基于能源枢纽建模的高速公路综合能源系统多目标运行优化研究

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作者 王宁玲 杨超云 +4 位作者 王家奇 张勇 王丽霞 段立强 李承周 《华北电力大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期119-131,共13页

面向国家双碳目标,公路交通能源结构发生了深刻变革,特别是极端气候条件和复杂应用场景给公路交通的能源需求与经济低碳运行带来极大不确定性。考虑公路交通用能特性与不确定性影响,构建了包括供给侧、转换侧和负荷侧3个子模块的高速公... 面向国家双碳目标,公路交通能源结构发生了深刻变革,特别是极端气候条件和复杂应用场景给公路交通的能源需求与经济低碳运行带来极大不确定性。考虑公路交通用能特性与不确定性影响,构建了包括供给侧、转换侧和负荷侧3个子模块的高速公路综合能源系统,基于能源枢纽方法建立了风、光、电、冷、热、气、氢以及多态储能间的能量转换特性模型。综合考虑系统能量平衡、设备约束、功率约束等因素,建立了计及系统经济性和低碳性的多目标优化调度模型,得到夏季典型日和高温节假日的多能源优化调度策略,并开展车流量和碳价等因素的敏感性分析。结果表明,针对夏季高温和节假日等复杂应用场景,所提出的多目标调度模型和运行优化策略可以降低公路交通系统的碳排放量和含碳运行成本。 展开更多

关键词 能源枢纽 高速公路综合能源系统 多目标优化调度 复杂场景分析 碳价

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电磁式互感器二次电缆引起 MMC 孤岛系统高频谐振机理研究

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作者 程鹏 任倩 +2 位作者 盛诗雯 罗成 沈禹辰 《电力系统保护与控制》 北大核心 2025年第19期89-100,共12页

随着“双碳”战略推进,我国大力发展风电、光伏等新能源。处于电网末端的新能源场站因缺乏交流电源支撑,需依赖柔性直流输电技术(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)实现并网,但电力电子变流器的广泛... 随着“双碳”战略推进,我国大力发展风电、光伏等新能源。处于电网末端的新能源场站因缺乏交流电源支撑,需依赖柔性直流输电技术(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)实现并网,但电力电子变流器的广泛应用引发了高频谐振的问题。首先,针对新能源场站经柔直并网中的高频谐振问题,建立了包含电磁式电压/电流互感器及其二次电缆在内的MMC孤岛系统主回路与控制环节的数学模型。其次,用π型电路等效电磁式电压/电流互感器二次电缆并对其进行特性分析。然后,对综合考虑电磁式电压/电流互感器二次电缆的MMC孤岛系统展开稳定性分析,明确了电磁式电压/电流互感器二次电缆的传变特性导致孤岛系统发生高频谐振的机理。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证。结合现场试验,证明了所提电磁式电压/电流互感器二次电缆引起孤岛系统高频谐振机理的准确性。 展开更多

关键词 电磁式电压互感器 电磁式电流互感器 模块化多电平变流器 高频谐振

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多情景下我国氢能产业中长期供需结构及碳排放模拟研究 被引量：1

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作者 许传博 王乐凯 +4 位作者 史超凡 秦光宇 刘建国 刘琦 刘畅 《气候变化研究进展》 北大核心 2025年第2期221-235,共15页

