1. 痛点问题 城轨交通是城市最大耗电行业之一，截止2020年底全国有45个城市开通了城轨交通线路244条，线路总长度7969.7公里,年耗电量172.4亿千瓦时，其中牵引能耗占比高，达到84亿千瓦时。为了实现城轨交通行业碳达峰、碳中和的目标，必须从现有的城轨牵引供电系统给出解决方案，以应对城轨交通面临的行车密度大、节能减碳任务重、供电可靠性要求高等诸多挑战。 城轨牵引供电系统的核心装备是连接城市交流配电网与城轨直流牵引网的“交流-直流”电力电子变流器及其运行控制系统。目前国内外仍主要采用基于二极管整流机组变流器和以运行状态静态监视为主的电力监控。这种传统技术方案因缺乏管控能力对城市配电网依赖性强，存在外电源布点密集和选址困难问题，而外电源建设导致一次性投资剧增（7000~10000万元/个），并且会占用大量城市用地和空间；因为列车频繁启停冲击导致配电网和牵引系统设备利用率低，存在依靠高成本的过度裕量来换取系统安全可靠运行问题；因为缺少对系统能效的主动调度控制、牵引供电电压波动剧烈、牵引网能量粗放式分布，导致列车再生制动能量无法在牵引系统内部高比例利用、大规模光伏接入和消纳困难，存在牵引供电系统内部降耗减碳困难问题。 2. 解决方案 基于全控型双向变流器和智能协同控制的柔性直流新一代牵引供电技术，具有灵活调控牵引供电系统能量、主动响应城市配电网需求的能力，从根本上改变牵引供电系统运行机制，为系统性解决牵引供电系统痼疾、牵引供电系统和城市配电网互联互动提供了基础和平台。

针对可再生能源发电系统中面临的峰谷负荷差大，弃风弃水严重的问题，提出了循环氧空位储氢技术，以该技术为核心单元，耦合了电解水制氢和燃料电池发电两项技术，有效的实现了氢-电两种能量载体的相互转换，实现了常压条件下基于廉价铁基材料的高效储氢，解决了电能难以大规模安全廉价存储的问题。经第三方检测认定：材料储氢密度可达4wt%以上，系统储能效率大于40%，储氢材料制备成本约15万元/吨。

针对可再生能源发电系统中面临的峰谷负荷差大，弃风弃水严重的问题，提出了循环氧空位储氢技术，以该技术为核心单元，耦合了电解水制氢和燃料电池发电两项技术，有效的实现了氢-电两种能量载体的相互转换，实现了常压条件下基于廉价铁基材料的高效储氢，解决了电能难以大规模安全廉价存储的问题。经第三方检测认定：材料储氢密度可达4wt[[[[%]]]]以上，系统储能效率大于40[[[[%]]]]，储氢材料制备成本约15万元/吨。 针对可再生能源发电系统中面临的峰谷负荷差大，弃风弃水严重的问题，提出了循环氧空位储氢技术，以该技术为核心单元，耦合了电解水制氢和燃料电池发电两项技术，有效的实现了氢-电两种能量载体的相互转换，实现了常压条件下基于廉价铁基材料的高效储氢，解决了电能难以大规模安全廉价存储的问题。经第三方检测认定：材料储氢密度可达4wt[[[[%]]]]以上，系统储能效率大于40[[[[%]]]]，储氢材料制备成本约15万元/吨。 针对可再生能源发电系统中面临的峰谷负荷差大，弃风弃水严重的问题，提出了循环氧空位储氢技术，以该技术为核心单元，耦合了电解水制氢和燃料电池发电两项技术，有效的实现了氢-电两种能量载体的相互转换，实现了常压条件下基于廉价铁基材料的高效储氢，解决了电能难以大规模安全廉价存储的问题。经第三方检测认定：材料储氢密度可达4wt[[[[%]]]]以上，系统储能效率大于40[[[[%]]]]，储氢材料制备成本约15万元/吨。 针对可再生能源发电系统中面临的峰谷负荷差大，弃风弃水严重的问题，提出了循环氧空位储氢技术，以该技术为核心单元，耦合了电解水制氢和燃料电池发电两项技术，有效的实现了氢-电两种能量载体的相互转换，实现了常压条件下基于廉价铁基材料的高效储氢，解决了电能难以大规模安全廉价存储的问题。经第三方检测认定：材料储氢密度可达4wt[[[[%]]]]以上，系统储能效率大于40[[[[%]]]]，储氢材料制备成本约15万元/吨。

锥管、葫芦形管拔制、螺旋管（杆）高效拔制、方矩管顶推成型等新工艺与设备。锥管拔机采用全液压驱动，具有国内外创新结构，它的设计完成及应用必将带来良好的经济效益和应用前景。 锥管、葫芦形管（纵向变径管）被广泛地用作各种形式的散热器管、灯杆、旗杆及装饰杆件，纵向变厚度管用于管端加工内外螺纹等方面。仅以灯杆为例，随着我国城市公路、立交桥、高速路网的发展，特别是国家开发西部战略的实施，灯杆用锥管的需求市场巨大。

