动力工程学报

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动力设备与系统

超超临界锅炉水冷壁动态响应特性仿真研究

王登亮, 陈禄, 景浩, 崔志鹏, 陈伟雄

2026, 46(1): 1-9. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240620

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为研究超超临界锅炉水冷壁的动态特性,在沿高度方向热负荷分布不均的情况下,建立了某1 100 MW超超临界锅炉水冷壁的动态仿真模型,通过模拟得出了沿高度方向水冷壁的工质温度和金属壁温分布,分析了在水冷壁入口流量阶跃扰动时工质主要热力参数和壁温的动态响应特性。结果表明:50% THA (汽轮机热耗率验收)工况下,37.5 m高度处工质干度达到0.994,内壁面温度最高达到466.1℃;30% THA下,42.0 m高度处内壁面的峰值温度达到375.3℃;流量阶跃量越大,动态响应时间越长,同时会加剧传热恶化,蒸干区域的壁温升高;50% THA下,流量阶跃降低5.0%后,36.0 m高度处壁面温度最高会达到547.9℃,未发生超温现象;在流动稳定后,相较于设计流量,当流量分别阶跃降低2.5%和5.0%时,在50% THA下34.5 m高度处,内壁面温度分别提高5.6和17.2 K。

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动力设备与系统

掺烧棉秆对1000MW旋流对冲锅炉最低稳燃负荷的影响

宋红宇, 马达夫, 张守玉, 徐梓航, 周义, 吕邦勇, 武振国, 赵坤龙, 胡南

2026, 46(1): 10-18. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240663

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为探究掺烧生物质对锅炉最低稳燃负荷的影响,以某电厂1 000 MW超超临界旋流对冲锅炉为研究对象,模拟了不同负荷下纯煤工况以及添加掺烧比为10%的棉秆后锅炉内的燃烧状况,分析对比了不同负荷下炉膛内的温度分布和烟气氧气浓度分布,探讨了掺烧生物质后锅炉最低稳燃负荷的演变。结果表明:与纯煤工况相比,掺烧棉秆后燃烧器中心截面温度高于1 400 K的区域增大,着火距离缩短0.24%~3.45%,炉膛出口氧气浓度上升0.22%~0.24%,燃烧稳定性增强;该锅炉燃用设计煤种的最低稳燃负荷为40%,掺烧棉秆后锅炉最低稳燃负荷可降至30%,因此掺烧生物质可以有效地促进旋流对冲锅炉内的稳燃性能,降低锅炉的最低稳燃负荷,增强锅炉的深度调峰能力。

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动力设备与系统

混烧煤粉对循环流化床机组爬坡性能的影响

赵宸宇, 王朝阳, 刘双白, 胡娱欧, 崔福博, 刘明, 严俊杰

2026, 46(1): 19-31. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240791

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为突破循环流化床(CFB)机组因锅炉燃料侧存在大量惰性床料而导致负荷响应慢等技术难题,选取以煤矸石为燃料主要成分的CFB机组为研究对象,建立并验证了机组热力系统动态仿真模型,获得了机组爬坡过程中输出功率、主蒸汽温度、主蒸汽压力、床温、锅炉蒸发量及循环效率等关键热力参数性能。为提升机组爬坡性能,提出了在CFB机组炉膛上部动态混烧煤粉以削弱煤矸石燃烧惯性影响的优化方案。结果表明:在3%/min爬坡速率下,优化方案使输出功率、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度和床温的最大偏差分别降低到1.31%、0.81%、2.3 K、3.5 K和27.8 K,均被控制在DL/T 657—2015《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》标准中相应偏差的规定范围内;采用优化方案后,CFB机组的最大允许爬坡速率从2%/min提升至3%/min,且机组热经济性略有提升。

