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省间电力现货交易优化设计与定价机制

电力系统自动化 2024年第4期48卷 76-85页

作者：刘昊郭烨孙宏斌清华-伯克利深圳学院清华大学深圳国际研究生院电力规划设计总院电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 清华大学电机工程与应用电子技术系

在“碳达峰·碳中和”的目标驱动下，受新能源地理分布与随机性影响，以跨区域交易为媒介的区域间电能与灵活性互济重要性凸显。目前，中国正处于构建全国统一电力市场体系的关键阶段，需要有效的市场机制来管理省间电力现货交易。基于... 详细信息

在“碳达峰·碳中和”的目标驱动下，受新能源地理分布与随机性影响，以跨区域交易为媒介的区域间电能与灵活性互济重要性凸显。目前，中国正处于构建全国统一电力市场体系的关键阶段，需要有效的市场机制来管理省间电力现货交易。基于上述背景，设计了一种不依赖于跨区域投标者的省间电力现货交易方法。首先，提出了基于报价区的市场出清模型，采用分区边际定价的方法计算每个报价区的结算价格；然后，基于等效双边配对方法,按潮流贡献计算得到各区域间交易所需承担的输电费用；最后，采用算例验证了所提方法的有效性。与已有方法相比，所提方法在不依赖于跨区域投标者的前提下完成了跨区跨省电力交易，充分利用了输电线路容量，且市场出清过程中保护了各区域内部网架信息隐私。

关键词：省间电力现货交易市场出清结算方法输电费用定价机制

大电流密度过渡金属硫族化合物析氢催化剂界面工程展望（英文）

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第01期56卷 9-24页

作者：康馨余强敏张天昊胡书萁刘鹤鸣张致远刘碧录清华大学深圳国际研究生院清华-伯克利深圳学院&材料研究院深圳盖姆石墨烯中心

氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及... 详细信息

氢能是未来可持续社会中理想的能量载体,利用可再生能源电解水制取绿氢的技术受到研究人员的广泛关注.电解水制绿氢技术由实验室向工业应用跨越的前提是发展大电流密度下性能优异且稳定的电催化剂.析氢反应(HER)是一种非均相反应,涉及催化剂-基底、催化剂-电解液、催化剂-气体三个界面.界面性质会影响电化学传质行为、电荷传输行为和催化剂的力学性质,从而影响大电流密度下制氢性能.因此,优化界面结构和性质是提升大电流密度下电解水催化剂性能并解决电解水技术工业应用挑战的关键.二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)具有电子结构可调、活性位点丰富、合成方法多样等优势,自1976年首次应用于光电催化水分解反应、加氢脱硫反应以来,已有大量工作报道了TMDCs催化剂应用于HER.本文以TMDCs催化剂为例研究界面工程对大电流密度下HER的提升作用及机制.探讨了电化学反应中上述三个界面上发生的物理化学过程,系统分析了大电流密度下质量传输、电荷传输速率受限和力学强度不足三方面挑战,并总结了适用于大电流密度的催化剂性能描述符.分别归纳了针对以上三个界面的界面工程策略及相应作用,简要概括为:(1)催化剂-基底界面结合力增强、界面电阻降低、界面电子结构调控等策略;(2)催化剂-电解液界面形貌调控、表面化学、电解液环境调控等策略;(3)催化剂-气体界面疏气性调控、外场作用等策略.从反应机理研究、膜电极界面设计及电解槽界面性质调控三个角度对电解水反应界面工程未来的发展与应用提出了建议及展望.在反应机理方面,大电流条件下的界面性质如界面电阻、传质行为等仍需更深入的认识.在膜电极中,催化剂、离子交换膜、离子型聚合物、气体扩散层所形成的多元界面,尤其是催化剂-膜界面、催化剂-气体扩散层界面的结构仍需进一步优化以提升膜电极的活性及稳定性.在电解槽界面性质调控方面,催化剂-基底界面结合力等参数与催化剂寿命间的关系,电解过程中界面处的温度场及流场分布,适配于实际生产系统的电流密度等仍需深入研究.综上,本文从基本物理化学过程、策略及作用、挑战与展望等多个方面介绍了界面工程.本文有助于研究人员理解非均相电化学反应过程中界面的重要作用,提出催化剂、膜电极、电解槽界面设计新策略,并开发新型表征方法以深入对界面性质的认识,推动高效电解水技术的开发及应用.

