特邀专稿

• “双碳”目标下燃煤电厂灵活性改造及政策建议

  王志轩;张晶杰;董博;石丽娜;李硕;杨帆;谷建功;

  双碳目标下，以新能源为主的可再生能源将实现规模化发展，煤电将向基础保障性和系统调节性电源并重转型。推动燃煤电厂灵活性改造，是增加新能源消纳能力、推动新能源高质量发展的重要举措。本文系统介绍了中国的煤电现状及新定位，梳理了中国“三改联动”中煤电灵活性改造进展情况，评价了灵活性改造实施效果，聚焦影响煤电机组灵活性运行的主要技术问题，研究分析了灵活性改造典型技术路线及其经济性。借鉴欧美提升煤电灵活性的市场经验，从加强规划引导、完善支持政策、发挥市场作用、确保运行安全等方面提出了推进灵活性改造、促进煤电产业转型发展的政策建议。

  2024年03期 v.40;No.194 213-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 1142K]
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新型电化学储能材料与器件

• 钾离子电池硬碳负极材料研究进展

  张博;张贺贺;马妍姣;

  随着大规模储能系统需求的不断攀升，具有成本和资源优势的钾离子电池引起了广泛的关注。在实际应用中，硬碳因其来源广泛、价格低廉、环境友好、结构可调控性高等优点而被认为是钾离子电池最具潜力的负极材料之一。硬碳负极仍然面临比容量有限、嵌钾可逆性低、倍率性能差等问题。本文系统地总结了钾离子电池硬碳负极材料的研究进展，介绍了硬碳的微观结构特征以及电化学储钾行为，阐述了微观结构和储钾机理之间的构效关系。针对硬碳负极存在的挑战，本文总结提出了结构调控、杂原子掺杂、电解液优化等3种提升储钾性能的策略。对未来钾离子电池硬碳负极研究的发展方向进行了展望，包括新型材料设计、电解液设计优化和深入理解电极反应机制等方面，有助于推动钾离子电池硬碳负极材料的进一步发展。

  2024年03期 v.40;No.194 221-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 1888K]
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• 多元电化学储能技术综述

  展浚哲;史泽中;汪涛;

  在双碳背景下，全球正大规模发展风电、光伏等新能源。新能源具有随机性、间歇性和波动性，需结合高性能低成本的储能系统进行使用。电化学储能技术具有高能量密度、高效能转化、长循环寿命、绿色环保和便携性等优点，符合对储能的各项要求，被广泛地应用于可再生能源、电动汽车、微电子产品以及未来智能电网中。为研究电化学储能技术的发展前景，本文将电化学储能与传统储能方式进行对比，重点突出其优势；详细介绍了电化学储能系统的组成单元及各自的工作原理；对锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池和钾离子电池4种主流电化学储能体系的研究进行了总结归纳，详细介绍了正负极材料、电解质、隔膜及工作原理，阐明当前面临的问题及合理的解决方案。以期为电化学储能体系、材料和应用提供参考，为其发展提供借鉴。

  2024年03期 v.40;No.194 237-249页 [查看摘要][在线阅读][下载 1542K]
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• 聚多巴胺@碳纳米管复合材料在钠基双离子电池中的应用研究

  宋振齐;黄新羽;陈素华;

  双离子电池因其能量密度高、安全性高和成本低等优点而被广泛关注，但受限于阴离子大的离子半径，寻找具有稳定结构的正极材料成为促进双离子电池发展的关键。针对传统正极材料储存阴离子能力有限以及电池循环寿命短的问题，通过将适量碳纳米管均匀分散在去离子水中，然后加入适量多巴胺，在碳纳米管表面构筑聚多巴胺包覆层制备钠基双离子电池正极（命名为PDA@CNTs）。结果表明，碳纳米管提高复合材料的导电性进而提升其倍率性能，还为多巴胺原位聚合提供三维碳骨架从而显示出更多的活性位点，实现高的可逆容量。以PDA@CNTs为正极、金属钠为负极组装的半电池表现出优异的电化学性能：在0.1 A/g电流密度下，循环50次时，可逆容量为108.1 mA·h/g，容量保持率为81.5%，与纯碳纳米管材料对比，取得明显的优化效果。通过该方法，增加材料的导电性和活性位点，进而提高正极材料的可逆容量和倍率性能，对于双离子电池的商业应用具有良好的指导意义。