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动力设备与系统

燃煤机组中速磨煤机制粉系统建模及运行特性研究

景峥, 伍克宁, 刘百慧, 胡晓阳, 王珠, 邱斌斌, 王进仕

2026, 46(1): 32-41. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240619

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建立精确的制粉系统模型并分析其运行特性,是系统运行控制优化的关键理论基础。搭建了包括磨煤机、一次风机、输煤管道等关键设备的磨辊式中速磨煤机制粉系统灰箱模型,其中耦合了磨煤机内部存煤量与运行参数的关系,考虑了煤粉细度对制粉系统出力的影响等。基于模型分析了制粉系统在单参数及固定风煤比时的稳态运行特性和启动过程中的动态运行特性。结果表明:当给煤量(质量流量)从12 kg/s增加到26 kg/s时,磨煤单耗从10.26 kW·h/t降低到7.14 kW·h/t,降低了30.4%;在固定风煤比的情况下,一次风温和原煤水分质量分数是决定煤粉出口温度的关键因素,当风煤比为1.6,一次风温从260℃升高到300℃时,出口风粉温度将升高19.03%;在升负荷过程中,制粉系统出力延迟了102 s。

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动力设备与系统

基于OTPA的辅汽轮发电机组振动传递路径分析

刘兵, 张万福, 赵乾乾, 吕学宾, 任杰

2026, 46(1): 42-50. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240642

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针对辅汽轮发电机组振动传递路径不清晰问题,以某高速辅汽轮发电机组为研究对象,建立转子-轴承-定子整机模型,基于工况传递路径分析(operational transfer path analysis,OTPA)方法构建机组振动传递模型,分析机组振动传递规律。首先应用有限元方法获取机组各传递路径频率响应函数,综合考虑转子不平衡、脉动汽流力及不平衡磁拉力等激励源,采用奇异值分解技术对各轴承座处输入信号进行降噪合成,构建各路径输入与输出关系的传递函数矩阵,分析不同路径对定子外壳的振动贡献,明确其主要振动传递路径。结果表明:定子外壳各测点振动主要振动路径来源于辅汽轮机的2个轴承座,特别是发电机侧轴承座的振动贡献量最大。通过优化调整该轴承座结构固有特性与转子不平衡力相位差可以有效降低定子外壳振动,最大振幅由364 μm降至51 μm。研究结果可以为辅汽轮发电机组振动溯源及故障诊断的优化提供参考。

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动力设备与系统

预测扇形孔气膜分布的“核”参数模型

傅奕融, 李月茹, 陈榴, 戴韧

2026, 46(1): 51-58. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.250282

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在离散孔群(群孔)覆盖区域的气膜冷却效率计算中,常规计算流体动力学(CFD)模拟面临建模网格复杂与计算资源耗费大的问题。因此,提出了一种参数形式的核函数,以描述单个气膜孔的冷却效率分布特征,预测气膜冷却效率,并结合数据驱动的机器学习技术和Sellers气膜冷却效率叠加方法,实现对群孔覆盖域冷却效率分布的高效预测。基于该"核"参数模型,成功复现了7-7-7扇形气膜孔的单孔和三列顺排群孔的冷却效率分布,并在给定区域内,利用整数规划方法获得了区域面平均冷却效率最高的顺排群孔布局。结果表明:"核"参数模型能够准确反映气膜孔覆盖域内冷却效率的分布特征,克服了传统关联式仅预测展向平均冷却效率的局限性,而且显著减少了机器学习所需的样本数量,可适用于不同工况下的气膜冷却效率预测。