对不同情景下我国氢能中长期供给和需求结构进行模拟预测。首先,设置基准、积极和强化情景,构建自下而上的低排放分析平台(LEAP)模型,对多情景下交通、工业和建筑等终端部门的氢能中长期需求进行预测;其次,测算计及碳排放的8类制氢方式... 对不同情景下我国氢能中长期供给和需求结构进行模拟预测。首先,设置基准、积极和强化情景,构建自下而上的低排放分析平台(LEAP)模型,对多情景下交通、工业和建筑等终端部门的氢能中长期需求进行预测;其次,测算计及碳排放的8类制氢方式的平准化单位制氢成本(LCOH),并基于成本学习曲线预测未来成本趋势;最后,以最小化制氢成本为目标函数,构建氢能供给结构优化模型,得出2025—2060年各类制氢方式的占比,模拟碳排放演化过程。结果显示:从消费结构来看,工业部门占据了氢能消费的主导地位,2060年积极情景占比65%,交通是重要的氢能消费增长点;从供给结构来看,短期内仍以化石能源制氢供给为主,碳捕集与封存技术起到重要的过渡作用,远期逐渐形成以绿氢供应为主体的制氢结构,2060年可再生能源制氢比例将达到75%;从碳排放来看,得益于制氢产业结构的清洁化转型,碳排放将从2023年的6.18亿t下降至2060年的1.03亿t,2030和2060年关键时点的碳排放下降相较其他时点更显著。基于上述研究结果,提出了促进我国氢能产业高质量发展的政策建议。 展开更多

关键词 氢能 需求预测 供给优化 经济性 情景设置

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多能源互补分布式能源系统集成研究综述及展望 被引量：54

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作者 李承周 王宁玲 +3 位作者 窦潇潇 杨志平 王利刚 杨勇平 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第18期7127-7149,共23页

分布式能源系统是能源革命发展的重要载体和推进手段,将在未来能源体系中占据重要地位;同时多能源互补是其发展的主要方向和关键特征,开展多能源互补分布式能源系统相关研究对我国的能源转型具有重要的意义。该文从资源量化表征与需求... 分布式能源系统是能源革命发展的重要载体和推进手段,将在未来能源体系中占据重要地位;同时多能源互补是其发展的主要方向和关键特征,开展多能源互补分布式能源系统相关研究对我国的能源转型具有重要的意义。该文从资源量化表征与需求预测、多能流建模、系统集成与规划、运行优化与主动能量调控、以及能源系统综合评价等5个方面对多能源互补分布式能源系统集成的发展现状进行分析,探讨未来可能的发展趋势和面临的挑战,为多能互补分布式能源系统未来基础及应用研究和行业发展提供一定的参考和建议。 展开更多

关键词 多能互补 分布式能源系统 多能流建模 能源规划 运行优化 综合评价

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氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望 被引量：79

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作者 许传博 刘建国 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2022年第3期89-99,共11页

加快发展氢能产业,是应对实现“碳达峰、碳中和”目标和保障国家能源安全的战略选择。氢储能具有跨季节、跨区域和大规模存储的优势,同时具备一定的快速响应能力,在新型电力系统的“源网荷”各个环节均有很强的应用价值。本文剖析了氢... 加快发展氢能产业,是应对实现“碳达峰、碳中和”目标和保障国家能源安全的战略选择。氢储能具有跨季节、跨区域和大规模存储的优势,同时具备一定的快速响应能力,在新型电力系统的“源网荷”各个环节均有很强的应用价值。本文剖析了氢储能相对其他储能技术的优势,阐述了新型电力系统对氢能的诉求,并构建了氢储能在新型电力系统“源网荷”中的应用价值体系。研究认为,氢储能在储存容量和放电时长等性能指标上可满足新型电力系统的要求,但在投资成本和转化效率方面与要求仍有一定差距;氢能系统与电力系统缺乏跨领域协同,氢储能在新型电力系统中的应用缺少相应的激励配套政策;在可再生能源制氢、电氢耦合运行控制和氢燃料电池发电等方面仍存在标准体系不健全甚至空白的问题。为此本文建议,现阶段应以效率高、成本低“电‒氢”广义氢储能方式为主,“电‒氢‒电”狭义氢储能方式为辅;充分发挥氢能市场、电力市场和碳市场力量,促进氢储能低碳低成本健康发展;积极探索氢能在不同距离尺度下的运输方式组合,解决氢能资源与负荷逆向分布难题;加快完善电氢耦合产业新型标准体系建设,抢占国际标准化制高点。 展开更多

