2025年, 第13卷, 第5期　
刊出日期：2025-10-31

  

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  低空压燃料电池阴极微孔层参数对传质和性能的影响

  姚伟涛, 杨代军, 卢奕睿, 廉钰弢, 苏国卿

  新能源进展. 2025, 13(5): 483-492. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.001

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  低空压燃料电池可用于家庭热电联供和分布式能源系统。然而，低空压燃料电池微孔层内反应气体和液态水的传输容易受阻，导致电压波动范围大，输出性能差。为强化燃料电池在15 kPa低空压下气液传输并提高其发电性能，建立了多相燃料电池三维模型，分析孔隙率、厚度、多层结构以及非均匀梯度微孔层对燃料电池气液传输和输出性能的影响，同时考虑了微孔层孔隙率和厚度对导电性的影响，并研究了多参数耦合对输出性能的影响。结果显示，在15 kPa低空压条件下，当微孔层孔隙率为60%、厚度为60 µm时，燃料电池输出性能最佳。采用多层和非均匀梯度结构的微孔层可以强化传质并提高燃料电池输出性能。所搭建模型可用于低空压燃料电池微孔层开发过程中的分析与预测。
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  水系锌离子电池负极功能保护层研究进展

  罗嘉祥, 李惠灵, 邱赵旭, 李 娜

  新能源进展. 2025, 13(5): 493-502. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.002

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  可充电水系锌离子电池因其成本低、安全性高成为能源存储领域研究重点，但锌负极的锌枝晶生长、析氢反应及表面钝化等副反应严重制约了电池的性能，而界面保护层构建是解决该问题的核心策略之一。系统综述了锌负极面临的核心挑战与现有界面保护层改性策略，深入分析了不同类型保护层的制备方法、作用机制及优缺点；进一步梳理了当前界面保护策略在表征、评估模式及规模化应用中存在的不足，并针对性提出了未来锌离子电池负极保护技术需突破的关键方向。
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  天然海砂沉积物中CO₂水合物生成动力学特性

  章琦, 周雪冰, 林德才, 梁德青

  新能源进展. 2025, 13(5): 503-509. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.003

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  大气中的CO₂浓度持续升高导致了全球气温逐渐上升，严重影响人类生存环境。CO₂水合物作为有望实现碳封存的关键技术，备受世界关注。研究了模拟竖直井注气方式下粒径为0.30 ~ 0.45 mm的天然海砂中CO₂水合物生成的动力学特征，选取实验温度为274.15、276.15、278.15 K，在固定反应驱动力前提下设定实验压力为3.20、3.50、3.87 MPa，阶梯设置初始水饱和度为15% ~ 55%。结果表明，模拟竖直井有助于气体向储层内部扩散，实验温度越低，耗气速率越大。生成CO₂水合物的水转率化最高达到86.03%，封存率最高达到48.77%，15%的初始水饱和度下生成的水合物饱和度最低，封存量最小。
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  海域天然气水合物近井储层改造增产机理

  申鹏飞, 侯嘉欣, 段硕, 吕涛, 何娟, 李小森, 李刚

  新能源进展. 2025, 13(5): 510-516. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.004

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  我国南海天然气水合物资源量约800亿吨油当量，储层渗透性差导致水合物开采效率低，因此提高水合物储层渗透性已成为水合物高效开发的迫切需要。以我国南海神狐海域W17站位水合物参数为例，提出了通过改造开采井周边储层提高其渗透性进而增产的方法。结果表明，开采井周边的高渗区域可有效促进降压驱动力的传播和水合物开采产气效率的提升。以W17站位三层水合物为例，不采用近井储层改造方法时，3 650 d总产气量为286.0万m3。当开采井周边高渗区域内渗透性为0.5 D，开采井周边高渗区域半径分别为1、3、5 m时，3 650 d总产气量分别为原来的1.47、2.12、2.75倍，总产气量随着周边高渗区域半径的增大明显增加。研究成果可为海域天然气水合物开采提供近井储层改造方法，具有现实参考价值和理论指导意义。
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  垃圾衍生燃料气化直熔工艺的模拟与优化