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动力设备与系统

压力旋流喷嘴结构参数对雾化性能的影响及优化

宋权斌, 王纪鑫, 刘瑞, 胡家贤, 罗玺, 赵杨瑞, 蔡翀

2026, 46(1): 59-66. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240655

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为提高用于喷雾冷却的压力旋流喷嘴的雾化性能,优化喷嘴的结构参数,基于流体体积函数法(VOF)对旋流喷嘴进行了仿真分析,采用正交试验的方法分析各参数对液膜厚度和雾化锥角影响的显著性,并对喷嘴结构参数进行了优化。结果表明:出口长度L₁、出口直径D和旋流孔数N对喷嘴雾化性能的影响较显著,旋流室高度H对雾化性能的影响较小;增大喷嘴出口长度L₁能够减小液膜厚度和雾化锥角;增大出口直径D能够增大液膜厚度和雾化锥角;增大旋流孔数N会使液膜变厚,雾化锥角变小;增大旋流室高度H会使液膜厚度先减小后增大,雾化锥角减小;当出口长度L₁为2 mm,出口直径D为10 mm,旋流室高度H为16 mm,旋流孔数N为6时,雾化性能最佳,相较于原模型雾化锥角增大了16.8%,液膜厚度减小了32.4%。

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新能源与储能

考虑动态失速特性的翼型气动外形优化研究

张强, 常林森, 李春, 岳敏楠, 张万福

2026, 46(1): 67-76. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240512

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气动外形优化方法是提高翼型气动效率及缓解动态失速的重要手段,但此方法需要多次调用精确但耗时的计算流体力学(CFD)模拟,计算成本很高。提出了一种基于代理模型的优化方法替代CFD计算,从而开展翼型动态失速特性优化。通过高斯过程回归模型构建代理模型,采用加点准则的方式不断提高模型精度,利用归一化均方根误差对代理模型进行验证,并以S809翼型为研究对象,验证该优化框架的可行性。结果表明:与基准翼型相比,优化翼型的平均阻力系数和力矩系数分别降低了32.87%和23.74%,气动性能显著提高;气动外形的改变加速了吸力面近壁流动的速度恢复,减小了边界层厚度。

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新能源与储能

基于BSimilar优化PTransformer的光伏功率短期预测

张文广, 蔡浩, 刘科, 孙盼荣

2026, 46(1): 77-84. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240722

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为提高光伏功率短期预测的精度,提出了考虑光伏设备性能退化因素的相似日算法优化的分时段多通道独立光伏功率短期预测方法。首先,在PTransformer模型中用分时段与通道独立的方法来处理光伏输入数据,以降低空间复杂度及提高长时间数据序列的关注度。其次,运用Transformer的编码器模型,通过自身注意力机制捕捉光伏序列特征之间的依赖关系,进行光伏功率的短期预测。最后,运用夹角余弦距离计算相似度并考虑光伏设备性能退化因素确定相似日,利用其功率数据优化PTransformer模型,以改善功率数据的滞后性。结果表明:相比典型的光伏功率短期预测方法,所提方法训练速度更快,预测精准度更高,并且对复杂天气状况下的光伏功率也有较好的预测结果。

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新能源与储能

新型换热结构对固态储氢和燃料电池耦合系统性能的影响

张飞宇, 贾岚博, 王宵, 程永攀, 胡友情

2026, 46(1): 85-92. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240651

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提出了一种新型螺旋盘管结构的固态储氢瓶,并将其与燃料电池组成耦合系统,建立数学模型进行分析,获得了不同换热结构下固态储氢瓶内部温度和氢气质量分数分布,并探究了燃料电池工作温度对固态储氢瓶性能的影响。结果表明:与直管和单螺旋盘管相比,双螺旋盘管具有更高的换热速率,可以显著提升固态储氢瓶的放氢速率,提高燃料电池的发电效率;提高燃料电池工作温度可以提高固态储氢瓶初始阶段的放氢速率,但对总的放氢量影响不大。