关键词 氢储能 新型电力系统 氢储存技术 新能源发电

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计及多重不确定性的氢-电耦合热电联供系统配置优化

6

作者 张雨檬 李鑫 +3 位作者 王宁玲 杨志平 李承周 王利刚 《太阳能学报》 北大核心 2025年第9期399-407,共9页

针对光伏-燃料电池-电解池-储氢-锂电池耦合热电联供系统,建立电-氢转化技术路线与容量配置协同优化的混合整数线性规划模型。计及关键部件成本以及电-氢转化技术路线不确定性,可选择的技术有可逆固体氧化物电池、质子交换膜燃料电池、... 针对光伏-燃料电池-电解池-储氢-锂电池耦合热电联供系统,建立电-氢转化技术路线与容量配置协同优化的混合整数线性规划模型。计及关键部件成本以及电-氢转化技术路线不确定性,可选择的技术有可逆固体氧化物电池、质子交换膜燃料电池、质子交换膜电解池。结果显示,技术路线的选择和部件成本变化对用能成本有重要影响,用能成本范围为[0.40,1.15]元/kWh;可逆固体氧化物电池由于可以双模式运行,装备利用率及经济性较好,相较质子交换膜电池和锂电池更具优势。然而,当可逆固体氧化物电池成本达到2万元/kW且质子交换膜电解池成本低至0.25万元/kW时,质子交换膜电池储能技术路线经济性更优;当可逆固体氧化物电池和质子交换膜电解池成本分别高于1.6万元/kW、0.4万元/kW,且锂电池成本低至0.04万元/kWh时,仅适合采用锂电池作为储能部件,此时用能成本低于0.73元/kWh。 展开更多

关键词 氢 不确定性分析 燃料电池 电解池 容量优化

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燃料利用率和再循环比对可逆固体氧化物电池系统性能的影响分析

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作者 于诗魁 王丽霞 +2 位作者 李承周 张雨檬 王利刚 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第17期6854-6862,I0020,共10页

固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,实现电能与化学能之间高效转化的同时大幅提高装备利用率,因此应用推广潜力大。该文建立再循环可逆固体氧化物电池发电/制氢双模式系统仿真模型,从效率、电压和流量等参数的角... 固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,实现电能与化学能之间高效转化的同时大幅提高装备利用率,因此应用推广潜力大。该文建立再循环可逆固体氧化物电池发电/制氢双模式系统仿真模型,从效率、电压和流量等参数的角度解析燃料利用率与再循环比对可逆系统性能的影响机制。结果表明,发电模式下,提高燃料利用率可提高电堆输出功率,增大再循环比可通过减少燃料流量降低系统能耗,二者协同作用下系统效率最高可达52.07%;制氢模式下,提高燃料利用率可降低电堆制氢耗功,但增大再循环比使得电加热耗功减少的同时制氢耗功增大,二者共同作用下系统效率最高可达79.62%。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物电池 燃料利用率 再循环 性能分析 余热利用

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多股流紧凑式换热器优化设计方法:高温电解制甲烷系统案例分析

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作者 何芝飞 李承周 +2 位作者 杨志平 杜智宇 王利刚 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第18期7167-7176,I0012,共11页