  赵 伟, 王镛翔, 赵鹏龙, 黄戒介, 张永奇1

  新能源进展. 2025, 13(5): 517-526. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.005

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  垃圾衍生燃料（RDF）是一种成型有机固废，可通过气化、熔融的方式实现其内部有机组分和无机组分的热化学转化，然而该工艺工业试验与优化的成本高昂。采用实验与模拟相结合的方法，在考虑热解产物和固体燃料层燃规律的基础上，建立适用于有机固废的气化直熔模型。该模型在相近的工艺条件下与实际运行的British Gas-Lurgi（BGL）熔渣气化炉结果相吻合。同时，考察了氧气当量比和蒸汽/RDF比对粗合成气体组成、蒸汽分解率、有效气产量、冷煤气效率和气体热值等工艺性能的影响，并指出当氧气当量比低于0.195时，无法满足工艺的自热运行。进一步通过响应曲面分析得到了最优的工艺参数范围。当氧气当量比、蒸汽/RDF比分别为0.240和0.120时，干基粗合成气中CO占54.3%，H₂占36.2%，CO₂占3.0%，CH₄占3.4%（摩尔分数），焦油含量为27.1 g/m³，此时冷煤气效率为89.7%。结果表明，所建立的模型能够合理、准确地预测有机固废气化熔融反应器的性能，并可为该工艺的设计与开发提供参考。
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  高浓度猪粪全混式连续厌氧发酵有机物分解特性

  李 洋, 张卓毅, 乔 玮

  新能源进展. 2025, 13(5): 527-534. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.006

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  猪粪高浓度厌氧发酵具备产生沼液量少的优势。但是，猪粪进料浓度的提高容易导致厌氧分解过程传质困难，影响有机物的分解，在传统的机械搅拌全混式发酵工艺中是否能实现较好的发酵效率还存在疑问。为解决这一问题，以总固体（TS）浓度为15%的猪粪为进料，控制水力停留时间为90 d，开展了131 d的中温全混式厌氧发酵的连续运行实验，并结合产甲烷潜能实验，探究有机物的厌氧分解特性。研究发现，猪粪中每克总固体和挥发性固体（VS）的化学需氧量（COD）分别为0.91 g和1.27 g。在连续发酵工艺实验中，进料中单位质量挥发性物质的甲烷产率达到0.31 L/g，与产甲烷潜能实验结果十分接近。VS和COD的分解率分别达到53%和55%，总挥发性有机酸浓度低于100 mg/L，系统具有较高的分解效率和运行稳定性。根据物料平衡的计算结果，猪粪中碳水化合物和蛋白质的分解率分别为52%和31%。研究结果表明，总固体浓度为15%的高浓度猪粪可以采用全混式发酵工艺，具有工业应用的可行性。
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  生物强化对餐厨垃圾厌氧消化酸败的恢复作用

  李双双, 张 毅, 胡致远, 程杏宇, 李 颖, 孙永明

  新能源进展. 2025, 13(5): 535-542. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.007

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  餐厨垃圾厌氧消化在高有机负荷（OLR）条件下运行，具有高效率、低成本、低能耗的优势。然而，OLR过载常导致挥发性脂肪酸积累，进而引起pH降低，抑制产甲烷菌活性，导致系统酸败。为恢复酸败体系的产气能力，探究了生物强化（投加原始接种物或产甲烷菌群）以及添加微量元素（Fe）三种方法对酸败系统恢复的影响，通过比较三种方法的产甲烷性能、中间代谢产物变化及微生物群落结构演替，以评价不同方法的酸败恢复效果，并揭示酸败恢复的微生物机制。结果表明：添加Fe无法恢复产气；投加原始接种物短期内可恢复产气；添加产甲烷菌群酸败恢复效果最优，能快速恢复酸败系统的产气能力。当酸败系统OLR恢复至1.5 g/(L·d)后，产甲烷菌群生物强化使容积产气率恢复至0.73 ~ 0.86 L/(L·d)的范围内并保持稳定，甲烷含量始终维持在60%左右。原因是产甲烷菌群生物强化提高了互营单胞菌Syntrophomonas、产甲烷菌Methanothrix和Methanosarcina的相对丰度，促使积累的乙酸和丙酸快速降解，从而增强了体系的产气能力。研究结果为解除餐厨垃圾厌氧消化中的酸抑制问题提供了有效的技术方法及理论依据。
  

