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基于新型三维光-电-热模型的直连式光伏电解系统的氢气生产性能优化
Hydrogen production performance optimization for direct-coupled photovoltaic electrolysis systems based on a novel 3D opto-electro-thermal model
Hao Wang · Weiding Wang · Chuanjie Lin · Yongquan Lai 等10人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.392
摘要 光伏驱动的电解系统是实现大规模可再生能源储存的一种有前景的方法，其中直连式系统在降低系统复杂性和成本方面具有显著优势。然而，由于结构设计和流量控制策略的次优选择，这类系统中的光伏（PV）模块与电解（EC）模块之间可能存在失配问题，从而显著降低氢气生产性能。尽管数值模拟有望解决上述问题，但现有的低维模型通常基于空间均匀性的假设，过于简化，难以充分捕捉此类复杂系统中光学、热学、电学以及气液流动现象之间的 intricate 耦合机制。本研究针对直连式系统提出了一种新型三维光-电-热模型，该模型...
解读: 该3D光电热耦合模型对阳光电源光伏制氢系统开发具有重要价值。研究揭示的PV-EC直连架构优化方法可指导SG系列逆变器与电解设备的功率匹配设计,其宽范围流量控制策略可简化系统控制复杂度。PV/T热集成方案与阳光电源储能系统的热管理技术协同,可提升太阳能制氢效率(STH)。建议将多物理场耦合仿真能力融入...
基于预测的风-光互补电解制氢系统的设计与优化调度
Design and optimal scheduling of a forecasting-based wind-and-photovoltaic complementary electrolytic hydrogen production system
Weichao Dong · Hexu Sun · Zheng Li · Huifang Yang · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.392
摘要 氢能可有效缓解能源短缺并减少环境污染。本文首次设计了一个完整的风能与光伏（PV）互补制氢系统，包括高效的发电系统模型、精确的预测模型、优良的优化调度策略以及高效的催化剂。该离网型互补发电系统在直流母线上实现。提出了一种混合预测模型，结合长短期记忆网络（LSTM）、分位数回归（QR）和正则藤copula方法。LSTM与QR相结合可获得边缘概率密度函数（PDF）。利用正则藤copula建立风能与光伏能源之间的相关性，并将边缘PDF与其相关性结构结合，实现对风能和光伏出力的联合预测。提出一种基于...
解读: 该风光制氢系统对阳光电源ST系列储能变流器和SG光伏逆变器具有重要应用价值。文中直流母线离网架构可结合我司1500V系统和三电平拓扑技术,提升功率转换效率。LSTM-DRL多目标优化调度策略可集成至iSolarCloud平台,实现风光出力预测与氢储能协同控制。研究的3.1美元/kg制氢成本为Powe...
水力发电系统中的一次调频性能：宽范围运行下的精确量化与整体提升
Primary frequency regulation performance in hydropower systems: Precise quantification and holistic enhancement under wide-range operation
Xueding Lu · Chaoshun Li · Hao Chang · He Wang 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.389
摘要 随着大量水电机组转向宽范围运行（WRO，即水头变化超过额定水头的7%，功率调节范围超过额定功率的50%），导致其在电网一次调频（PFR）考核中不达标的风险显著增加。为实现PFR性能的精确量化与整体提升，本文首先构建了一个具备模块化子系统切换功能的灵活水轮机调节系统（HTRS）仿真平台，以支持多种工况模拟与对比研究。其次，引入Prony辨识方法确定复杂非线性HTRS的稳定运行范围，相较于传统方法可节省90%以上的计算时间，且精度更高。在此基础上，分析了运行工况及主要非线性因素对系统稳定性的影...
解读: 该水电一次调频优化技术对阳光电源储能调频系统具有重要借鉴价值。研究中的Prony辨识法可应用于ST系列PCS的宽工况稳定域快速评估,节省90%计算时间;提出的调节上升时间、稳定时间及综合电量等性能指标体系,可直接移植到PowerTitan储能系统的调频性能量化评估中;针对低负荷工况的参数优化策略,对...
