科创中国

行业领域

新能源产业

需求背景

21世纪以来,随着科技和经济的快速发展,能源工业已发生了翻天覆地的变化。化石能源的逐渐枯竭，可再生能源的蓬勃发展，环境污染问题日益凸显,提高对多种类型能源的综合利用效率、降低污染物的排放已成为我国构建清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系所需要解决的关键问题。应亟需对基于风电和分布式储能的虚拟电厂联合运营方式进行研究，降低火力发电厂的碳排放、提高电网总体运行效率，达到低碳经济运行，为“碳达峰、碳中和”奠定基础。

以搭建的虚拟电厂为开发研究平台，亟需对供能侧与用能侧的预测技术进行研究，为能源的经济调度和优化运行提供保障；亟需对风储系统的实时优化运行方面进行研究，为储能系统的超前优化控制提供信息基础；蓄热装置可利用谷电时将蓄热装置充满，在峰电时将能量释放。亟需对如何解决固体蓄热装置蓄热温差范围大，单位蓄热密度不高的问题进行研究，为提高单位蓄热密度，实现电热资源的合理配置，降低系统中的用能成本提供重要参考。

需解决的主要技术难题

研究方向一：创新型风力发电设计基础理论研究与装备开发，研究内容包括：风电机组轻量化、一体化总体设计技术、永磁电机开发、风电场经济运行与数据挖掘。

风电机组轻量化、一体化总体设计技术：风电行业的传统的结构器件设计通常采用经验设计的模式，该模式存在一定的不足，一个方面是产生大量的设计人员重复的人工迭代，大大降低产品开发效率。另一方面，轻量化方面无法保证所得到的设计是最优的。亟需一种智能仿真优化技术以应对这方面的不足，既将结构优化的问题转化成为以结构强度可靠性作为约束，以结构轻量化作为目标的自主化智能寻优的技术。其包括的机组拓扑优化，形状优化，尺寸优化，参数优化，整体结构设计等是风电机组轻量化、一体化总体设计研究方向的主要技术难题。

期望实现的主要技术目标

在包头电厂试用，通过风电机组智能仿真优化平台使风电机组结构设计轻量化，一体化总体设计达到最优标准，满足风电机组低成本、安全稳定运行。针对永磁电机的开发，对转子进行优化设计，以提高电机的工作效率,降低电机的振动与噪声的同时降低电机损耗以及电机的齿槽转矩,为永磁电机的设计提供重要参考。对风电场积累的海量运行数据进行研究，以促进风电场高效提升发电能力和风电消纳水平。

开发一种利用固废、固体耐火材料制备的陶瓷砖作为储热材料，通过添加黏土、SiO2、粘结剂、添加剂等作为辅助材料，利用干法、半干法技术通过混合不同粒度的原料制备出具有高热导率高稳定性且致密不易变形的陶瓷砖代替原有氧化镁材料。提出卡槽式错位多孔式电热储能结构体设计与热力平衡计算方法，研发了集制热、储热和换热于一体的高密度电热储能装备，单体加热功率50kW-20MW，电压等级400V-35kV的分布式系列电制热储能装置，可输出热水、热风、蒸汽等多种热能形式，解决系统运行高温、高储热密能、高转换效率的整体设计要求。

提出电-热-磁-流-力多物理场数值建模与多场协同设计方法，设计了加热丝表面负荷、形状参数和连接阵列，实现了大功率热源在储热体中的均匀分布；通过空气对流增强换热，设计了流道尺寸、开孔率等参数，最终使加热单元温度达800℃以上，蓄热体单位体积储热密度达1500J/cm3以上。解决了大功率下固体材料传热性能差、高温高密度下热应力大等难题。提出电热储能炉体电热耦合电磁绝缘设计方法，针对电热储能炉体内部高温高电压场强变化情况，设计新型加热元件形状与布局设计方法，使炉内场强均匀分布，可实现10kV以上交流工频电场下加热回路高温绝缘，解决了炉内场强不均匀，高温电场击穿绝缘等问题。提出基于数据信息融合的温度软测量双闭环控制方法，针对高温固体蓄热炉体内温度难以检测的问题，建立可测温度点对不可测温度测控点的推理估计模型，并引入一种基于双并联前馈神经网络的流固耦合传热系统辨识模块，克服系统大滞后传热特点，实现风量和功率的双闭环温度控制，解决了系统快速响应问题。

处理进度