“双碳”战略和可再生发电装机规模化发展背景下,固体氧化物电解(solid oxide electrolysis,SOE)制氢及其衍生物是解决可再生电力消纳的新途径。SOE高温运行需要配置换热器和风机等辅助部件维持系统内部热动力学平衡,合理的换热器设计... “双碳”战略和可再生发电装机规模化发展背景下,固体氧化物电解(solid oxide electrolysis,SOE)制氢及其衍生物是解决可再生电力消纳的新途径。SOE高温运行需要配置换热器和风机等辅助部件维持系统内部热动力学平衡,合理的换热器设计对于提高系统紧凑性和能效具有重要意义。该文提出一种基于非支配排序遗传算法的多股流紧凑式换热器多目标优化设计方法,对多股流板翅式换热器外形尺寸和翅片参数进行同步优化,并以累计热负荷均方差为指标对换热器层排列进行优化。以SOE制甲烷系统为研究对象,结果表明,翅片频率是影响系统紧凑度的关键因素,翅片频率从444增加到786 m^(-1),换热器体比表面积从643增大到1116 m^(2)/m^(3),但换热器摩擦因子和流动耗功分别增加10.7%和0.2 kW;通过优化层排列方式,累计热负荷均方差降低0.6 kW。对于SOE制甲烷系统气气换热器,四股流紧凑式换热器(35 kW)与两股流换热器(28 kW)相比,体积减小88%。该方法同步优化了多股流板翅式换热器外形尺寸、翅片参数与层排列方式,可以为多股流换热器高温场景应用提供一定参考。 展开更多

关键词 固体氧化物 电解制甲烷 多股流紧凑式换热器 遗传算法 层排列

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时空尺度对灰色系统理论预测秸秆折标煤量的影响研究 被引量：2

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作者 陈浩 赵兵舰 +4 位作者 杨柳叶 田永兰 田旺 吕玮 张化永 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期241-252,共12页

能源供给潜力的准确预测对秸秆生物质资源开发具有重要意义,数据的时空尺度对预测精度有重要的影响。在不同的时间尺度(7、10、12和15a)下研究了灰色系统理论GreyModel(1,1)模型及其拓展形式对全国、京津冀、河北三个空间尺度上秸秆折... 能源供给潜力的准确预测对秸秆生物质资源开发具有重要意义,数据的时空尺度对预测精度有重要的影响。在不同的时间尺度(7、10、12和15a)下研究了灰色系统理论GreyModel(1,1)模型及其拓展形式对全国、京津冀、河北三个空间尺度上秸秆折标煤量的预测精度,确定各空间尺度上的最优模型和数据时间尺度,分析影响可收集秸秆折标煤量的主要因素,并得到2021—2030年的预测结果。结果表明,灰色Verhulst模型的预测效果整体最好,10a时间尺度下的预测精度要明显高于7a、12a和15a,全国地区的预测精度为99.69%和99.72%,高于京津冀和河北省地区的预测精度;全国主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量主要受到播种面积和单位面积产量双因素的影响,而京津冀和河北地区的主要农作物和粮食农作物可收集秸秆折标煤量则主要受单位面积产量的影响;2021—2030年的预测结果表明,全国主要农作物和主要粮食作物的可收集秸秆折标煤量基本稳定,而京津冀和河北地区的秸秆可收集折标煤量呈增加趋势,且主要粮食农作物的秸秆折标煤量的增速高于主要农作物秸秆折标煤量的增速。研究结果反映了京津冀协同发展对京津冀地区尤其是河北现代化农业格局发展和秸秆生物质资源量的影响,得到了不同空间尺度上影响秸秆折标煤量的关键因子,对灰色系统理论预测秸秆生物质资源潜力、推动能源格局转变有理论意义。 展开更多

关键词 秸秆 灰色系统理论 时空尺度 能源供给潜力 秸秆折标煤量

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碱性水电解槽电极与隔膜性能及能耗分析

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作者 赵雄 陈明轩 +3 位作者 张宝平 朱小毅 杨天让 刘建国 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2137-2148,共12页

随着全球对清洁能源和可持续发展的需求日益增长,碱性水电解作为生产绿氢的关键技术,已成为国内氢能产业的核心技术之一。该研究通过筛选和优化市场上常见的电极和隔膜材料,明确了当前商用电极和隔膜材料的性能现状,并进一步研究了各部... 随着全球对清洁能源和可持续发展的需求日益增长,碱性水电解作为生产绿氢的关键技术,已成为国内氢能产业的核心技术之一。该研究通过筛选和优化市场上常见的电极和隔膜材料,明确了当前商用电极和隔膜材料的性能现状,并进一步研究了各部件对电解能耗的影响。研究结果表明,掺杂过渡金属元素的电极材料能够显著提升电解效率,表现出优异的电催化性能,掺杂钼元素的阴极材料在1.8 V@80℃条件下可达到425 mA/cm^(2)的电流密度;而具有低面电阻和高浸润性的复合隔膜材料则在全电池性能方面表现出色。对于含有过渡金属元素的电极材料,随着电流密度的增加,传质过电势逐渐成为限制性能的主要因素。该研究为下一代高效碱性水电解槽的开发提供了设计依据,有助于进一步提升电解效率和降低能耗,推动碱性水电解制氢技术的持续进步。 展开更多

