中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
1.新型綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及分析
在新型綜合能源系統(tǒng)研究方面，本專欄刊出西南石油大學(xué)李茜等發(fā)表的《海上油氣微能系統(tǒng)的低碳優(yōu)化運(yùn)行研究》和大連理工大學(xué)袁鐵江教授等發(fā)表的《新能源-PEM電解制氫全壽命經(jīng)濟(jì)性評(píng)估》2篇文章，主要內(nèi)容如下。
1）海洋新能源資源豐富，利用海洋新能源為海上油氣平臺(tái)供能已成為一種重要的發(fā)展方向。但新能源的出力往往受到氣候影響，具有很強(qiáng)的不確定性，其接入海上油氣平臺(tái)后將對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行及調(diào)度帶來一定困難。為實(shí)現(xiàn)海上油氣平臺(tái)的低碳運(yùn)行及用能安全，研究新能源接入海上油氣微能系統(tǒng)的可行性，解決新能源接入給系統(tǒng)運(yùn)行帶來的挑戰(zhàn)具有重要意義?！逗Ｉ嫌蜌馕⒛芟到y(tǒng)的低碳優(yōu)化運(yùn)行研究》構(gòu)建了一種考慮新能源接入的海上油氣微能系統(tǒng)（offshore oil and gas micro integrated energy system，OMIES），主要包括供能系統(tǒng)和油氣生產(chǎn)系統(tǒng)（oil and gas production system，OGPS），是一種特殊形式的綜合能源系統(tǒng)，具有獨(dú)立的供能模式。余熱梯級(jí)利用單元（waste heat cascade utilization unit，WSCU）是供能系統(tǒng)的核心單元，其通過燃燒柴油與伴生氣為整個(gè) OMIES 供能；OGPS 則消耗電能、熱能進(jìn)行作業(yè)生產(chǎn)石油及伴生氣，整個(gè)生產(chǎn)過程主要是從油井中采出混合原油并將其分離為石油原液和混合伴生氣，然后將石油原液加工成石油輸出，混合伴生氣進(jìn)行脫水脫酸處理轉(zhuǎn)變成可燃燒的伴生氣；同時(shí)，為應(yīng)對(duì)新能源帶來的挑戰(zhàn)，建立的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)由浮式海水制氣-伴生氣儲(chǔ)庫低碳模塊、電轉(zhuǎn)熱單元（electric-heat，E-H）以及儲(chǔ)電單元（electric storage，ES）組成，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣功能、電能的轉(zhuǎn)換、CO2的捕集以及天然氣的合成。文章全面分析了OMIES各單元之間的能量-物質(zhì)耦合關(guān)系，建立了含新能源與FP2G-AGS的OMIES整體數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多能量流、物質(zhì)流耦合的建模與分析；并且對(duì)源、荷雙重不確定性進(jìn)行分析，基于不確定性理論和模糊隨機(jī)優(yōu)化理論，建立了相應(yīng)的模糊隨機(jī)雙重不確定性優(yōu)化模型，并對(duì)不同場(chǎng)景下的OMIES進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行對(duì)比分析，算例驗(yàn)證了FP2G-AGS低碳模塊的建立極大地降低了海上油氣平臺(tái)的CO2排放量，且考慮了雙重不確定性得到的優(yōu)化結(jié)果也更加趨近真實(shí)值。
2）習(xí)近平總書記在2020年聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論和氣候雄心峰會(huì)等重要會(huì)議上提出中國爭(zhēng)取2030年前碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，這一目標(biāo)對(duì)中國能源系統(tǒng)綠色發(fā)展提出了更高要求。“綠電制氫”被認(rèn)為是支撐高比例新能源為主要特征的“碳中和”能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。質(zhì)子交換膜（proton exchange membrane，PEM）電解槽具有高電流密度、靈活可調(diào)等特性，可作為支撐新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，但其一次投資成本和運(yùn)行成本較高，規(guī)模化發(fā)展受到制約?！缎履茉?PEM電解制氫全壽命經(jīng)濟(jì)性評(píng)估》根據(jù)電解槽的衰減原理，面向風(fēng)電、光伏制氫場(chǎng)景，提出了PEM電解槽變功率運(yùn)行效率與壽命計(jì)算模型?？紤]新能源-PEM電解槽全壽命周期成本模型以及售氫收入與等效環(huán)境收入等，建立其全壽命周期收入模型，進(jìn)而建立全壽命周期經(jīng)濟(jì)評(píng)估模型。最后，以甘肅某區(qū)域風(fēng)電場(chǎng)為例驗(yàn)證了所提模型與方法的有效性，以及PEM電解槽制氫的經(jīng)濟(jì)可行性。
