能源进展. 2024, 12(6): 733-740. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2024.06.014

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  海洋动力环境作用下,振荡水柱（OWC）波浪能发电装置气室前墙承受巨大的荷载作用。针对一种新型的斜波入射式多气室振荡水柱（MCOWC）装置,考察了装置前墙荷载特征,建立了波浪与MCOWC装置相互作用的数值模型,并通过已有数据验证了模型的可靠性。基于该数值模型分析了装置前墙荷载特性,探究了不同周期下气室前墙内外侧所受压力及压强的整体分布情况。研究结果表明：前墙气室内侧受到的水平荷载比外侧更大;在较小的周期条件下气室内侧的非线性效应相较于大周期条件更为明显;在波陡参数为2.45的波浪作用下,前气室前墙迎浪面所受相对压强最大值较传统单气室OWC装置降低约62%,而后气室较传统单气室OWC装置降低约35%,斜波入射式MCOWC装置可有效减小入射波对OWC气室前墙的荷载作用。