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2.6 先进低碳能源技术研究前沿

2.6.1 先进零碳能源技术

2.6.1.1 风能

基于风能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制风能领域研究前沿。风能领域研究前沿大致分为六个主题。

主题一主要研究内容为风能与其他能源耦合发电技术。例如,风能与太阳能、氢能耦合成为新的混合能源技术,并用于发电,同时也包括对能源存储系统的研究。主要关键词包括能源存储系统、太阳能、风能、气候改变、可持续能源资源、电能。

主题二主要研究内容为风力发电技术。风力发电技术通过风力发电机实现,由于风能是可再生清洁能源,因此风力发电技术是全球各国家重点战略布局技术。主要关键词包括风力发电机、风力发电、永磁同步发电机、风力发电厂。

主题三主要研究内容为发电机技术。风力发电机包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机,核心技术是风机叶片,目前主流的技术是变速风机技术。主要关键词包括流固耦合分析、大涡模拟、三维仿真、有限元计算、风力涡轮机转子等。

主题四主要研究内容为能源管理技术。能源管理技术包括需求侧的管理、能源系统的管理,目前,主流的能源管理系统包括分布式能源管理系统。主要关键词包括能源管理、分布式系统、分布式发电、分布式网络、优化、需求侧管理、需求响应等。

主题五主要研究内容为风能预测技术。该技术主要利用机器学习、深度学习等算法对风速进行预测,进一步改进风电场功率预测精度。主要关键词包括风速预测、神经网络、多目标优化、深度学习、支持向量机、特征选择等。

主题六主要研究内容为风能对经济影响的评估技术。该技术主要利用算法评估风能应用对经济的影响,同时采取优化策略使经济效应达到最大。主要关键词包括光伏、混合动力系统、技术经济分析、粒子群优化、遗传算法、优化设计等。

2.6.1.2 光能

基于光能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制光能领域研究前沿网络图。光能领域研究前沿大致分为四个主题。

主题一主要研究内容为太阳能光热转化技术。该技术主要利用光热材料与相变材料相结合的相变储能技术收集太阳光中的热能,将太阳光能转化为热能。主要关键词包括热能储存、相变材料、强化传热、热性能、纳米流体、潜热等。

主题二主要研究内容为太阳能光化学转化技术。该技术主要包括太阳能分解水、甲醇等,主要通过光伏法、光热法、光合成法、光电化学法等方法实现。主要关键词包括制氢、水分解、光催化、纳米结构、石墨烯等。

主题三主要研究内容为太阳能光电转化技术。该技术主要是将太阳能转化为电能,通常利用光伏效应进行光电转化。主要关键词包括光伏、有机太阳能电池、聚合物太阳能电池、太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。

主题四主要研究内容为光能存储系统的管理技术。光存储系统主要基于物联网、人工智能、大数据、云计算等技术实现。主要关键词包括可持续能源、能源存储、能源管理、光伏系统、微电网等。

2.6.1.3 储能

基于储能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制储能领域研究前沿网络图。储能领域研究前沿大致分为四个主题。

主题一主要研究内容为微电网储能技术。微电网群和集中式能源+储能是微电网储能中的关键,前沿技术包括微电网及微电网集群控制、储能系统集成、智能化能源管理系统等。主要关键词包括能源存储系统、能源管理、智能电网、微电网、直流微电网、电动汽车、可持续能源。

主题二主要研究内容为热储存技术。热储存技术利用储热材料将太阳能、地热能等储存起来,包括显热储存、潜热储存和热化学反应储能。主要关键词包括相变材料、热能储存、潜热、热转换、纳米流体、纳米粒子、能量聚光太阳能、压缩空气储能、聚光太阳能热发电。

主题三主要研究内容为电磁储能技术。电磁储能技术是直接存储电流的一项技术,包括超导储能、电容储能、超级电容器储能技术。主要关键词包括超级电容器、非称超级电容器、柔性超级电容器、柔性装置、金属有机骨架、导电聚合物、碳纳米管、石墨烯。

主题四主要研究内容为电化学储能技术。电化学储能主要利用化学反应储能,主要电化学储能技术包括锂离子电池、钠基电池、铅炭电池、液流电池等。主要关键词包括钠离子电池、锂离子电池、钾离子电池、双离子电池、柔性电池、锌离子电池、水电池、电化学、电解质、阳极材料、阴极材料。

2.6.1.4 氢能

基于氢能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制氢能领域研究前沿网络图。氢能领域研究前沿大致分为五个主题。

主题一主要研究内容为生物制氢技术。生物制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料制氢,另一类是利用生物转化途径制氢,如生物光解、发酵等。主要关键词包括制氢、生物制氢、电解、乙醇、镍催化剂等。