2.太陽能光伏光熱（PVT）熱泵系統(tǒng)研究
在太陽能光伏光熱利用方面，本專欄刊出上海交通大學(xué)劉文杰等發(fā)表的《直膨式太陽能PVT熱泵熱水系統(tǒng)運(yùn)行性能仿真與分析》以及馬光柏等發(fā)表的《直膨式太陽能熱泵供暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及性能分析》2篇文章，主要內(nèi)容如下。
1）太陽能利用技術(shù)可分為太陽能光熱利用技術(shù)和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，而太陽能光伏光熱（photovoltaic-thermal，PVT）技術(shù)結(jié)合了光伏與光熱技術(shù)，將換熱結(jié)構(gòu)與光伏組件相耦合，利用集熱介質(zhì)（水、空氣、潛熱工質(zhì)等）帶走光伏組件的工作廢熱并加以利用。該技術(shù)在提高太陽能綜合利用效率的同時(shí)，也可有效降低光伏溫度，提高光伏發(fā)電效率。其中，直接膨脹式（簡稱直膨式）太陽能PVT熱泵技術(shù)通過直膨式蒸發(fā)器背板，將光伏組件與太陽能熱泵耦合起來，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的換熱性能和熱能輸出品位?！吨迸蚴教柲躊VT熱泵熱水系統(tǒng)運(yùn)行性能仿真與分析》通過建立直膨式太陽能PVT熱泵熱水系統(tǒng)的仿真模型，以上海臨港地區(qū)為例，分析了3種不同配置方式的系統(tǒng)在全年波動(dòng)工況下的熱水供應(yīng)和發(fā)電性能。結(jié)果表明在組件數(shù)量相同的情況下，減少壓縮機(jī)理論輸氣量可以提高系統(tǒng)的性能系數(shù)，但系統(tǒng)所需加熱時(shí)間延長，而熱泵循環(huán)的引入顯著降低了光伏組件的工作溫度，能有效提高系統(tǒng)的發(fā)電性能。
2）熱泵是提高能效、低碳減排的關(guān)鍵技術(shù)，熱泵技術(shù)的發(fā)展為高效利用太陽能熱能提供了新思路，直膨式太陽能熱泵（DX-SAHP，direct expansion solar assisted heat pump）技術(shù)將太陽能熱利用技術(shù)和熱泵技術(shù)相結(jié)合，充分利用太陽能和空氣源熱泵的各自優(yōu)勢(shì)，提供高效低成本的熱量，是一種創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用。《直膨式太陽能熱泵供暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及性能分析》圍繞建筑供暖需求，搭建了太陽能集熱/蒸發(fā)器和翅片蒸發(fā)器并聯(lián)的DX-SAHP供暖系統(tǒng)，并采用實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，集熱器陣列工質(zhì)均勻分布性較好，能獲得較高的性能，系統(tǒng)性能系數(shù)最高達(dá)到6.88，壓縮機(jī)頻率、太陽輻照度和環(huán)境溫度是影響系統(tǒng)性能的主要因素；壓縮機(jī)定頻運(yùn)行時(shí)，太陽能集熱/蒸發(fā)器的性能系數(shù)比翅片蒸發(fā)器大約高30%，變頻運(yùn)行時(shí)，大約高45%，采用變頻運(yùn)行的方式具有更優(yōu)的性能；實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，為滿足建筑供暖的需求，晴天時(shí)可考慮設(shè)置儲(chǔ)熱水箱用于調(diào)節(jié)熱量，多云天氣需要優(yōu)化運(yùn)行控制方式，如增加壓縮機(jī)頻率、適時(shí)切換為翅片蒸發(fā)器運(yùn)行等，陰天需要通過翅片蒸發(fā)器運(yùn)行提高制熱量。
3.海上風(fēng)電集群控制策略研究
本專欄刊出華北電力大學(xué)副教授、《中國電力》青年編委閻潔研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的《基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的海上風(fēng)電集群自進(jìn)化功率平滑控制方法》1篇文章，主要內(nèi)容如下。