关键词：界面工程电化学制氢反应大电流过渡金属硫族化合物膜电极

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超表面光场成像研究现状及展望(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第16期61卷 91-115页

作者：金欣龙振威曾云辉清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055 鹏城实验室广东深圳518055

光场成像由于其快速记录光线方向、深度的体成像能力,在生命观测、工业检测等领域具有重要的科学意义和应用前景。超表面光场成像技术将超表面技术与光场成像技术有机结合,为实现更高性能、更轻便和更多样化的光场调控与感知提供了全新... 详细信息

光场成像由于其快速记录光线方向、深度的体成像能力,在生命观测、工业检测等领域具有重要的科学意义和应用前景。超表面光场成像技术将超表面技术与光场成像技术有机结合,为实现更高性能、更轻便和更多样化的光场调控与感知提供了全新的路径和方法。本文简要综述了超表面光场成像技术的发展,根据超表面实现功能与参数设计的方法差异,将现有工作分为基于物理机理推演、基于逆向设计和基于端到端设计三类。基于物理机理推演的方法又依据所优化的光场成像性能,分解为分辨率优化、扩大视场、增加景深、深度感知等方面的性能突破。通过实验对比端到端设计与多种基于物理机理推演的设计方案在考虑景深的彩色成像时性能差异,展示了端到端设计的优势与潜力。最后探讨了超表面光场成像在端到端设计方法、高性能光场捕获、微型集成化系统三个方面所面临的技术难点,展望了超表面光场成像的发展方向。

关键词：光场成像超表面光场成像端到端设计光场感知

整合设计策略下的工程化类器官与类器官芯片技术

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合成生物学 2024年第4期5卷 883-897页

作者：胡可儿王汉奇黄儒麒张灿阳邢新会马少华清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055 清华-伯克利深圳学院广东深圳518055 工业生物催化教育部重点实验室北京100084 深圳湾实验室广东深圳518107

类器官和类器官芯片技术是一种由干细胞或特定类型的细胞在体外培养而成的模拟真实器官功能和微环境的三维组织结构,帮助研究者更准确地研究生物过程、疾病机制,为体外疾病模型的建立、药物筛选和个性化医疗提供了新的可能性。然而,当... 详细信息

类器官和类器官芯片技术是一种由干细胞或特定类型的细胞在体外培养而成的模拟真实器官功能和微环境的三维组织结构,帮助研究者更准确地研究生物过程、疾病机制,为体外疾病模型的建立、药物筛选和个性化医疗提供了新的可能性。然而,当前类器官模型的构建还存在无法全面、准确模拟体内生物过程的诸多问题。为应对这一挑战,本文将讨论利用基于工程化原理的整合设计策略,指导类器官与类器官芯片技术的进一步优化,并通过将器官发育和疾病发展中的生物要素与跨学科工程方法建立合理的系统性联系,实现类器官在时间维度和空间维度上高度模拟体内器官自组织过程、结构与形态构建、生物功能获取的目标。进一步,利用整合高维数据集的数字孪生类器官系统,实现对类器官与类器官芯片的大数据管理、分析、追踪,将有助于更准确地进行疾病分析、指导预测、提出提前干预方案,推动精准医疗向“治未病”时代的进步。

关键词：工程化类器官类器官芯片整合设计策略跨学科数字化类器官

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基于高压微流控芯片的水合物相变与气泡演化研究

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力学学报 2024年第6期56卷 1615-1623页

作者：张吉东殷振元李清平李淑霞焦红梅刘晓惠海洋天然气水合物全国重点实验室北京100028 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055 北京怀柔实验室北京101499 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