  2024年03期 v.40;No.194 250-257页 [查看摘要][在线阅读][下载 1097K]
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• 金属有机骨架衍生CoS_2/NC作为高性能钠离子电池负极的研究

  傅世郑;安鹏燕;董默涵;王舒冉;杨浩;王子丹;边煜华;刘朝孟;

  随着能源的持续消耗和需求量日益增加，电化学储能器件飞速发展。钠离子电池作为锂电的替代储能体系成为研究重点，电极材料作为关键组成部件对电池的性能起着重要作用。过渡金属硫化物因其高理论比容量可作为钠电负极而备受关注，且储量丰富，价格低廉，但是存在离子存储过程的氧化还原反应导致体积变化引起结构退化等问题。本文以高容量的硫化钴作为研究对象，设计在一个相对刚性的基体中束缚住硫化钴颗粒，限制离子插嵌过程中硫化钴的体积膨胀。主要通过溶剂热法制备金属有机骨架ZIF-67，以ZIF-67为前驱体，经高温碳化及硫化反应，合成氮掺杂碳包覆CoS_2纳米颗粒的复合材料（CoS_2/NC）。采用X射线衍射等研究方法对其进行测试，揭示了CoS_2/NC的储钠机理。结果表明：CoS_2/NC负极材料具有极高的比容量和良好的循环稳定性，在60 mA/g电流密度下的比容量达到了599.6 mA·h/g，在1 200 mA/g电流密度下循环500圈后仍可保持455.4 mA·h/g的高容量。较小的电化学阻抗和较高的电容贡献率保证了电极材料优良的倍率性能和大电流密度下的循环性能。CoS_2/NC电极表现出优异的储钠性能，有望成为下一代高性能负极材料。改性策略操作简单、效果显著，可以广泛应用于其他电化学储能器件中。

  2024年03期 v.40;No.194 258-265页 [查看摘要][在线阅读][下载 1198K]
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• 基于工质相变的变容储气A-CAES系统技术经济性分析

  张留淦;邓硕;叶楷;陈龙祥;

  绝热压缩空气储能（adiabatic compressed air energy storage,A-CAES）系统通常采用恒容储气的方式储存空气，导致空气不能完全从储气装置内释放，存在能量储存密度低、单位储气成本高的问题。为此提出了基于工质相变的变容储气A-CAES系统，通过借助外部工质的压力迫使空气完全从储气装置中释放。然而，采用变容储气的方式增加了储气装置复杂性和设备投资成本。因此，本文对基于工质CO2相变的变容储气A-CAES系统进行了技术经济性分析，并与恒容储气A-CAES系统进行了对比。结果表明，基于工质相变的变容储气A-CAES系统的能量储存密度为28.30 MJ/m3，比恒容储气A-CAES系统的储能密度提高了83.65%。采用变容储气的方式可以使储气装置的单位储气成本从49.17元/kg降低至36.59元/kg。在整个系统运行周期内，基于工质相变的变容储气A-CAES系统的动态投资回收期和项目净现值分别为7.36 a和101 427.85万元，比恒容储气A-CAES系统减少了1.45 a和增加了3 831.74万元。基于工质相变的变容储气A-CAES系统具有较好的应用前景。

  2024年03期 v.40;No.194 266-275页 [查看摘要][在线阅读][下载 1345K]
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• 光伏储能电站不同储能形式经济性对比分析

  康渭滨;寇明鑫;张文文;俞福友;张建鹏;

  新能源电站配备储能是能源发展的重要趋势，储能电站可以平抑新能源出力的波动，提高能源利用率和电网安全性。为比较不同类型的储能电站与光伏电站联合运营的经济效益，针对储能电站建立了电量模型、经济模型和成本模型，并以甘肃某10万k W光伏电站项目为研究对象，研究了光伏电站配备不同储能形式的经济性和控制策略。采用了一种基于距离的K-means聚类分析法来合并相似场景提炼原始数据，比较了单独配备磷酸铁锂电池储能、单独配备压缩空气储能以及压缩空气与磷酸铁锂电池耦合储能3种配置方式的经济性。结果显示：单独配置磷酸铁锂电池储能经济性最高，投资回收期为7.16 a；压缩空气与磷酸铁锂电池耦合储能的经济性次之，投资回收期为8.93 a；单独配置压缩空气储能的经济性最低，投资回收期为9.03 a。