海上風(fēng)電作為推進(jìn)中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、保障能源安全的重要戰(zhàn)略支撐，是目前和未來幾十年中國可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)。然而與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電場(chǎng)址平闊，開發(fā)規(guī)模大且布局集中，風(fēng)資源相關(guān)性強(qiáng)。眾多機(jī)組總功率的波動(dòng)幅度容易發(fā)生疊加擴(kuò)大，也會(huì)導(dǎo)致大批機(jī)組處于高風(fēng)速區(qū)造成切機(jī)時(shí)大幅功率損失，易引發(fā)電網(wǎng)備用容量不足或其他電源難以跟蹤調(diào)節(jié)等不良事件，這使得大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響更為突出。尤其對(duì)于接入中國東部電網(wǎng)的大型海上風(fēng)電場(chǎng)或海上風(fēng)電基地而言，由于西部特高壓輸電的大規(guī)模饋入，本地同步電源大幅降低、系統(tǒng)備用容量不足，上述問題將更為突出?！痘谏疃葟?qiáng)化學(xué)習(xí)的海上風(fēng)電集群自進(jìn)化功率平滑控制方法》提出了“策略離線訓(xùn)練、在線快速尋優(yōu)、控制效果自進(jìn)化”的控制架構(gòu)，建立了深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的海上風(fēng)電集群有功輸出平滑控制模型。首先，提出了面向集群功率平滑控制的短期收益函數(shù)，基于馬爾科夫決策過程模型求解最優(yōu)指令；其次，提出了面向功率策略校準(zhǔn)的長期收益Policy函數(shù)，根據(jù)歷史反饋數(shù)據(jù)有效矯正控制偏差；最后，建立了智能體狀態(tài)、控制收益和控制決策之間映射的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)基于深度確定性策略梯度算法的智能體訓(xùn)練與求解。結(jié)果表明，所提方法采用深度確定性策略梯度算法在離線訓(xùn)練中迭代優(yōu)化決策網(wǎng)絡(luò)，通過學(xué)習(xí)長期的實(shí)際反饋來有效修正預(yù)測(cè)誤差帶來的控制偏差，實(shí)現(xiàn)了控制模型的自進(jìn)化；用決策網(wǎng)絡(luò)在線快速尋優(yōu)，可大幅縮短控制指令的運(yùn)算時(shí)間，提高在線決策速度；案例結(jié)果表明所提方法能夠在滿足較少壓低負(fù)荷的前提下，有效平滑風(fēng)電集群的總有功輸出。
相關(guān)研究延伸
1.綜合能源系統(tǒng)研究
綜合能源系統(tǒng)指的是在規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行等過程中，通過對(duì)能源的產(chǎn)生、傳輸與分配(能源網(wǎng)絡(luò))、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化后，形成的能源產(chǎn)供銷一體化系統(tǒng)。它主要由供能網(wǎng)絡(luò)(如供電、供氣、供冷/熱等網(wǎng)絡(luò))、能源交換環(huán)節(jié)(如CCHP機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、鍋爐、空調(diào)、熱泵等)、能源存儲(chǔ)環(huán)節(jié)(儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷等)、終端綜合能源供用單元(如微網(wǎng))和大量終端用戶共同構(gòu)成。綜合能源系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體。目前研究主要集中在綜合能源系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度技術(shù)等方面。