主题二主要研究内容为电解水制氢技术。从技术层面分析,电解水制氢主要包括碱水电解、质子交换膜水电解、固体聚合物阴离子交换膜水电解、固体氧化物水电解,其中,质子交换膜水电解技术发展迅速(俞红梅,2021)。主要关键词包括过程纳米粒子、石墨烯、石墨相氮化碳、纳米复合材料、光催化等。

主题三主要研究内容为光催化分解水制氢技术。该技术主要利用太阳能光催化剂分解水制氢,主要有全分解水制氢和半反应分解水制氢两种类型(Cao,2020)。目前,金属有机骨架复合材料用于太阳能驱动水分解技术的研究是较有前景的制氢方法(Li,2021)。主要关键词包括水分解、析氢反应、析氧反应、还原氧化石墨烯、金属有机骨架等。

主题四主要研究内容为储氢技术。储氢技术主要包括物理储氢技术、化学储氢技术、其他储氢技术。目前,研究较多的是其他储氢技术,主要借助储氢材料吸附和存储氢气。主要关键词包括储氢、储氢材料、镍、机械特性、电子特性等。

主题五主要研究内容为氢能发电技术。氢能发电主要通过氢能发电机和燃料电池技术实现氢能向电能的转化。主要关键词包括燃料电池、发电系统、性能、优化等。

2.6.1.5 核能

基于核能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制核能技术领域研究前沿网络图。核能领域研究前沿大致分为四个技术主题。

主题一主要研究内容为基于金属有机框架材料捕获核废料中的放射性气体技术。该技术主要利用金属有机框架材料在气体分离和吸附方面的性能,对氙气、铀等进行吸附。主要关键词包括金属有机框架、吸附、分离、铀等。

主题二主要研究内容为核能耦合其他可再生能源制氢技术。该技术主要包括通过核能电力进行电解水制氢,核能与太阳能、风能、地热能等能源耦合使用。主要关键词包括制氢、可持续能源、减少碳排放等。

主题三主要研究内容为基于核能发电的生命周期技术的评估技术。例如,核能与生物质能、太阳能、风能、地热能等耦合发电,减少温室气体的排放。主要关键词包括核能发电、生命周期评估、生物质能、温室气体、气候改变等。

主题四主要研究内容为核能对经济增长、经济政策影响的评估技术。该技术主要利用环境库兹涅茨曲线及其相关理论研究核能对经济增长的影响,能源的消费、碳排放及经济增长的关系。主要关键词包括经济增长、能源消耗、环境库兹涅茨曲线、碳排放、动态影响、面板数据等。

2.6.1.6 地热能

基于地热能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制地热能领域研究前沿网络图。地热能领域研究前沿大致分为四个主题。

主题一主要研究内容为地热能开发利用技术。该技术研究热点包括干热岩地热资源开发与地热发电技术,高效的干热岩地热资源开发利用技术将是重要的研究方向之一。主要关键词包括地热系统、水力压裂、数值模型、地热储层、地热水、地热资源、地热系统、热液系统、浅层地热等。

主题二主要研究内容为地热能与其他可持续能源的耦合发电技术。主要研究热点包括地热能与生物质能、太阳能等可持续能源耦合发电技术。主要关键词包括可持续能源、太阳能、生物质能、发电、风能、能源消费等。

主题三主要研究内容为地热能发电技术。地热能发电技术主要包括干蒸汽发电、扩容式蒸汽发电、双工质循环发电和卡琳娜循环发电等。主要关键词包括有机朗肯循环、火用分析、热经济学分析、地热发电厂、遗传算法。

主题四主要研究内容为地热能的应用。地热能可以用于工业加工、民用取暖、农业温室等。主要关键词包括地源热泵、浅层地热能、热泵、井下换热器、地面用热交换器、传热、地热供暖、地空换热器等。

2.6.1.7 生物质能

基于生物质能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制生物质能领域研究前沿网络图。生物质能领域研究前沿大致分为五个主题。

主题一主要研究内容为生物质热解技术。生物质热解主要是在限氧条件下,通过热化学反应将生物质大分子转化为小分子燃料。主要关键词包括油脂提取、热液、加氢脱氧、生物质热解、水热液化等。

主题二主要研究内容为生物液体燃料技术。生物液体燃料技术已成为最具发展潜力的替代燃料技术,该技术主要基于动(植)物的油脂生产乙醇、生物柴油等。主要关键词包括木质纤维素生物质、生物乙醇、乙醇、甲醇、纤维素、生物炼制、甘油。