  
  
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  天空辐射制冷在建筑节能应用中的研究进展

  翟 强, 邱昌煜, 熊 滕, 顾晓滨, 董凯军, 孙 钦, 薛雨欣, 罗伟民, 张博博, 李雅侠

  新能源进展. 2025, 13(5): 543-554. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.008

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  天空辐射制冷是一种利用深空冷能的制冷技术，通过在“大气窗口”波段（主要在8 ~ 13 µm）向太空发射红外辐射并强烈反射太阳辐射实现降温效果。作为一种清洁、灵活、可扩展的可再生能源利用方式，天空辐射制冷在建筑节能领域具有广阔的应用前景。材料特性、装置设计和地区环境条件是影响天空辐射制冷性能的重要因素。介绍了天空辐射制冷的基本原理，综述了评估其性能的理论计算方法。基于最新的研究进展，探讨了选择性和宽光谱辐射制冷材料，总结了部分新型辐射制冷材料的特性。还讨论了不同性能的实验装置的设计，并初步分析了气象参数对该技术性能的影响。最后，总结了天空辐射制冷在建筑节能方面的应用进展，探讨了其发展前景及面临的挑战，为未来的研究提供参考。
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  油水乳状液中混合气水合物生成动力学实验

  林德才, 黄 婷, 陈玉川, 史博会, 宋尚飞, 梁德青, 卢静生, 宫 敬

  新能源进展. 2025, 13(5): 555-563. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.009

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  随着油气资源不断向深水、超深水区域和陆地超深井挺进，油−气−水多相流在采油−输送过程中面临的水合物流动保障问题日益突出。自主搭建了一套可视化高压反应釜装置，用于研究油水乳状液体系下水合物诱导期及水合物生长特性。结果表明，随着水合物生成驱动力的增加，水合物诱导期呈现先缩短后延长趋势；搅拌转速与水合物诱导期呈现正相关；含水率40%体系的水合物诱导期仅略高于含水率30%和50%体系的水合物诱导期。水合物生长阶段会伴随着气泡消融、气−液界面升高、水合物向气相生长、水合物块稳定等现象。水合物生长速率与体系初始压力和搅拌转速呈正相关，与水浴温度和乳状液含水率呈负相关。
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  管状柔性水下储气装置结构设计及储气特性分析

  刘明尧, 孙 科, 盛其虎, 陈天宇

  新能源进展. 2025, 13(5): 564-572. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.010

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  柔性储气装置是水下压缩空气储能技术的研究热点之一，其能在深海环境中通过自身形变实现高压和等压储气。管状储气装置设计能够满足大容量储能需求，具有极大开发潜力。目前，该设计方法仍处于理论分析阶段，缺乏相关工作机理、结构形变规律和储气特性的研究。提出一种二维管状储气装置设计的无量纲理论数学模型，利用Abaqus软件进行三维建模和充放气过程模拟，考虑结构几何非线性和边界非线性，探究其形状、气体压力体积关系和结构应力特性变化。研究结果表明：结构在变形过程中存在发生自身贴合的临界点，即在充气率小于临界值0.72时，柔性结构开始由下至上逐渐与自身接触和贴合。储气装置形变和储气特性的理论结果和数值模拟结果一致性较好，证明无量纲化的常微分方程理论模型具有较好的预测性。本研究深入分析了管状水下储气装置的特性，提出的有限元模型可用于水下柔性储气装置的进一步的设计优化，为其工程应用提供了有效的设计参考。
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  含水层储能特性实验研究

  黄志伟, 张媛媛, 田小明, 叶灿滔, 龚宇烈

  新能源进展. 2025, 13(5): 573-581. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.011