綜合能源系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)研究中，帝國理工的Nilay Shah團(tuán)隊(duì)[1]研究了城市能源系統(tǒng)的混合整數(shù)線性/非線性優(yōu)化方法，統(tǒng)籌考慮建筑選址布局、負(fù)荷需求以及能源技術(shù)選擇之間的關(guān)系。西班牙Zaragoza大學(xué)Jose M Yusta[2]采用遺傳算法對(duì)混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，并研究了蓄電池容量配置的優(yōu)化方案。Ali Zangeneh[3]提出了以基于帕累托方法的多目標(biāo)優(yōu)化算法，解決一個(gè)綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃問題。華南理工大學(xué)管霖[4]把同時(shí)考慮“質(zhì)”和“量”調(diào)節(jié)的方法運(yùn)用到優(yōu)化設(shè)計(jì)IES管網(wǎng)管徑方案中，以年等值最小投資作為優(yōu)化目標(biāo)。武漢大學(xué)王琪鑫[5]把IES中的供、用暖系統(tǒng)作為研究對(duì)象，通過分析需求側(cè)用戶的行為，得到了同時(shí)對(duì)IES供、需側(cè)進(jìn)行優(yōu)化的方法。天津大學(xué)王成山團(tuán)隊(duì)[6]在IES系統(tǒng)的框架搭建過程中，選用了集中母線，建立了0-1混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。東南大學(xué)顧偉團(tuán)隊(duì)[7]針對(duì)可再生能源出力及負(fù)荷不確定問題提出一種在線優(yōu)化調(diào)度微網(wǎng)的方法。四川大學(xué)劉繼春[8]考慮電轉(zhuǎn)氣能量損失和環(huán)境成本，提出了一種日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型。華北電力大學(xué)的胡浩[9]將CVaR理論引入綜合能源運(yùn)行調(diào)度問題，提出一種計(jì)及風(fēng)、光出力和電、熱負(fù)荷不確定性的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。河海大學(xué)孫國強(qiáng)[10]提出采用虛擬電廠模式實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域分布式冷熱電聯(lián)供型IES的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。在多能協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行方面，國外已開發(fā)的軟件有美國CERTS資助開發(fā)的DER-CAM、美國NREL開發(fā)的HOMER、克羅地亞Zagreb大學(xué)開發(fā)的H2RES、西班牙Zaragoza大學(xué)開發(fā)的i HOGA、丹麥Alborg大學(xué)開發(fā)的EnergyPLAN；國內(nèi)有中科院廣州能源研究所開發(fā)的DCOT、天津大學(xué)開發(fā)的PDMG和廈門大學(xué)開發(fā)的CEPAS。
綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度技術(shù)研究主要集中在運(yùn)行策略選擇、優(yōu)化指標(biāo)選擇、優(yōu)化方法等方面。張義志等[11]重點(diǎn)考率了供熱系統(tǒng)與熱力管網(wǎng)特性，建立了供熱系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)能流計(jì)算的精細(xì)化模型，提出以電力系統(tǒng)為骨架，在供熱系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，將供熱系統(tǒng)能流方程采用熱負(fù)荷和聯(lián)供機(jī)組抽汽量的形式引入最優(yōu)能流計(jì)算模型。顧偉等[12]在原有的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，考慮區(qū)域熱網(wǎng)對(duì)能源利用率的影響，利用傳熱學(xué)的機(jī)理構(gòu)建非線性熱網(wǎng)約束模型，并通過推導(dǎo)將其線性化處理成熱網(wǎng)模型以便于求解，最后，將CCHP運(yùn)行優(yōu)化模型與熱網(wǎng)模型進(jìn)行熱功率耦合，建立含有熱網(wǎng)的多區(qū)域IES優(yōu)化模型。胡榮等[13]對(duì)裝有蓄能裝置的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究。李智等[14]為解決CCHP系統(tǒng)因設(shè)備容量導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性變差的問題，以年運(yùn)行費(fèi)用成本最低為目標(biāo)函數(shù)，以負(fù)荷平衡，設(shè)備運(yùn)行和安全穩(wěn)定性約束為約束條件，構(gòu)建了CCHP系統(tǒng)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模擬對(duì)CCHP系統(tǒng)的設(shè)備容量進(jìn)行優(yōu)化分析。