天然气水合物因其巨大的资源量与高能量密度而被视为一种前景广阔的能源.理解孔隙尺度下天然气水合物生成与分解动力学及气-水-水合物三相分布对优化天然气水合物开采工艺至关重要.文章设计了一种新型的高压微流控可视化实验装置(最高耐... 详细信息

天然气水合物因其巨大的资源量与高能量密度而被视为一种前景广阔的能源.理解孔隙尺度下天然气水合物生成与分解动力学及气-水-水合物三相分布对优化天然气水合物开采工艺至关重要.文章设计了一种新型的高压微流控可视化实验装置(最高耐压19.0 MPa),可实现孔隙尺度下气体水合物生成和分解相变的直接观测.首先,观测并分析了南海神狐海域温压条件下(压力15.5 MPa)甲烷水合物的成核与生长过程.通过图像识别算法分析了热激法下3种升温速率(0.5,2.0和8.0 K/h)对甲烷水合物分解动力学与气泡演化规律.实验结果表明,孔隙中存在两种不同的甲烷水合物生成机制:(1)甲烷气泡主导生成的气-水-水合物三相共存的疏松多孔型水合物;(2)水中溶解相甲烷主导生成的致密单晶型水合物.其中,单晶型水合物包裹在多孔型水合物周围并呈树突状生长,在接触甲烷气泡时会诱导多孔型水合物的快速成核与生长.水合物分解过程中,气-水-水合物三相共存的多孔型水合物优先分解,单晶型水合物相对稳定,其分解温度高于多孔型水合物约0.3 K.孔隙内水合物分解后产生明显的气泡聚集与融合现象,气泡平均直径为60~100μm.提高升温速率显著加快了水合物分解速率,更有利于气泡融合,造成较大气泡在孔隙内分布.本研究为甲烷水合物在孔隙尺度下生成、分解与微米级气泡演化提供直接实时观测证据,研究结果对深入理解水合物分解动力学与水合物沉积物两相渗流理论提供基础支撑.

关键词：甲烷水合物高压微流控水合物形貌气泡演化相变动力学多孔介质

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分布式优化在互联电网中的应用分析及展望

电力系统自动化 2024年

作者：刘海天郭烨石剑涛周建国刘昊孙宏斌清华-伯克利深圳学院清华大学深圳国际研究生院电力规划设计总院电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学) 清华大学电机工程与应用电子技术系

在新能源随机性与波动性的影响下，互联电网能量与灵活性的跨区域互济重要性凸显，有效的分布式优化算法是不可或缺的技术支撑。为了在互联电网不同运行层级的重要场景中选择适宜的算法，文中归纳了分布式优化建模和求解的一般原理，并... 详细信息

在新能源随机性与波动性的影响下，互联电网能量与灵活性的跨区域互济重要性凸显，有效的分布式优化算法是不可或缺的技术支撑。为了在互联电网不同运行层级的重要场景中选择适宜的算法，文中归纳了分布式优化建模和求解的一般原理，并提出将现有分布式算法分为原始可行方向、对偶可行方向、原对偶、切平面、列生成和多参数法6类。针对互联电网的多区域输电网协同调度、输配协同优化调度以及配电网分布式资源协同调度不同运行层级这3个重要场景，阐明了采用分布式优化的必要性，总结了统一的变量/约束耦合问题的典型建模及变换关系，并分析了6类算法在各场景的实施情况和应用优缺点。针对分布式优化在互联电网3个重要场景应用存在的问题，从物理场景、数学模型以及算法整体角度进行了分析，并给出了不同场景的算法选取建议。结合配电网运行新场景、数学建模新问题、算法设计新技术，展望了未来互联电网应用分布式优化的方向。

关键词：分布式优化互联电网多区域输电网协同调度输配协同调度配电网分布式资源协同调度

考虑微观选址的分布式海上风电制氢容量优化配置

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电力系统自动化 2024年

作者：杜云飞沈欣炜郦洪柯李佳蓉陆柏安清华大学电机工程与应用电子技术系中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司清华大学深圳国际研究生院