关键词 制氢 碱性水电解 电极 隔膜 能耗 性能

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船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制 被引量：1

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作者 程鹏 王笑睿 +2 位作者 刘其辉 张辉 杨盛祥 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第18期5816-5825,共10页

船舶岸电变流器作为靠港船舶新的供电电源,可极大地降低船舶靠港时船用同步发电机重质柴油燃烧所带来的NOx、SOx和柴油颗粒等污染物。为保证船舶供电的连续性,岸电侧与船电侧电源多采用预同步方式完成不断电切换,然而可能会因两侧电压... 船舶岸电变流器作为靠港船舶新的供电电源,可极大地降低船舶靠港时船用同步发电机重质柴油燃烧所带来的NOx、SOx和柴油颗粒等污染物。为保证船舶供电的连续性,岸电侧与船电侧电源多采用预同步方式完成不断电切换,然而可能会因两侧电压非理想的相位差而诱发电流冲击,进而导致岸电与船电电源切换失败。因此,该文首先提出船舶岸电变流器用构网型电流矢量控制策略,其实施于锁相环确定的船电两相同步旋转坐标系中,可在无预同步的前提下完成岸电变流器无冲击自整步并入船电系统,同时通过幅频电压-矢量电流级联闭环完成对船舶岸电变流器输出电压幅值和频率的有效调控。然后,建立构网型电流矢量控制数学模型,并基于此分析控制带宽对控制系统相位稳定裕度、电压跟踪能力以及对负载电流的抗扰能力。最后,通过Satrsim MT 8020硬件在环测试,验证了所提构网型电流矢量控制策略的有效性。 展开更多

关键词 岸电变流器 构网型 电流矢量控制 船舶电力系统 无缝切换

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面向电气化铁路牵引供电的光伏发电分相电流控制策略 被引量：22

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作者 程鹏 刘文泉 +1 位作者 陈冲 贾利民 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期145-153,共9页

充分利用电气化铁路沿线太阳能禀赋,不仅可以为电气化铁路牵引供电提供清洁能源,也可以促进光伏发电的就近消纳。文中提出一种面向电气化铁路接入的光伏发电分相电流控制策略。该分相电流控制策略实施于三相静止坐标系,通过对分相电流... 充分利用电气化铁路沿线太阳能禀赋,不仅可以为电气化铁路牵引供电提供清洁能源,也可以促进光伏发电的就近消纳。文中提出一种面向电气化铁路接入的光伏发电分相电流控制策略。该分相电流控制策略实施于三相静止坐标系,通过对分相电流的调节实现对光伏发电的并网控制;同时,考虑变流器容量约束,在保证光伏功率全额输出的前提下,充分利用变流器裕量输出负序电流供给单相牵引负荷,降低电气化铁路并网接入点的电流不平衡度,可在无需相序分离的条件下实现光伏发电的并网发电与负序补偿的统一控制。最后,基于RTLAB实验平台验证了所提控制策略的有效性。 展开更多

关键词 光伏发电 电气化铁路 分相电流 电流限幅 牵引供电 负序电流补偿

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固体氧化物电池空气电极铬中毒机理及抗铬性能研究进展

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作者 王天闻 闫肃 +2 位作者 赵梦园 杨天让 刘建国 《化工学报》 EI 2024年第6期2091-2108,共18页