（1）研发了系列新型高强高韧铸造轻合金材料，支撑了复杂铸件性能提升。 1）研发出一种新型高强韧铝硅合金。开发出一种新型高强韧铝硅合金及其制备方法；提出一种混合稀土和Sr元素的复合变质方法，缩小枝晶间距并细化共晶硅；研究出合适的热处理制度；阐明了变质剂组成与含量对变质效果的影响规律，基于此显著提高了铝硅合金的综合力学性能。有效解决了现有铝合金铸件易发生的裂纹、伸长率低、屈服强度不达标等缺陷和问题。 2）研发出一种低成本高强耐热稀土镁合金。开发出一种添加低成本混合稀土的新型多元稀土镁合金材料；揭示了混合稀土对镁合金相变规律的影响机制；研究出准晶增强稀土镁合金的高温固溶T6热处理工艺；开发出兼具优良的室温与高温力学性能的低成本稀土镁合金；解决了现有镁合金铸件易产生冷隔、强度低、韧性差等问题。 3）研发出一种新型高强韧钛合金。开发出一种α+β型双相高强高韧钛合金，揭示了合金在凝固-热等静压-热处理过程中微观组织的演变规律；研究出调控相组成及相形态的双级固溶时效热处理制度，形成了以等轴和篮网为主要特征的基体组织，使合金的强度和韧性同步提升。解决了现有铸造钛合金强度和韧性偏低、铸造成形性差等问题。 （2）研发了铸造全流程模拟仿真系统，提出了高效的单件化铸造数值模拟方法，实现了高性能复杂铸件的数字化工艺设计。 1）提出了一种铸造原辅材料热物性参数高精度求解方法。提出了基于实验测温与数值模拟反求的热物性参数求解方法，实现了面向数值模拟的热物性参数高精度求解；建立了反热传导法求解铸件/铸型界面换热系数的数学模型,降低了界面关键参数求解误差；研发了高精高效的热物性参数反求平台-华铸PIS，创建了铸造原辅材料高精度热物性参数数据库。 2）研发了铸造合金熔炼-复杂铸件充型凝固-热处理的铸造多物理场全流程高效模拟平台。建立了电磁、速度、压强、浓度、温度的多物理场耦合数学模型，自主研发了从铸造合金熔炼到复杂铸件充型凝固到热处理的铸造全流程模拟仿真平台，为铸造工艺优化提供了工具；提出一种数据内存动态自适应划分技术，解决了SOLA流动场求解数据耦合干扰难题，实现了大规模铸造流动场模拟问题的并行高效求解。 3）提出缩孔缩松缺陷定量预测与单件化模拟工艺优化方法。提出双高分配原则缩孔缩松预测模型，解决了复杂铸件缩孔缩松高精度预测难题；提出了针对高性能复杂铸件不同批次的单个铸件模拟方法，建立关键工艺参数波动对典型缺陷的多元回归关系模型，实现了基于单件化模拟仿真的高性能复杂铸件缺陷控制与工艺优化。 （3）建立了铸件生产全生命周期的单件化柔性化质量管理模型，实现了高性能复杂铸件质量问题的单件化、全过程、全要素溯源。 1）创建了基于PLM理论和TQM理论的铸件单件化管理模型。基于产品全生命周期PLM理念以及多智能体技术，构建了铸造串并联多工位单件化的缺陷溯源模型；建立铸件单件及作业过程信息模型和组批、混批、拆批模式下单件自动生成、感知、标记、进度跟踪的控制机制，实现高性能复杂铸件单件化缺陷溯源。 2）创建了支持业务即时重构的参数配置式多维度铸造柔性化管理模型。创建了支持铸造数字化管理系统业务即时重构的参数配置式多维度铸造柔性化管理模型，解决了刚性管理系统可重用性低、应变能力弱和实施周期长的难题，支撑不同领域不同类型铸造企业随环境变化、自身发展等柔性进行的组织变革、流程变更和管理改善，实现了企业按需柔性化管理。 3）创建了基于TLBO\GA\BSA元启发式算法优化理论的铸造智能化管理模型。创建基于改进性教与学算法（TLBO）、遗传算法（GA）、回溯搜索算法（BSA）等元启发式算法优化理论的铸造智能化管理模型和技术，解决了铸件异步热工序组炉复杂条件下工序生产调度IPPS组合优化难题，实现了系统智能决策管理以及多品种大容量铸件高效生产。