海上风电制氢是提升海上风电场经济性与风电消纳率的重要发展方向，其中，分布式制氢由于无须配备昂贵的高压海底电缆和海上变电枢纽平台，是深远海风电场制氢可预期的首选方案。然而，尾流效应的存在使得不同微观选址方案下的分布式平... 详细信息

海上风电制氢是提升海上风电场经济性与风电消纳率的重要发展方向，其中，分布式制氢由于无须配备昂贵的高压海底电缆和海上变电枢纽平台，是深远海风电场制氢可预期的首选方案。然而，尾流效应的存在使得不同微观选址方案下的分布式平台制氢能力存在差异，并进一步影响电解槽的容量优化配置。因此，以分布式海上风电制氢平准化制氢成本（LCOH）最小化为目标，提出了考虑微观选址的电解槽容量优化配置方法。首先，对基于Larsen尾流模型的平台间耦合特性、单个平台内风机与电解槽运行特性进行建模，并嵌入所提出的电解槽容量优化配置模型。其次，在容量优化配置模型中同时考虑平台的微观选址，基于分解-协调的思想，将原问题拆分并迭代求解。最后，以中国江苏省某深远海域实际数据为例进行仿真验证，所得方案的LCOH与既有方案相比大幅降低，验证了所提容量优化配置方法的有效性。

关键词：分布式海上风电制氢容量优化配置微观选址平准化制氢成本

合成生物学表型测试生物反应器及其装备化研究进展

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合成生物学 2024年第1期5卷 16-37页

作者：郭肖杰剪兴金王立言张翀邢新会清华大学化学工程系生物化工研究所北京100084 工业生物催化教育部重点实验室北京100084 清华大学无锡应用技术研究院生物育种中心无锡214000 清华大学合成与系统生物学中心北京100084 清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院深圳518055

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,... 详细信息

合成生物学经过多年的发展,形成了典型的细胞工厂创制“设计-构建-测试-学习”(design-build-testlearn,DBTL)循环,成为支撑面向加速生物制造发展的智慧生物育种的重要方法。其中,测试环节是对前期所设计与构建的生物体系进行表型测试,以提供大量数据用于后续的学习和迭代升级。测试阶段的通量主要依赖于细胞自身或其培养测试所使用的生物反应器及其装备,是整个DBTL流程的限速步骤。本文系统综述了合成生物学表型测试所开发的面向不同通量的生物反应器及装备,从单细胞检测和筛选及不同尺度生物反应器包括皮纳升级生物反应器、微升级生物反应器、毫升级生物反应器和升级生物反应器等,系统地介绍了各自的特点和应用场景。同时,指出了现有生物反应器及其装备的应用潜力、面临的挑战与发展趋势,为合成生物学表型测试技术研究提供重要参考。

关键词：合成生物学高通量筛选液滴微流控生物反应器微孔板微型管式生物反应器

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锂离子电池分数阶模型的多参数在线辨识方法

电源学报 2024年第S1期 78-88页

作者：侯爽冬雷杨耕贾彦博张殷耀马宏伟中国电源学会北京理工大学自动化学院清华大学自动化系

锂离子电池分数阶模型由于含有表征老化机理的参数，被用于电池老化研究并期望据此实现在线的电池老化过程探究。在电池的有限使用工况和产品级检测条件下实现对该模型尽可能多的老化参数的在线辨识，将有助于该模型的在线应用。基于此... 详细信息

锂离子电池分数阶模型由于含有表征老化机理的参数，被用于电池老化研究并期望据此实现在线的电池老化过程探究。在电池的有限使用工况和产品级检测条件下实现对该模型尽可能多的老化参数的在线辨识，将有助于该模型的在线应用。基于此，提出1种基于反向传播神经网络的多参数在线辨识方法。首先通过分析典型工况下参数灵敏度确定在线辨识的参数集，然后基于电池老化规律设计网络以及网络训练算法以提高辨识速度和准确性，同时设计验证方法以保证辨识参数的收敛性，仿真和实验结果验证在线辨识方法的辨识速度和准确性。

关键词：锂离子电池参数辨识反向传播神经网络