固体氧化物电池(SOC)具有能源利用率高、污染排放量低、燃料灵活性高等优势,将在未来的能源供应和储存中发挥关键作用。当前,其长期稳定性尚不能满足大规模商业化的需求,电池堆中用于串联电池的金属连接体所导致的空气电极“铬中毒”是... 固体氧化物电池(SOC)具有能源利用率高、污染排放量低、燃料灵活性高等优势,将在未来的能源供应和储存中发挥关键作用。当前,其长期稳定性尚不能满足大规模商业化的需求,电池堆中用于串联电池的金属连接体所导致的空气电极“铬中毒”是电堆性能衰减的重要因素之一。传统空气电极在发电模式(SOFC)下的铬中毒机理已较为明晰。然而,随着电解模式(SOEC)下应用的不断攀升,基于传统电极材料的毒化机理不适用于该运行模式下的电极体系。对典型空气电极材料在SOFC模式和SOEC模式下铬中毒机理进行对比分析,并且对提高SOC空气电极抗铬性能的研究进行总结和展望。 展开更多

关键词 燃料电池 电化学 电解 催化剂 固体氧化物电池 空气电极 铬中毒 抗铬性能

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高精度无损质子交换膜燃料电池膜电极Pt载量与分布测试方法

14

作者 段骁 曹锋 +5 位作者 周扬 张斌 董蔚雯 魏伶俐 李佳 刘建国 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期845-852,共8页

随着质子交换膜燃料电池商业化的推进,为提高膜电极制造的可重现性,保障膜电极制造工艺的产品控制,需要Pt载量和分布无损高精度在线检测提供技术支撑。根据欧姆定律与焦耳定律,利用质子交换膜燃料电池膜电极在直流激励电压下产生的电流... 随着质子交换膜燃料电池商业化的推进,为提高膜电极制造的可重现性,保障膜电极制造工艺的产品控制,需要Pt载量和分布无损高精度在线检测提供技术支撑。根据欧姆定律与焦耳定律,利用质子交换膜燃料电池膜电极在直流激励电压下产生的电流密度和热分布信号可以对膜电极电阻进行分析,通过膜电极Pt载量与其电阻的关系就可以实现膜电极Pt载量和空间分布分析。通过不同直流激励电压下电流测试,证明了膜电极电阻与Pt载量反相关,Pt载量定量表征精度为0.0008~0.0025 mg/cm2;利用红外热成像法对直流激励电压下膜电极热分布信息的采集成功实现了Pt载量分布的定性分析;最后,通过直流激励前后膜电极性能的对比证明了该方法对膜电极性能是无损的。高精度无损的直流激励测试方法可以实现膜电极Pt载量的高效在线测试,提高膜电极质量和制造效率,降低膜电极制造成本,对于质子交换膜燃料电池大规模商用具有重要意义。 展开更多

关键词 直流激励法 无损测试 Pt载量 膜电极 红外热成像

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基于氙灯阵列-光纤束的高密度能流的3D空间投射

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作者 杨根本 王俊涛 +1 位作者 吴钊萱 宋记锋 《华北电力大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第5期121-126,共6页

传统太阳模拟器由于其相对固定结构的制约,输出光斑的大小和形状难以调节。在太阳模拟器中使用了柔性光纤束来传输高强度的光流,并通过CCD(电荷耦合器件)相机等设备测量了不同空间布置下模拟器的输出能流密度分布。研究结果表明通过调... 传统太阳模拟器由于其相对固定结构的制约,输出光斑的大小和形状难以调节。在太阳模拟器中使用了柔性光纤束来传输高强度的光流,并通过CCD(电荷耦合器件)相机等设备测量了不同空间布置下模拟器的输出能流密度分布。研究结果表明通过调整光纤束的空间布置和氙灯功率,可获得特定的光斑形状和能流密度分布,从而实现3D空间内对输出光斑的灵活调整。 展开更多

关键词 太阳模拟器 光纤束 能流密度

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