虚拟电厂运营商参与日前电能量现货与调峰辅助服务市场的内外部协同分布鲁棒竞价策略
Internal and external coordinated distributionally robust bidding strategy of virtual power plant operator participating in day-ahead electricity spot and peaking ancillary services markets
Wanying Li · Fugui Dong · Zhengsen Ji · Peijun Wang · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.386
摘要 虚拟电厂运营商（VPPO）在制定竞价决策时，必须统筹考虑外部市场环境与内部成员间的协调问题，并最小化风电和光伏出力不确定性带来的效益损失。本研究首先明确了VPPO参与日前电能量现货市场与调峰辅助服务市场时的内外部协同分布鲁棒（DR）竞价决策过程；其次，采用基于Wasserstein距离的模糊集方法刻画风电与光伏出力的预测误差，构建了VPPO内外部协同DR竞价决策的双层优化模型：上层为VPPO在外部市场的分布鲁棒竞价模型，下层为以VPPO为领导者、受控分布式电源、柔性负荷及储能（ES）为跟随...
解读: 该虚拟电厂分布式鲁棒竞价策略对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan储能系统具有重要应用价值。研究揭示储能单位成本降至200-300元/MW·h时对VPP收益影响趋缓,验证了我司储能系统规模化降本的战略方向。文中主从博弈模型可集成至iSolarCloud平台,优化光储协同调度策略,提升SG...
考虑日前风浪预测的多港口海上风电场维护调度与船舶路径规划
Maintenance scheduling and vessel routing for offshore wind farms with multiple ports considering day-ahead wind-wave predictions
Guojin Si · Tangbin Xi · Dong Wang · Nagi Gebraeel 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.379
摘要 风能持续成为增长最快的可再生能源来源，其中海上风电的开发在全球范围内发挥着关键作用。然而，一个重要的挑战是海上风电港口容量不足，可能导致安装和维护计划的延误。现有的运维（OAM）框架通常忽略了港口和船舶可用性受限所带来的约束，主要关注资源无限制条件下对维护调度的影响。为解决这一问题，本文提出一种新颖的以资源为中心的维护策略（RCMS），该策略纳入了多种资源条件对机会性维护调度及多类型船舶路径规划的影响。与传统的以设备健康状态为中心的维护策略不同，RCMS通过量化动态风速变化带来的机会来优化...
解读: 该资源中心维护策略对阳光电源海上风电储能系统(PowerTitan/ST系列PCS)具有重要借鉴价值。文中基于气象预测的动态调度优化思路可应用于iSolarCloud平台,通过整合风-光-储多资源协同调度,优化储能系统充放电策略与运维计划。特别是多端口协同调度方法可启发分布式储能集群的灵活资源配置,...
通过弹性能量存储与回收提高介电弹性体发电机的能量转换效率
Enhancing the energy conversion efficiency of dielectric elastomer generators via elastic energy storage and recovery
Zhong Wang · Chao Tang · Yixin Wang · Liang Zhou 等9人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.379
摘要 小型风能收集装置在驱动低功耗传感器、照明设备、机器人及其他电器方面具有广阔的应用前景。然而，传统的电磁发电机在小型化收集装置及低频条件下面临诸多挑战。介电弹性体发电机（DEGs）能够在小变形条件下实现能量收集，并具备微型化的潜力。受生物肌腱和肌肉中观察到的弹性能量存储与回收机制的启发，我们提出了一种提高DEG能量转换效率的方法。通过建立用于计算能量收集过程中能量流动的机电模型，我们系统地研究了DEG在不同工况下的能量收集原理以及弹性能量存储与回收在提升效率中的作用。在此理论基础上，我们设计...
解读: 该介电弹性体发电机的弹性储能与能量回收机制,为阳光电源储能系统提供创新启发。其小变形高效能量转换原理可应用于ST系列PCS的机械-电能耦合优化,特别是在低频振动能量捕获场景。弹性储能机制与PowerTitan储能系统的能量管理策略具有协同潜力,可探索用于分布式微能量采集单元,为iSolarCloud...
基于物理的锂离子电池电化学模型参数辨识及其双种群优化方法
Physics-based parameter identification of an electrochemical model for lithium-ion batteries with two-population optimization method
Aina Tian · Kailang Dong · Xiao-Guang Yang · Yuqin Wang 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378
摘要 伪二维（P2D）模型因其基于物理原理的高精度，在电池管理系统中展现出日益广阔的应用前景。然而，由于难以准确辨识多个参数，且常出现求解不收敛的问题，限制了其实际应用效果。传统的数据驱动型P2D模型参数辨识方法虽然先进，但通常需要大量数据，且缺乏必要的物理机理洞察，容易导致过拟合。为应对上述挑战，本研究首先开展参数敏感性分析，以确定各类参数辨识的最佳条件；进而提出一种双种群多目标优化算法，高效地筛选出非劣解参数集。该算法的独特之处在于引入非收敛种群，以增强狼群种群的更新过程，从而提升参数辨识的...