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新能源与储能

新型电力系统下熔盐储热技术的研究进展

高达, 王峰, 刘伟华, 唐忠锋

2026, 46(1): 93-102. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240653

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系统梳理了熔盐储热技术的研究进展和应用现状,深入探讨了其与光热发电、燃煤电厂及电加热系统的耦合技术,涵盖了熔盐储热与各类能源输入系统间的能量耦合机制及其在电力系统调度优化中的作用。熔盐储热技术的引入显著增强了光热电站的稳定性和效率,提升了燃煤发电厂调峰能力和灵活性,促进了可再生能源的整合与脱碳进程,提升了太阳能、风能的调节能力。在熔盐储热技术的加持下,可再生能源可以高效地转化为稳定的高温热流,解决了可再生能源波动性和间歇性对电网的冲击,成为新型电力系统重要组成部分。熔盐储热技术下一步将转向多能源的大规模协同调度,大型能源基地可能是熔盐储热应用的主要方向,其应用场景仍需一步拓宽。

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新能源与储能

液态二氧化碳储能系统蓄冷堆积床循环性能的数值模拟

白云斗, 范世岩, 张千旭, 何青, 李红

2026, 46(1): 103-111. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240654

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蓄冷堆积床的性能将直接影响液态二氧化碳储能系统效率。为研究蓄冷堆积床运行的动态特性,首先与实验对比进行了模型验证,随后使用有限元仿真的方法研究运行工况对局部热非平衡模型蓄冷堆积床的影响。结果表明:可以通过选择合适的蓄冷停止温度提高总效率;首次循环和常规循环中蓄/释冷利用率均随蓄冷停止温度的升高而降低,在2种循环工况下最高总效率分别达到74.17%和90.96%。但是,总效率与蓄/释冷利用率随蓄冷停止温度变化的改变趋势不一致,因此在选择高蓄冷停止温度提升总效率时应考虑蓄/释冷利用率下降的影响。

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新能源与储能

熔盐储热系统集成方式对燃煤火电机组深度调峰和灵活性运行的影响研究

黄张驰, 周月桂, 王玉亭

2026, 46(1): 112-120. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240660

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为了提高燃煤火电机组深度调峰和灵活性运行能力,采用EBSILON仿真软件建立了某330 MW亚临界燃煤火电机组与熔盐储热耦合的热力系统模型,分析比较了熔盐储热阶段不同抽汽、汇汽方式对耦合系统调峰性能和往返效率的影响,并提出了一种基于能量梯级利用的新型释热模式。模拟结果表明:抽主蒸汽加热熔盐的调峰容量为抽再热蒸汽的1.58倍,但受限于饱和蒸汽温度,耦合系统的往返效率比抽再热蒸汽低8.08%~28.52%;抽汽与熔盐换热后的汇汽点越靠近低压缸进汽侧,耦合系统的往返效率越高,其差值最高可达28.77%,但机组调峰容量越小;所提出的新型释热模式在用电高峰期可迅速释放16.40%额定功率的额外发电负荷,其耦合系统的往返效率最高可达66.75%。

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数字化与智能化

基于CNN-BiLSTM-SSA的锅炉再热器壁温预测模型

徐世明, 何至谦, 彭献永, 商忠宝, 范景玮, 王俊略, 曲舒杨, 刘洋, 周怀春

2026, 46(1): 121-130. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240658

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针对锅炉高温再热器壁温动态特点,提出了一种基于稀疏自注意力(SSA)、卷积神经网络(CNN)及双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)相融合的再热器壁温软测量模型。首先,采用核主成分分析(KPCA)算法对原始候选变量进行筛选降维,选择前26个主成分变量作为模型的最终输入。其次,考虑利用CNN捕捉局部相关性,BiLSTM学习数据的长期序列依赖性的优势,使用卷积神经网络-双向长短期记忆神经网络(CNN-BiLSTM)捕捉时序数据中的短期和长期依赖关系,引入稀疏自注意力SSA机制,通过为不同特征部分分配自适应权重,从而增强CNN-BiLSTM模型的特征提取与建模能力,最后利用在役1 000 MW超超临界锅炉的历史数据进行仿真实验。结果表明:CNN-BiLSTM-SSA模型在高温再热器壁温预测中的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)及平均绝对百分比误差(MAPE)分别为4.92℃、3.81℃和0.624 1%,相应的指标均优于CNN、LSTM、BiLSTM、CNN-LSTM和CNN-BiLSTM模型。

