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数据中心多能互补分布式能源系统设计与运行优化研究

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 93-104页

作者：任效效李小龙薛凯吴炫韩小渠王进仕严俊杰西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司西安710075

为实现数据中心的低碳转型和能效提升,提出了一种集成多种可再生能源和储能设备的多能互补分布式能源系统作为其供能系统。建立了包含生命周期成本、碳排放、能耗、电网购电率和热量浪费率等指标的优化目标体系。制定了两种考虑负荷特... 详细信息

为实现数据中心的低碳转型和能效提升,提出了一种集成多种可再生能源和储能设备的多能互补分布式能源系统作为其供能系统。建立了包含生命周期成本、碳排放、能耗、电网购电率和热量浪费率等指标的优化目标体系。制定了两种考虑负荷特征的运行策略,采用改进的多目标蝗虫优化算法对系统容量配置进行求解。为了分析优化目标和运行策略对系统优化的影响,通过组合不同优化目标和运行策略形成了多种优化设计方案,采用层次分析法和熵权法确定评价指标的权重,并利用多准则妥协解排序法进行评价排序。针对青海省某数据中心的案例,获得其能源系统的优化设计与运行方案。研究表明:运行策略主要影响吸收式制冷机和地源热泵的容量,而优化目标主要影响储能设备的容量;在相同的运行策略下,增加优化目标可提升系统的综合性能;对于不同的方案,生命周期成本、碳排放、能耗等基础优化目标值变化较小,而电网购电率和热量浪费率变化较大;通过实施五目标优化,即在基础优化目标的基础上增加热量浪费率、电网购电率,系统的综合性能得到了显著提升,其中热量浪费率和电网购电率分别降低了62.30%和25.92%,可再生能源发电占比增加了2%。

关键词：数据中心多能互补分布式能源系统优化设计运行策略多目标蝗虫优化算法

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低风速风电场风电机组的粗糙度取值研究

太阳能学报 2019年第5期40卷 1381-1386页

作者：袁万彭秀芳胡煜中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司

基于风资源分析软件WAsP中的粗糙度理论,推导风电机组粗糙度的计算公式,通过与建立风电机组模型的结果比较验证公式有效性,据此分析低风速风电场中风电机组粗糙度的影响因素,结果表明,设置风电机组粗糙度和建立风电机组模型对发电量的... 详细信息

基于风资源分析软件WAsP中的粗糙度理论,推导风电机组粗糙度的计算公式,通过与建立风电机组模型的结果比较验证公式有效性,据此分析低风速风电场中风电机组粗糙度的影响因素,结果表明,设置风电机组粗糙度和建立风电机组模型对发电量的影响机理不同,风电机组的粗糙度与风电场平均风速、叶轮直径和轮毂高度呈正相关,与风电机组额定风速和风电机组间距呈负相关。

关键词：风速风电机组粗糙度风电场均匀布置

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块状风电场风力机布置优化分析

太阳能学报 2018年第6期39卷 1726-1734页

作者：项雯彭秀芳胡煜中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司

在块状风电场不同长宽组合条件下,利用WAs P软件对从4种不同布置思路出发建立的18种布置方案作计算对比。分析在平坦地形集中风向下,各布置方案的平均尾流损失值和年净发电量随场址范围的变化规律。对比计算结果推荐块状风电场风力机布... 详细信息

在块状风电场不同长宽组合条件下,利用WAs P软件对从4种不同布置思路出发建立的18种布置方案作计算对比。分析在平坦地形集中风向下,各布置方案的平均尾流损失值和年净发电量随场址范围的变化规律。对比计算结果推荐块状风电场风力机布置的最优方案,相比传统的规则性＂梅花形＂布置方案,推荐的最优布置方案无论从尾流损失还是从年净发电量方面考虑均具有优势。

关键词：风力机发动机优化布局发电量尾流损失值疏密

山地风电场塔筒-基础-地基相互作用有限元研究

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太阳能学报 2018年第7期39卷 2060-2066页