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  含水层储能技术能够缓解新能源消纳和电力系统调峰等问题，是一种跨季节储能技术。搭建了地热承压含水层储能实验系统，开展了不同工况下的储能实验，以储能效率为主、能量品位为辅研究不同参数对实验系统储能特性的影响。结果表明：（1）降低注入温度、增大注入流量和注采时长均使得储能效率提高；压力对储能效率几乎没有影响；最优注采方式为热工质通过含水层上层进行注采。（2）储能效率的参数敏感性从大到小依次为注入温度、注采方式、注入流量、注采时长、压力。（3）含水层储能系统反复进行注采过程，储能效率和能量品位会逐渐增大并趋于平稳。上述结论可为含水层储能系统的设计和运行提供参考。
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  R515B变频高温热泵系统热力性能试验研究

  姜志鹏, 李帅旗, 林 雄, 宋文吉, 冯自平, 高兆璋

  新能源进展. 2025, 13(5): 582-590. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.012

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  为研究R515B变频高温热泵系统性能，搭建了一套采用80 cm³变频涡旋式高温热泵性能测试平台，研究了热源温度、出水温度和压缩机频率对系统能效系数（COP）、容积热、机组制热量、制冷量以及压缩机的容积效率和等熵效率的影响规律，并拟合了容积效率和等熵效率的经验公式。结果表明：随着热源温度的升高和出水温度的降低，系统COP和制热量逐渐提高，热源温度在30 ~ 50 ℃时，对COP和制热量的提高最为显著；在出水温度为90 ℃时，每隔5 ℃的热源温度梯度上升，COP上升幅度分别为30.2%、18.7%、18.0%和16.9%，制热量上升幅度分别为23.0%、31.0%、20.4%和26.1%。在60 ~ 120 Hz的频率范围内，该系统性能和稳定性最佳的频率为80 Hz，且在70 ~ 95 ℃的出水温度区间内，容积效率为85.0% ~ 68.3%，等熵效率为74.1% ~ 43.7%，系统COP为3.94 ~ 2.24，制热量为24.91 ~ 20.28 kW。对该涡旋压缩机的等熵效率和容积效率进行了多元多项式拟合，拟合精度分别为0.951 43和0.953 07。
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  经典大气边界层解析模型在复杂地形风场的适用性评估

  李金缀, 马国林, 宋翌蕾, 田琳琳, 赵 宁, 周勤迁

  新能源进展. 2025, 13(5): 591-600. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2025.05.013

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  复杂地形风电场流场受大气环流和地形起伏影响，这对应用大气边界层解析模型精细化评估风资源是一个较大挑战。针对经典大气边界层解析模型在复杂山地流场应用适应性问题，结合国际经典的Askervein山案例测风塔观测数据，基于中尺度数值天气预报模式（WRF）耦合微尺度计算流体动力学（CFD）方法得到的高精度仿真数据，研究了经典的风速廓线、湍流强度廓线和脉动风谱模型在复杂山地风场内代表性位置的适用性。风速廓线和湍流强度廓线选择了基于边界层理论和莫宁−奥布霍夫理论的对数律和指数律模型，以及基于混合长理论的Gryning模型；脉动风功率谱模型选择了常见的Karman谱、Davenport谱和Kaimal谱。结果表明，经典大气边界层解析模型在复杂山地风电场中的应用具有局限性，对数律和指数律风速廓线无法描述平坦区域高层风速特性和山顶风加速效应，Gryning模型在高层风速评估方面有较大优势，但也无法反映山体引起的风加速效应；对数律和指数律湍流强度廓线模型在近地层表现良好，但在高层低估了随高度湍流强度的衰减；Karman谱、Davenport谱和Kaimal谱可以较准确地评估山顶和背风坡脉动风速在惯性子区的能量特征，但存在高频部分高估能量、低频部分低估脉动衰减的问题。研究结果可用于指导风资源评估时大气边界层工程模型选择及复杂地形风电场新型大气边界层解析模型建模。