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数字化与智能化

基于动态变增益卡尔曼滤波的SCR无偏模型预测控制

陈彦良, 李益国

2026, 46(1): 131-137. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240687

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为了提高选择性催化还原(SCR)脱硝系统抑制扰动的能力,基于Fal函数提出了一种可以根据新息动态调节卡尔曼滤波器(fKF)增益的方法,然后基于fKF设计了无偏模型预测控制器(fKF-MPC),并证明fKF-MPC在稳态下可以实现对设定值的无偏跟踪。仿真结果表明:针对SCR这类大惯性系统,fKF-MPC能够更快速而准确地估计扰动,使控制动作更及时,特别是面对快速和随机变化的扰动时,在标称模型以及模型失配的情况下,最大绝对误差(E_max)、平均绝对误差(M_AE)和抑制扰动所需的时间(T_R)均明显减小,验证了所提方法在抑制扰动方面的优越性。

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数字化与智能化

基于CMSATE和DTCAE的风电机组偏航轴承服役状态评估

王晓龙, 杨秀彬, 陆志鹏, 金韩微, 张博文, 陶振哲, 韩会龙

2026, 46(1): 138-147. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240649

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针对难以准确检测风电机组偏航轴承早期退化时刻的问题,提出了一种基于复合多尺度符号注意熵和趋势约束自编码器的服役状态评估模型。首先利用复合多尺度符号注意熵方法从偏航轴承原始振动信号中提取多尺度退化特征,然后利用趋势约束自编码器将多尺度退化特征进行压缩降维,构造出能够准确反映偏航轴承服役状态的健康指标,最后结合切比雪夫不等式的自适应健康阈值策略实现偏航轴承服役状态评估。结果表明:该模型能够准确跟踪偏航轴承的运行状态,及时捕捉到初始退化时刻,实现偏航轴承服役状态的准确评估。

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数字化与智能化

基于强化类级匹配网络的齿轮箱跨域故障诊断

饶朗, 邓艾东, 邓敏强, 吴一凡, 夏卫平, 胡沁怡

2026, 46(1): 148-156. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240685

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为解决风电机组齿轮箱无监督域适应故障诊断领域存在的分类器决策边界附近样本误分类的问题,提出了一种强化类级匹配网络(RCMN)。该网络在最大化分类器差异的基础上,一方面通过引入基于伪标签的多步训练类级匹配机制,解决决策边界附近样本误分类的问题;另一方面引入自适应对比学习损失函数,解决原有损失函数鲁棒性较差、对参数敏感的缺点。最后,在变转速和变负载2个案例下进行了模型验证。结果表明:在2个案例(共计12个迁移学习任务)中,RCMN的故障诊断准确率均高于最大均值差异、深度相关对齐网络、深度对抗领域适配网络和最大化分类器差异;所提RCMN在解决因分类器决策边界附近样本误分类导致的故障诊断准确率较低的问题上具有一定的有效性和优越性。

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绿色低碳

固废等离子气化与小型模块化核电集成系统的性能分析

郑鸿旭, 陈衡, 周明源, 武浩然, 潘佩媛, 徐钢

2026, 46(1): 157-168. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240645

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为实现医疗固废的清洁无害化处理,同时提升其资源化利用效率,本研究提出了一种由医疗固废等离子气化与小型模块化反应堆电厂耦合的新型发电系统。通过医疗固废等离子气化产生的合成气来驱动燃气轮机发电,与此同时,高温合成气与燃气轮机烟气热量用于加热小型模块化核反应堆电厂的蒸汽、给水以及工业用水。本研究还从热力学和经济学的角度对新系统进行了全面评估。结果表明:在新系统中,医疗固废产生了11.06 MW的电力,并额外提供1.16 MW的热量用于工业用水的加热;医疗固废的垃圾发电效率和能量效率分别为60.63%和69.02%;医疗固废的效率为63.52%;新设计动态投资回收期短(3.3 a),20年生命周期内项目净现值可达90 052.89万元。