  2024年03期 v.40;No.194 276-285页 [查看摘要][在线阅读][下载 1243K]
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• 谷电储能供暖系统优化设计方法

  孙婉玉;蒋天茁;付强;王昌龙;

  为应对北方清洁供暖，本文提出了一种谷电储能供暖系统，旨在充分利用地热能和储能技术的优势，满足冬季清洁供暖。首先，对该系统进行了介绍。然后，针对该系统提出了一种优化设计方法，在系统满足建筑在典型年的逐时热负荷要求的基础上，以典型年的年化总成本（包括年化初始成本和年化运行成本）为目标函数，进而通过求解最小目标函数对各设备容量进行优化设计。其中，在典型年的年化运行成本计算中，将所采用的系统运行策略进行了详细介绍。最后，以北方地区某多层办公建筑冬季供暖为例进行计算。在未采用优化设计方法前，系统所需的年化总成本为84.26万元，而采用该方法后，该系统所需的最小年化总成本为61.90万元。经过优化设计后，地源热泵机组额定制热量、蓄热水箱体积以及电锅炉额定制热量的最佳容量分别为1 276 369 W、1 022 m~3和2 604 791 W。本文提出的综合能源复合系统及其优化设计方法为北方地区提供了清洁供暖的选择，对我国能源转型具有重要意义。

  2024年03期 v.40;No.194 286-295页 [查看摘要][在线阅读][下载 1177K]
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• 钴锌双金属硫化物微球负极材料的合成及性能测试

  郭建良;李洪峰;韩松;郑辉;倪斌;诸慧;杨宏训;

  当前商业化的锂电池中的石墨负极材料的容量较低，限制了其在大功率设备等方面的应用。金属硫化物价格低廉、具有高的理论容量和优异的物理化学性能，应用于锂离子电池的负极材料有潜在优势。但循环性能和倍率性能交叉是金属硫化物大量应用的主要障碍。双金属硫化物相较于单金属硫化物，空间结构更丰富、组成更多变，具有更丰富的氧化还原反应电位、较高的电化学活性以及更高的电导率。本文以寻找和开发具有高容量密度、长循环寿命和高倍率性能的双金属硫化物新型电极材料为目的，通过简单水热法在100、150、200℃下合成了钴锌双金属硫化物（CoZn_2S_4）样品。使用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、能量色散X射线谱对合成的钴锌双金属硫化物（CoZn_2S_4）样品进行分析表征并进行电化学性能测试。分析发现：Co Zn_2S_4有多孔微结构，150、200℃下合成CoZn_2S_4的多孔微结构较好，可提高电极材料与电解液的接触面积，并且提供额外的空间，以适应在电化学充放电过程中的体积变化。100 mA/g的电流密度下，200℃下合成CoZn_2S_4初始放电容量、初始充电容量分别为1 038.7、1 296.2 mA·h/g,150℃下合成CoZn_2S_4初始放电容量、初始充电容量分别为497.7、757.6 mA·h/g，且循环100圈后仍表现出931.8 mA·h/g的可逆容量，容量保持率为69%。结果表明：200℃下合成了钴锌双金属硫化物（CoZn_2S_4）作为锂电池负极材料时，可逆性、循环性能、倍率性能更好。

  2024年03期 v.40;No.194 296-303页 [查看摘要][在线阅读][下载 1154K]
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清洁发电

• 混酸协同浸出火电行业废脱硝催化剂中钒的实验研究

  李扬;李杰;程文婷;

  根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》有关规定，烟气脱硝过程中产生的废钒钛系催化剂因其毒性对生态环境和人体健康产生有害影响，被列为危险废物（HW50 772-007-50），因此对其中有价金属特别是钒金属进行提取是非常重要的技术手段和解决方案。本文考察了不同无机酸与有机酸组合对废钒钛系催化剂中钒元素的浸出效果，在搅拌转速500 r/min、液固比20 mL/g、反应温度110℃和浸出时间5 h的相同条件下，优选出了硫酸-草酸组成的混酸。对该组合进行了工艺优化，结果表明，当液固比为20 mL/g、硫酸浓度为20 wt%、草酸浓度为0.3 mol/L、反应温度为140℃和浸出时间为7 h时，钒元素的浸出率最大为95.65%。在最优工艺条件下得到的浸出渣主要成分为锐钛矿型二氧化钛，对其浸出后的比表面积和孔结构分析，与浸出前的状态相比，浸出渣的比表面积增大了13.5%，平均孔容也有所增加，表明其可以作为原料重新回收利用。