作者：袁万彭秀芳李剑锋中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司

采用ABAQUS软件建立风电机组上部结构-钢混基础-岩土地基相互作用的三维有限元模型,岩土地基采用弹塑性Drucker-Prager模型,对山地风电场中风电机组的结构静力性能进行研究。分析发现,塔筒主要呈弯曲型变形,顶部受机舱约束应力不为零;... 详细信息

采用ABAQUS软件建立风电机组上部结构-钢混基础-岩土地基相互作用的三维有限元模型,岩土地基采用弹塑性Drucker-Prager模型,对山地风电场中风电机组的结构静力性能进行研究。分析发现,塔筒主要呈弯曲型变形,顶部受机舱约束应力不为零;基础环需切实保证其与钢混基础的握裹作用,否则基础环中部易出现应力释放,导致局部屈服和过度变形;与刚体假设不同,钢混基础底部应力非线性,基底中心两侧会产生两处弯折变形,相应部位需增强配筋;荷载较大时,岩石地基会产生塑性应变;钢混基础、基础环、塔筒倾斜率自下而上逐级增大。

关键词：风电机组基础-地基相互作用有限元非线性分析弹塑性

大气稳定度对内陆低风速风电场发电量影响研究

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太阳能学报 2018年第8期39卷 2133-2138页

作者：袁万彭秀芳胡煜中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司

基于Monin-Obukhov相似理论,推导得出风速和Monin-Obukhov（M-O）长度之间的表达式,根据M-O长度与大气稳定度的关系,建立低风速区域不同大气稳定度下的风速区间。据此,使用Meteodyn WT软件对白天不同风速区间的大气稳定度进行划分并定... 详细信息

基于Monin-Obukhov相似理论,推导得出风速和Monin-Obukhov（M-O）长度之间的表达式,根据M-O长度与大气稳定度的关系,建立低风速区域不同大气稳定度下的风速区间。据此,使用Meteodyn WT软件对白天不同风速区间的大气稳定度进行划分并定向计算,将计算结果与均采用中性大气稳定度对比,结果发现：低风速区域,大气稳定度对内陆风电场的发电量具有一定影响,需考虑折减系数,发电量折减系数随白天低于中性大气强风阈值的实测风速比例增加而变大。

关键词：大气运动气象学风能大气稳定度 M-O长度

基于非平稳Gumbel分布模型的设计风速及抗风风险研究

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太阳能学报 2019年第11期40卷 3309-3315页

作者：王晓惠巫黎明张洋潘晓春中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司

随着全球气候变化,实测年最大风速序列呈现明显的非平稳性,传统的平稳分布模型在统计分析设计风速时难以得到满意的结果,为解决这一问题该文引入非平稳的极值I型(Gumbel)分布模型。在平稳分布模型中加入时间变量,采用广义极大似然估计方... 详细信息

随着全球气候变化,实测年最大风速序列呈现明显的非平稳性,传统的平稳分布模型在统计分析设计风速时难以得到满意的结果,为解决这一问题该文引入非平稳的极值I型(Gumbel)分布模型。在平稳分布模型中加入时间变量,采用广义极大似然估计方法(GML)进行参数估计。通过模型优劣对比,非平稳分布模型的适用性和可靠性均优于平稳分布模型。在非平稳分布模型的基础上,探讨设计风速取值及抗风风险。非平稳分布模型计算得到统计期末的设计风速小于平稳分布模型的取值约5%。非平稳分布模型给出每年抗风失效概率,解决平稳模型难以估算非平稳随机时间序列的风险问题。

关键词：设计风速非平稳时间序列抗风风险重现期 Gumbel

基于容量分解的电力直流电源系统蓄电池容量计算方法

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电网技术 2018年第3期42卷 966-972页

作者：李学斌解放张燚中国能源建设集团天津电力设计院有限公司

阐述了厂/站直流电源系统中阶梯负荷曲线及传统蓄电池容量计算方法,利用蓄电池容量换算系数表,得到任取的4种蓄电池的放电时间和所需蓄电池容量的系数关系曲线,分析了上述曲线的特点。基于放电初始阶段和后续阶段所需蓄电池容量的差异,... 详细信息