李明等[15]提出“?”的概念并將其作為衡量用能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，以“?經(jīng)濟(jì)”損失最小的目標(biāo)函數(shù)，不等式約束包括供能出力約束，耐受量及運(yùn)行量約束，以及傳輸單元的容量約束，等式約束包含能量，熱量，廣延量及強(qiáng)度量平衡約束，構(gòu)建一個(gè)完整的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化模型。張寧[16]分析了能量樞紐在能源互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)該具備的功能，在此基礎(chǔ)上建立包含電、氣、熱三種能源的能量樞紐模型。
2.風(fēng)能熱利用技術(shù)
我國風(fēng)能資源豐富，具有大規(guī)模開發(fā)利用的前景，我國10m高度層的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量為32.26億kW，其中可開發(fā)利用的陸地風(fēng)能儲(chǔ)量為2.53億kW。根據(jù)國家能源局最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)3.65億kW，占全國總發(fā)電裝機(jī)容量的14.25%，同比增長11.2%。但傳統(tǒng)風(fēng)電領(lǐng)域面臨電價(jià)退坡、棄風(fēng)限電、補(bǔ)貼拖欠等諸多挑戰(zhàn)，風(fēng)電行業(yè)不得不面對(duì)與煤電和光伏競(jìng)爭(zhēng)的短期陣痛，降本增效成為風(fēng)電行業(yè)在“后補(bǔ)貼時(shí)代”和“雙碳目標(biāo)時(shí)代”提升競(jìng)爭(zhēng)力的重中之重，風(fēng)能領(lǐng)域能源變革和創(chuàng)新勢(shì)在必行。多學(xué)科交叉融合與多元化模式創(chuàng)新是未來風(fēng)能發(fā)展的重要方向，新型、高效、低成本風(fēng)能熱利用技術(shù)的研究值得關(guān)注。
風(fēng)能熱利用技術(shù)對(duì)風(fēng)質(zhì)要求低，對(duì)風(fēng)況適應(yīng)性強(qiáng)，作為一種清潔能源供暖方式已受到廣泛關(guān)注。早期風(fēng)力致熱研究工作，主要集中于液體攪拌、液體擠壓、固體摩擦和渦電流法四種方式，由于供熱規(guī)模小、能量轉(zhuǎn)化效率較低，無法滿足供暖方式清潔化高效化分布式規(guī)模化的發(fā)展需求。隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展，利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)熱泵成為一種可能的清潔高效制熱技術(shù)。
美國克羅拉多州立大學(xué)[17]搭建了5kW風(fēng)力熱泵用以加熱牛奶，證明了風(fēng)能直接驅(qū)動(dòng)熱泵的可行性，該熱泵在8m/s風(fēng)速時(shí)度熱成本為3~5美分/度。臺(tái)北科技大學(xué)采用鏈條齒輪傳動(dòng)和皮帶輪傳動(dòng)兩種方法利用風(fēng)能直接驅(qū)動(dòng)熱泵機(jī)組[18-19]，對(duì)不同風(fēng)速下熱泵的穩(wěn)定運(yùn)行工況進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)能直驅(qū)熱泵系統(tǒng)避免了風(fēng)能轉(zhuǎn)化電能的過程能量損失，與風(fēng)—電—熱泵過程相比，效率提高了10%以上，但目前無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)變槳偏航運(yùn)行。土耳其烏魯達(dá)大學(xué)[20]搭建了一種風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)熱泵的系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熱泵可制得風(fēng)力機(jī)所捕獲機(jī)械能四倍的熱能。