  2024年03期 v.40;No.194 304-312页 [查看摘要][在线阅读][下载 1239K]
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• 基于CIFE-FOA-DELM的SCR脱硝入口NOx浓度预测方法研究

  董威;林子杰;王雅昀;

  针对脱硝入口NOx浓度监测值作为脱硝前馈输入导致的喷氨控制滞后问题，提出了基于炉膛参数的脱硝入口NOx浓度CIFE-FOA-DELM预测方法。采用互信息特征选择方法进行预测模型的特征变量筛选；引入经果蝇寻优算法优化的深度极限学习建立NOx浓度预测模型；并利用某660 MW火电机组历史运行数据进行模型验证，与反向传播、支持向量机、深度极限学习机、FOA-SVM模型的预测结果进行对比。结果表明：CIFE-FOA-DELM预测方法具备更高的预测精度，平均绝对百分比误差S_(MAPE)、均方根误差S_(RMSE)、拟合优度R~2分别为0.261%、1.384、0.965。与CEMS监测数据对比，脱硝入口NOx浓度预测值提前了180 s，有利于解决喷氨控制滞后问题。

  2024年03期 v.40;No.194 313-320页 [查看摘要][在线阅读][下载 1345K]
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• 某垃圾焚烧发电机组脱硝催化剂失活原因分析

  王霂晗;宋绍伟;王慧贤;庄柯;林正根;徐莲莲;

  针对某垃圾焚烧发电机组使用的蜂窝式脱硝催化剂，以4 000 h为周期对其进行定期检测。利用物理吸脱附分析仪、X射线荧光光谱分析仪、脱硝催化剂全尺寸性能评价装置对新催化剂、失活催化剂的化学组成、物理特性及催化性能分别进行了分析表征和检测评价。结果表明，催化剂运行4 000 h后，表面钠、钾、钙含量增加，钒、钨两种氧化物的含量递减，由于钠、钾、钙的氧化物在催化剂表面富集覆盖了部分钒和钨造成的；催化剂运行16 000 h后，催化剂表面的比表面积和孔容分别下降了43.06%、33.33%，平均孔径增大了80.99%，由于烟气中的碱金属和碱土金属元素在催化剂表面富集，导致部分催化剂微孔结构丧失、活性位数量减少，从而影响了催化剂性能的发挥；由于第一层催化剂直接面对烟气，表面容易吸附、堆积烟气中的碱金属、碱土金属氧化物，经检测第一、二层催化剂的活性分别下降到初始活性的41.4%和57.1%，第二层催化剂受影响较小。两层催化剂串联可满足机组脱硝率65%的要求，其氨逃逸浓度为3.87 mg/m~3，超出国家相关标准要求。

  2024年03期 v.40;No.194 321-328页 [查看摘要][在线阅读][下载 1070K]
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• 专栏执行主编寄语 新型电化学储能材料与器件

  汪涛;陈欢;

  <正>2021年7月国家发展改革委、国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，意见指出要坚持储能技术多元化，推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用，实现液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期，加快钠离子电池等技术开展规模化试验示范，着重强调了电化学储能技术的重要性。国家能源局《2023年能源工作指导意见》指出，2025年风电、光伏发电量占全社会用电量的比重达到16.5%左右。风光等新能源发电存在间歇性、需加入储能系统进行调节使用。相比之下，电化学储能技术具有高能量密度、高效能转化等优势，有望大规模应用于可再生能源存储。然而，当前的电池储能技术存在存在一系列挑战，如循环寿命、安全性、高低温性能等，这些挑战背后与储能材料与器件息息相关。研发新型电极材料和结构，构建新型电池体系和器件对推进电化学储能技术全面落地具有重大意义。

  2024年03期 v.40;No.194 209-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 676K]
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