解读: 该P2D模型参数辨识技术对阳光电源储能系统具有重要价值。通过双种群优化算法精确识别23个电池参数,可显著提升ST系列PCS和PowerTitan储能系统的BMS精度,动态工况下电压预测误差控制在9mV以内。该物理驱动方法可增强iSolarCloud平台的电池健康状态评估和预测性维护能力,避免纯数据驱...
由杂散微波能量驱动的智能超构器件：一种屏蔽外部干扰与探测的绿色方法
Smart meta-device powered by stray microwave energies: A green approach to shielding external interference and detection
Yong Jin Zhou · Xiong Bin Wua · Xiao Dong Caia · Hong Xin Xua 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378
摘要 保护敏感电子设备免受外部杂散微波的干扰对于多种实际应用至关重要。当前的屏蔽装置，如滤波器和频率选择表面，由于其机制依赖于通过频率选择响应滤除带外信号，因此对带内频率的有害信号仍然脆弱。本研究提出一种由杂散微波能量驱动的智能超构器件，能够在无需外部电源或人工干预的情况下，自主屏蔽外部干扰与探测。该类超构器件集成了可重构的超原子阵列以及感知-供能模块，构成一个感知-供能-反馈闭环系统，从而实现对高功率微波的实时感知，并自动从高透射状态切换至屏蔽或吸收外部有害微波能量的状态。本文研制并表征了一个...
解读: 该自供能电磁屏蔽技术对阳光电源储能系统和充电桩产品具有重要应用价值。ST系列PCS和PowerTitan储能系统在高压变流环节面临电磁干扰风险,该技术可利用杂散微波能量自主实现智能屏蔽,无需外部供电,契合储能系统免维护需求。对于大功率充电站密集部署场景,可保护敏感控制电路免受高功率微波干扰,提升系统...
降低固定式海上风力涡轮机成本的动态分析
Dynamic analysis to reduce the cost for fixed offshore wind energy turbines
Yuxiang Ma · Rubo Zhao · Wenhua Zhao · Bing Tai 等5人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378
摘要 海上风能是最具前景的海洋可再生能源。为了利用这种能源，需要建设海上风电场。开发海上风能面临的主要挑战是其高昂的成本，因此亟需开展研究以显著降低成本。本研究聚焦于占总成本三分之一以上的基础结构优化。目前的工程实践依赖静力分析来计算海上风力涡轮机在极端波浪激励下的响应，并通过安全系数覆盖其中固有的不确定性，这种方法往往导致设计过于保守。在极端条件下——特别是破碎波作用下——与海上风力涡轮机动力学相关的物理过程仍不清晰，从而进一步加剧了设计的保守性。为了更深入地理解这些复杂的物理过程并探索降低成...
解读: 该研究通过动态分析优化海上风电基础设施成本的方法,对阳光电源海上风电储能系统具有重要借鉴意义。研究显示动态分析可减少50%钢材用量,这启发我们在ST系列储能变流器及PowerTitan系统的海上应用中,可通过精细化动态建模优化结构设计,降低配套基础设施成本。同时可将该动态响应分析方法应用于海上风储一...
一种集成实验与数值研究的竹节形流场设计下风冷式质子交换膜燃料电池性能及传热传质动力学
An integrated experimental and numerical investigation of performance and heat-mass transport dynamics in air-cooled PEMFCs with a bamboo-shaped flow field design
Kai-Qi Zhu · Quan Ding · Ben-Xi Zhang · Jiang-Hai Xu 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377
摘要 风冷式质子交换膜燃料电池（PEMFC）中复杂的传热传质耦合现象以及物理场分布不均的问题，严重影响其功率密度和水热管理性能。作为关键部件，阴极流场在燃料供给、散热以及水传输方面对风冷式PEMFC起着至关重要的作用。优化流场结构设计是应对上述挑战的关键策略。本研究提出了一种创新的竹节形流场设计，并在25 cm²的单电池中进行了实验验证，结果证明该设计能有效提升风冷式PEMFC的传热传质能力与功率密度，同时降低供气能耗。此外，还建立了三维多相数值模型，用于深入探究该流场结构下液态水、反应物和热量...