華南理工大學(xué)[21-22]在實(shí)驗(yàn)室中利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)一個(gè)5kW的小型風(fēng)輪，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，研究風(fēng)力機(jī)的輸出功率、扭矩與壓縮機(jī)輸入功率、轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩間的匹配關(guān)系，但缺乏風(fēng)輪變槳偏航等控制模式，只能為熱泵壓縮機(jī)的選擇、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的確定提供一定的參考。西南科技大學(xué)[23]在理論上對(duì)一種風(fēng)能熱泵供暖進(jìn)行了評(píng)估，該系統(tǒng)憑借液壓傳動(dòng)裝置將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械能傳動(dòng)至熱泵壓縮機(jī)，帶動(dòng)壓縮機(jī)制熱供暖。經(jīng)測(cè)算10萬m2的住宅建筑供暖需要兩臺(tái)3MW的風(fēng)力機(jī)組，從理論計(jì)算上證明技術(shù)的可行性，但缺乏進(jìn)一步的仿真模擬及實(shí)驗(yàn)研究工作。
綜上所述，目前國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)能直接驅(qū)動(dòng)熱泵的理論研究尚處于起步階段，研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，在恒定風(fēng)向風(fēng)速條件下，對(duì)小型定槳風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵的性能進(jìn)行測(cè)試，論證了風(fēng)能直驅(qū)熱泵技術(shù)路線的可行性。但是現(xiàn)有小型試驗(yàn)只是各部件的簡單拼接，缺乏風(fēng)能直驅(qū)熱泵機(jī)組（以下簡稱“風(fēng)熱機(jī)組”）一體化概念設(shè)計(jì)和深入的理論研究。風(fēng)熱機(jī)組將發(fā)電機(jī)更換為壓縮機(jī)后，壓縮機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間依然存在多場(chǎng)耦合，但是耦合特性發(fā)生了改變，需結(jié)合風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)模型詳細(xì)考慮傳動(dòng)系統(tǒng)-壓縮機(jī)多場(chǎng)耦合特性，研究熱負(fù)載的遲滯響應(yīng)和制冷劑的動(dòng)態(tài)變化過程對(duì)風(fēng)熱機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及性能帶來的影響。此外，風(fēng)熱機(jī)組控制策略需充分耦合風(fēng)電機(jī)組與熱泵調(diào)控策略，一方面風(fēng)輪需承擔(dān)最大功率捕獲的任務(wù)，另一方面熱泵需要適應(yīng)輸入工況的波動(dòng)性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以制熱量/制冷量最大為目標(biāo)，建立并優(yōu)化風(fēng)熱機(jī)組的控制策略，作為能量傳輸機(jī)理揭示與機(jī)組性能優(yōu)化之間的橋梁，是上游端能量傳輸機(jī)理能夠指導(dǎo)下游端機(jī)組性能優(yōu)化所必須的途徑與方法。
3.海上風(fēng)電技術(shù)
根據(jù)裝機(jī)位置不同，風(fēng)力發(fā)電可分為陸地風(fēng)力發(fā)電和海上風(fēng)力發(fā)電兩種。目前，我國大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分布在陸地，隨著近幾年可再生能源發(fā)電的大力推廣，陸地風(fēng)力發(fā)電已形成規(guī)模，其具有安裝、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于風(fēng)能具有波動(dòng)性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)較大，存在一定量的“棄風(fēng)”現(xiàn)象。為獲得更好的風(fēng)力條件，風(fēng)電機(jī)組選址較為考究，導(dǎo)致機(jī)組安裝成本難以降低，且因其噪音及轉(zhuǎn)動(dòng)特性會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞。相比之下，海上風(fēng)電具有風(fēng)速更大、靜風(fēng)期更短、節(jié)約土地資源且免于考慮噪音等污染的優(yōu)點(diǎn)，但目前投產(chǎn)的海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目多位于近海，風(fēng)電資源更為豐富的遠(yuǎn)海風(fēng)電還未得到充分利用。