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综合能源系统

考虑灵活碳捕集与氢储能系统的综合能源系统低碳经济调度

龙传煜, 张靖, 严儒井, 何宇, 古庭赟, 李博文

2026, 46(1): 169-180. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240632

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针对高渗透率新能源的综合能源系统运行过程中存在的弃能以及系统灵活调节能力不足问题,提出了一种考虑灵活碳捕集电厂和氢储能系统联合的综合能源系统低碳经济调度方法。首先,提出了综合能源系统的运行框架,对灵活碳捕集电厂和氢储能系统进行机理分析与建模,并在荷侧考虑电热综合需求响应机制;其次,分析备用需求下灵活碳捕集电厂和氢储能系统的联合运行特性,挖掘灵活碳捕集电厂与氢储能系统的灵活备用能力;最后,以系统总成本最优为目标,建立综合能源系统低碳经济调度模型。结果表明:所提模型在兼顾系统运行的经济性与低碳性的同时,可显著提高系统新能源消纳水平。

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综合能源系统

50MW核反应堆超临界二氧化碳再压缩循环系统参数优化

许才禄, 王汉, 吴景辉, 陈衔骏, 牛风雷, 吕海财

2026, 46(1): 181-188. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240634

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针对50 MW小型核反应堆系统建立再压缩布雷顿循环系统的计算程序模型,并采用能量均分计算方法校核换热器内的全尺寸换热过程,并对高温回热器、低温回热器和预冷器进行了夹点分析。结果表明:系统最大热效率随压比和分流比的增大均呈现先增大后减小趋势,最佳压比和分流比分别为2.8和0.6;通过参数匹配优化,该系统的最高热效率可达46.20%;仅在预冷器内出现了传热受阻的夹点换热;在相同换热端差下,可通过增大预冷器冷却水质量流量的方式来避免预冷器传热夹点现象的发生。

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综合能源系统

加压富氧燃烧超临界二氧化碳循环发电技术研究进展

齐宽宽, 白文刚, 张一帆, 乔永强, 李红智

2026, 46(1): 189-199. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240667

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加压富氧燃烧超临界二氧化碳循环发电技术能够充分发挥加压富氧燃烧的低能耗碳捕集优势和超临界二氧化碳循环发电的高效灵活性优势,是一种高效、灵活、低碳的热力发电技术。介绍了加压富氧燃烧超临界二氧化碳循环发电技术的技术原理、系统构建、热力特性等,同时对该技术的国内外研究现状进行分析,梳理总结了加压富氧燃烧超临界二氧化碳循环发电技术的关键技术难点。研究成果可为加压富氧燃烧超临界二氧化碳循环发电技术的发展和应用提供重要参考。

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综合能源系统

基于用户用能行为预测的柔性负荷优化调控方法研究

韩中合, 张晓雨, 宋寒, 韩少峰, 吴迪, 席昌远, 李桂强, 朱琳, 武书洲, 胡郁彬

2026, 46(1): 200-212. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2026.240643

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为提升综合能源系统及供能侧调度的灵活性,针对现有研究中未充分考虑用户行为主观性与随机性的问题,提出了一种结合用能行为预测与柔性负荷量化的综合能源系统供需两侧优化方法,以提升系统调度灵活性和响应能力。以夏季典型日为例的研究结果表明:相比柔性负荷未参与调度优化情况,电负荷波动率下降8.38%,系统总运行成本降低了约7.88%,可再生能源比例和一次能源利用率分别提高了13.4%和1.5%。所提方法在平抑负荷波动、降低系统运行成本、提升能源利用效率方面具有显著效果。

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