解读: 该燃料电池热质传输优化技术对阳光电源氢能业务具有重要借鉴价值。竹节型流场设计通过分段加速和涡流区优化实现5.45%功率密度提升和4.17%能效增益,其多物理场耦合仿真方法可应用于公司储能PCS的热管理优化。研究中的熵分析法和非均匀流场设计理念,可迁移至SiC功率器件散热结构设计,提升ST系列PCS和...
电池储能系统的优化配置以提高弱电网的系统可靠性及电压和频率稳定性
Optimal allocation of battery energy storage systems to improve system reliability and voltage and frequency stability in weak grids
Dong Zhang · Gm M. Shafiullah · Choton K.Das · Kok Wai Wong · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377
摘要 近年来，太阳能和风能等可再生能源在电力网络中的集成显著增加。然而，这些能源本质上具有波动性和间歇性，给电网的稳定性和可靠性维持带来了挑战。应对这些挑战的一个有前景的解决方案是战略性地部署电池储能系统（Battery Energy Storage Systems, BESS）。BESS能够在需要时快速对电网进行充放电，从而支持改善系统的电压和频率稳定性，并提高系统可靠性。为了充分挖掘BESS在电力系统中的优势，确定其最优配置至关重要。因此，本文提出了一种在弱电网中优化配置BESS的技术，旨在...
解读: 该研究针对弱电网中储能系统优化配置的方法,对阳光电源ST系列PCS和PowerTitan储能解决方案具有重要应用价值。论文提出的自适应灰狼优化算法可为阳光电源储能系统的容量规划和选址提供理论支撑,特别是在高比例新能源接入场景下。结合阳光电源GFM/GFL控制技术和VSG虚拟同步机功能,可进一步提升弱...
含水层压缩空气储能的非线性井筒多相流与热-水-力耦合分析
Coupled nonlinear wellbore multiphase flow and thermo-hydro-mechanical analysis of compressed air energy storage in aquifers
Yi Li · Qian Zhou · Hao Yu · Yi Li 等9人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377
摘要 含水层压缩空气储能（CAESA）是一种低成本、大规模的储能技术。为研究储层力学效应对CAESA的影响，本文开发了一个耦合非线性井筒多相流与热-水-力（THM）过程的模拟器THMW-Air，并利用Pittsfield示范CAESA项目的数据验证了其有效性。采用未包含力学过程的T2Well-EOS3模拟器对CAESA的水动力、热力学和力学行为及其能量效率进行了分析与对比。结果表明，在考虑储层力学效应后，Pittsfield现场模拟压力与监测压力之间的相关系数由0.9046提高至0.9211。C...
解读: 该压缩空气储能(CAES)热-流-力耦合仿真技术对阳光电源储能系统具有重要参考价值。研究揭示的温度-压力-机械应力耦合效应可优化ST系列PCS和PowerTitan储能系统的热管理策略,特别是注入温度对效率的影响(50°C时效率降低9.75%)为电化学储能热控制提供借鉴。多物理场耦合建模思路可应用于...
基于氧化铈电解质的400 °C可工作固体氧化物燃料电池用于物联网无线传感器供电
400 °C operable SOFCs based on ceria electrolyte for powering wireless sensor in internet of things
Muhammad Akbara1 · Qi Ana1 · Yulian Ye · Lichao Wu 等11人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378
摘要 固体氧化物燃料电池（SOFCs）能够提供高效且清洁的电力，但其高温运行瓶颈限制了广泛应用。如果能够开发出替代性电解质以降低工作温度，则SOFC的应用场景有望进一步拓展，例如应用于物联网（IoT）系统的电源。本文作为概念验证，开发了一种基于沉淀法制备的CeO₂电解质、可在400 °C下工作的SOFC，用于为物联网系统中的无线传感器供电。材料研究表明，CeO₂电解质样品形成一种涂层结构，其中非晶态碳酸盐薄层覆盖在CeO₂颗粒表面，从而促进快速的混合质子与氧离子传输。所制备的基于CeO₂电解质的...
解读: 该400°C低温固体氧化物燃料电池技术为阳光电源储能系统提供创新思路。CeO2电解质实现的快速质子-氧离子混合传输机制,可启发ST系列PCS在多能源耦合场景的控制策略优化。其0.65W/cm²功率密度及150小时稳定性,结合超级电容充电管理,与PowerTitan储能系统的能量管理单元设计理念契合。...