由于海上環(huán)境特殊，海上風(fēng)電機(jī)組與陸上風(fēng)電機(jī)組有極大不同，而且，海上風(fēng)電機(jī)組所處海洋環(huán)境遠(yuǎn)比陸地環(huán)境惡劣，因此對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)有著更高的要求。目前，國內(nèi)外采用的風(fēng)電機(jī)組根據(jù)其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是否接觸海底分為固定式和漂浮式兩種[24]，固定式機(jī)組根據(jù)其基礎(chǔ)不同又分為重力式、單樁基礎(chǔ)和套管式等，漂浮式則根據(jù)浮體不同分為半潛型、立柱型和張力腿(拉桿)型；固定式機(jī)組穩(wěn)定性高、應(yīng)用早，技術(shù)較為成熟，成本較低且安裝難度小，已在近岸淺海得到廣泛應(yīng)用。但隨著海上風(fēng)電發(fā)展逐漸深遠(yuǎn)?；?，固定式風(fēng)電機(jī)組已無法滿足應(yīng)用要求，新型漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組得到了極大發(fā)展。
目前，海上風(fēng)電的送出還是以電力輸送方式為主，隨著電力輸送技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合海上風(fēng)電的特點(diǎn)，用于輸送海上風(fēng)電的技術(shù)[25]主要有高壓交流輸電、高壓直流輸電、分頻輸電(fractional frequency transmission system, FFTS)和船運(yùn)電池輸電技術(shù)等。高壓交流輸電技術(shù)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛用在近海海上風(fēng)力發(fā)電的電力傳輸工程中。其主要原理[26]為：首先將各風(fēng)電機(jī)組輸出的電壓幅值、頻率波動(dòng)的交流電經(jīng)過換流器轉(zhuǎn)換為恒壓的工頻交流電，經(jīng)過海上升壓變壓器升壓后匯入海底電纜，傳輸至陸地并入電網(wǎng)。受到電纜線路電容充電的影響，此種輸電方式無功損耗較大，電纜有效負(fù)荷率低，因此只能短距離、小容量傳輸電能，一般還需要增加無功補(bǔ)償器，且直接與電網(wǎng)相連也會(huì)增加電網(wǎng)與電廠的安全風(fēng)險(xiǎn)。高壓直流輸電技術(shù)主要有兩種拓?fù)洌夯诰€換相換流器的傳統(tǒng)高壓直流輸電和基于自換相電壓源換流器的柔性直流高壓輸電[27]。二者主要工作原理類似，即將風(fēng)電機(jī)組輸出的交流電能經(jīng)過海上換流器轉(zhuǎn)換為直流后，經(jīng)過海底直流電纜傳輸至陸上，再經(jīng)陸上換流站將電能轉(zhuǎn)換為工頻交流電后并入電網(wǎng)。FFTS技術(shù)由王錫凡院士提出，旨在通過降低交流電頻率減小輸電電纜電容效應(yīng)導(dǎo)致的充電電流的影響。研究表明，如果只考慮交流海底電纜電容充電電流的影響，在50、16、15、10、5和1Hz頻率下，有功最大傳輸距離分別為140、437、465、630、1280和14945km,因此該方法可極大減小工頻交流輸電的無功影響，延長交流電能輸送里程和電纜使用壽命，也可相應(yīng)減少風(fēng)電機(jī)組齒輪箱增速比，簡化結(jié)構(gòu)的同時(shí)降低成本；但也需考慮降頻之后帶來的相應(yīng)變壓器體積[28]、重量變大的問題及全場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的效率問題。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)逐漸向深遠(yuǎn)海化發(fā)展，輸電線路建設(shè)成本大幅提高。近年來，電力儲(chǔ)能技術(shù)取得快速發(fā)展，特別是鋰電池技術(shù)的成熟和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，船運(yùn)電池輸電技術(shù)[29]成為可能。與傳統(tǒng)輸電線路輸送相比，船運(yùn)電池輸電技術(shù)無電纜鋪設(shè)問題，不受輸電距離的限制，具有靈活性強(qiáng)、建設(shè)投資成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前來看，輸送容量偏小、損耗費(fèi)用偏高等是限制其發(fā)展的主要因素，但其仍為深遠(yuǎn)海風(fēng)電輸電方式的研究提供了新的思路。