阐述了厂/站直流电源系统中阶梯负荷曲线及传统蓄电池容量计算方法,利用蓄电池容量换算系数表,得到任取的4种蓄电池的放电时间和所需蓄电池容量的系数关系曲线,分析了上述曲线的特点。基于放电初始阶段和后续阶段所需蓄电池容量的差异,提出将蓄电池容量分为基础容量和消耗容量,并研究了基础容量和消耗容量在蓄电池放电过程中的相互作用和变化趋势。在此基础上,针对典型事故放电曲线,提出了计算发电厂和变电站蓄电池容量的新算法,详细论述了新算法的计算过程及相比于传统算法的优势,最后研究了随机冲击负荷在新算法中的处理方式。采用传统电流换算法和新算法分别对5个典型放电曲线所需的蓄电池容量进行了计算,论证了新算法的合理性和有效性。

关键词：蓄电池容量计算容量换算法电流换算法阶梯负荷曲线

复杂地形下风资源软件Meteodyn WT的网格划分优化研究

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太阳能学报 2016年第12期37卷 3199-3206页

作者：袁万彭秀芳中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司南京211102

对风资源软件Meteodyn WT中传统的等步长网格划分方法进行分析,并提出基于风向频率优化的网格划分方法,推导相关计算公式。依据具体工程实例,对两种方法进行对比研究,结果表明:采用传统等步长划分网格时,软件划分网格的方式不随工程项... 详细信息

对风资源软件Meteodyn WT中传统的等步长网格划分方法进行分析,并提出基于风向频率优化的网格划分方法,推导相关计算公式。依据具体工程实例,对两种方法进行对比研究,结果表明:采用传统等步长划分网格时,软件划分网格的方式不随工程项目主风向的不同而改变;采用该文提出的基于风向频率优化的网格划分方法,网格划分方式与工程项目的风分布相一致,可更合理地利用计算机资源,提高计算效率,计算结果可靠,对于风场区域分布较大或主风向特别明显的复杂地形尤为适用。此外,还提出在Meteodyn WT中使用两种网格划分方法的一些建议。

关键词： Meteodyn WT 网格划分风向频率最小水平分辨率优化方法

能源领域碳系统结构优化和碳排放预测方法与实例验证

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煤炭学报 2023年第7期48卷 2657-2667页

作者：罗必雄张毅张力张武军程远林中国能源建设集团股份有限公司北京100022 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司湖南长沙410007

“碳达峰”和“碳中和”是事关全人类的一场社会性变革,如何准确的预测和降低碳排放是这场变革胜利的关键。为准确预测能源领域的碳排放量,采用多目标优化算法,以预测过程中的电力装机结构和能源消费结构成本最小化、结构更加清洁化以... 详细信息

“碳达峰”和“碳中和”是事关全人类的一场社会性变革,如何准确的预测和降低碳排放是这场变革胜利的关键。为准确预测能源领域的碳排放量,采用多目标优化算法,以预测过程中的电力装机结构和能源消费结构成本最小化、结构更加清洁化以及碳排放量最小化为目标,基于电力平衡、电量平衡和调峰平衡等能源安全考虑,采用一种混合测算模型对碳排放量预测过程中电力装机结构和能源消费结构进行优化,从而根据优化后的能源消费结构得到基于电力装机成本和能源消费结构成本最优的最小碳排放值。整个预测过程主要分成3个部分,首先根据LMDI分解方法解析能源领域碳排放影响因素,可得GDP对碳排放的正向驱动效应明显,能源消费强度和产业结构对碳排放的负向驱动效应明显;其次,对碳系统结构进行初步优化、基于初步优化后的结果预测初始碳排放值;最后,基于过程的合理性和准确性,给出了一种模型评估方法,采用关键指标验证方法来对预测过程中的电能占终端能源消费占比、非化石能源消费占比和碳强度累计下降率等约束性指标进行反馈验证,经关键指标验证和多重反馈调整,最终得到满足多目标函数约束和各约束性指标的碳排放值。采用中部某省的实际数据对优化和预测过程的可行性和可靠性进行了验证,结果表明,仅在达峰场景下,该省能满足达峰目标以及通过3个关键指标验证。

关键词：能源领域碳排放预测混合测算模型结构优化模型评估