主题三主要研究内容为生物柴油技术。该技术包括生物柴油的生产制作过程。主要关键词包括生物柴油、酯交换、植物油、多相催化剂等。

主题四主要研究内容为生物质能的全生命周期的评估技术。主要关键词包括能源存储、可持续能源、生命周期评估、太阳能、碳存储、农业、能源农作物等。

主题五主要研究内容为生物燃气技术。生物燃气技术中,沼气技术是最成熟的技术,目前已实现产业化。主要关键词包括微藻、蓝藻及藻类,以及生物燃料、甲烷、生物甲烷、沼气、厌氧消化、厌氧共消化。

2.6.1.8 水力发电

基于水力发电全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制水力发电领域研究前沿网络图。水力发电领域研究前沿大致分为六个主题。

主题一主要研究内容为水力发电的经济效益的评估技术。这一主题主要是利用环境库兹涅茨曲线及相关经济学理论评估水力发电对经济增长的作用。主要关键词包括环境库兹涅茨曲线、经济增长、电能消耗、二氧化碳排放、绿色气体排放、能源消费等。

主题二主要研究内容为离网混合可再生能源系统的技术优化及技术可行性。离网混合可再生能源系统主要应用于偏远地区,通常采用水力压缩空气储能、飞轮储能、抽水储能等储能系统,优化水电站的配置,提升发电效能。主要关键词包括优化技术、技术可行性、储能系统、压缩空气、飞轮储能、抽水储能等。

主题三主要研究内容为水力发电与其他可再生能源耦合形成新的混合系统,如水力发电与太阳能、风能、地热能等结合成新的混合装置,形成小型水力发电厂,并对新的水力发电装置不断优化。主要关键词包括太阳能、风能、地热能、多标准决策、小型水力发电工场、河流管理、政策、水文变化、优化。

主题四主要研究内容为水电大坝对生物多样性的影响。这一研究主题包括水电大坝的修建对淡水生态系统、鱼类生物多样性、河流流量、粮食安全、水电交易等的影响,常以湄公河、亚马孙淡水生态系统为例展开研究。主要关键词包括生物多样性、江河流域、流量调节、淡水、聚集、土壤水分、河流流量调节、聚集、保护、管理。

主题五主要研究内容为水力发电技术对生态系统服务功能的影响。这一技术主题包括修建水坝、土地使用等对生态系统服务功能的影响及流域综合治理技术的研究,常以湄公河流域为例展开分析。主要关键词包括生态系统服务、流域综合治理、修复、水坝等。

主题六主要研究内容为水电站运行调度技术。为了使经济效益最大化,需要合理调度水电站和水库水位,通常采用遗传算法建立模型,预测计算水电站的优化调度方法。主要关键词包括粒子群算法、调峰运行、电力系统、优化运行等。

2.6.1.9 海洋能

基于海洋能全球高水平论文数据集对研究前沿进行分析。提取论文关键词,根据关键词词频及关键词共现网络,借助聚类算法绘制海洋能领域研究前沿网络图。海洋能领域研究前沿大致分为五个主题。

主题一主要研究内容为波浪能发电技术。波浪能发电主要利用波浪发电机将波浪能转换为机械能,然后将机械能转换为电能。该技术研究的前沿内容主要是对波浪发电机的研究,即将波浪能与风能、太阳能、生物质能等结合形成发电装置。主要关键词包括波浪发电机、波浪能、海岸风能、发电、地热能、生物质能、盐水淡化。

主题二主要研究内容为潮汐能资源评估和开发利用技术。潮汐能还处于探索阶段,并未广泛应用。该技术研究主要包括分析评估潮汐能资源的现状、潮汐能开发利用技术及潮汐能发电技术,其中潮汐能发电技术主要包括潮汐流发电技术、潮汐堰坝技术、动态潮汐能技术。主要关键词包括潮汐能、潮流、能量流、生命周期评估、资源评估。

主题三主要研究内容为波浪能收集技术。通常该技术采用聚波和共振的方法把分散的波浪能聚集起来,常用的波浪能的收集装置包括面向海洋浮标的波浪能收集器、波浪能发电机等。主要关键词包括流体力学、数值模拟、振动能量等。

主题四主要研究内容为摩擦发电技术。摩擦发电技术以波浪能为动力源,利用摩擦起电和静电感应的耦合,实现电流输出。该技术主要包括对摩擦发电机的材料、技术及装置的研究,如对摩擦纳米发电机技术的研究。主要关键词包括摩擦电纳米发电机、水波能、蓝色能源、静电感应、混合纳米发电机、生物机械能。

主题五主要研究内容为对波浪能与其他可再生能源的集成发电系统的研究。例如,对波浪能与风能、太阳能、地热能等发电系统技术的研究。主要关键词包括波浪气候、海浪、风能、太阳能、风速等。 oAmJ1BkzhMhQA7wMB04AePQ9V/GzRqW0E1nYgmkFkTgGyovjTBCbOntVpn3LW7uB

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