河北能源职业技术学院是经河北省政府批准的省属普通高职院校，由世界500强企业--开滦集团公司举办和管理，集高职、中职、成人岗位培训和继续教育、安全技术培训等多种办学层次于一体，具有鲜明的“校企一体、产教相融;学培并举、集团发展”特色。学院实行党委领导下的院长负责制，实施学院——系部——教研室三级管理体系，设矿产资源与建工系、经济管理系、信息工程系、机电工程系、基础部、中职部、培训部等七个系部，系部下设教研室。还有中国矿业大学函授站、北京交通大学函授站及中国地质大学、中国石油大学、北京交通大学现代远程教育唐山学习中心，河北能源职业技术学院服务外包学院。 河北能源职业技术学院依托企业办学，具有悠久的办学历史和深厚的职业教育底蕴。开滦举办职业技术教育可追溯到1881年开平矿务有限公司举办的“采矿煤质化验学校”，成为中国职业教育的源头之一。1896年，创办“山海关北洋铁路官学堂”，1906年，该学堂改为“路矿学堂”，成为我国最早从事高等教育的院校之一。1910年，北洋滦州官矿有限公司创办“矿务学堂”，1921年开滦矿务总局酝酿成立、1937年正式成立了“开滦工务员训练所”，于1927年成立了高级护士职业学校。上述办学实体使学院承载了开滦百年职教历史，也成为目前国内许多高等院校的前身。1952年10月，“开滦煤矿钻探学校”成立，这是开滦煤矿技工学校和开滦煤校的前身。1971年底开滦煤矿筹建“开滦大学”，1972年5月“开滦大学”正式成立。1980年10月，“开滦大学”经省政府批准，1982年8月教育部备案，改称为“开滦矿务局职工大学”，成为面向全国煤炭系统招生的职工高等专科学校。1986年，“开滦矿务局职工大学”划归煤炭部。2000年7月，开滦矿务局职工大学经河北省政府批准改建为河北能源职业技术学院。 河北能源职业技术学院占地面积28万平方米，建筑面积18万平方米，其中校舍建筑面积14万平方米。学院具有较强的师资队伍，现有教职工总数493人，其中专任教师285人，高级职称以上的132人，占专任教师的46%;“双师素质”教师达61%以上。 河北能源职业技术学院积极适应企业和区域经济发展对各类人才的需求，不断加强专业建设，办学规模逐年扩大。目前已开办专业42个，面向全国招生，在校生7438人;中职招生专业(工种)14个，在校生4850人;成人教育本、专科开设15个专业，在校生3500人;各类培训年培训23000人次。为企业员工整体素质提高和区域经济发展做出了重要贡献。 河北能源职业技术学院办学资质不断提升，高职首轮人才培养工作水平评估获得优秀，“煤矿开采技术”和“电气自动化控制工程”两个专业成为省级示范性专业，“工程测量技术”和“电气自动化技术”两个专业为中央财政支持专业;《矿井地质》、《生产矿井测量》课程被评为省级精品课，《矿山供电》课程被评为国家教指委精品课，《矿井地质》被评为省级精品资源共享课;2010年经省政府批准，中职晋升为开滦技师学院，有2个专业成为省级示范性专业，4个专业成为市级示范性专业;安全培训取得了国家煤炭系统和非煤二级培训资质，2012年成为全国煤矿安全培训示范基地。学院以教研、科研带动教学，积极推进教学教改、科技创新、学术交流和文化建设活动。近年来，有18项成果获国家科技进步奖、文化艺术奖和国家专利，有80多项教科研项目获省市级以上奖项，在省级以上刊物发表论文并获奖一千余篇;不少教职工参加了包括国家“863”计划和教育部重点课题在内的多项教科研课题研究。加强国内外院校间的学术交流，美国、加拿大、印度、越南、德国、韩国等国家的教育培训界人士多次来学校考察调研，还同国内数十所院校建立了广泛的学术和业务联系。 河北能源职业技术学院是河北煤炭职业教育集团牵头单位、中国企业教育培训机构百强单位、中国煤炭系统教育工作先进单位、中国企业员工培训工作示范点;唐山市职业教育先进单位、唐山市文明单位、开滦集团公司三星级文明单位。目前，学院秉承开滦百年职教的光荣传统，发扬“德基法本 和谐共生 拼搏奉献 求实创新”的学院精神，以高等职业技术教育为龙头，以高职、中职、成人教育等学历教育为支柱，以企业在职员工岗位培训和安全培训为支持，实现了各类职业教育培训协调发展，正在朝着打造全国最具特色的企办院校、全国企业员工培训示范基地而努力奋斗。

“氢化燃烧合成（HCS）镁基储氢合金”项目，先后获得国家自然科学基金、国家“863”项目和江苏省高技术研究重大项目的资助，并与美国通用（GM）公司开展国际合作。主要研究HCS和高能球磨（MM）复合制备纳米镁基储氢材料的工艺条件；研究高容量、高活性镁基储氢材料的HCS反应过程和MM复合机理；研究HCS＋MM制备镁基储氢材料结构特性，揭示低温高容量高活性储氢机理。纳米镁基储氢材料的主要技术指标：（1）储氢量> 5.5 wt.%，（2）吸氢温度< 100℃，五分钟内吸氢达到储氢量90%，（3

成果成功研发了低浓度（<40%CH4）低压头(~50pa)煤层气燃烧器、低浓度低压头煤层气部分预混燃烧技术、预混点火技术、运行工况与安全自动控制技术。实现了低浓度矿井瓦斯气在锅炉上安全稳定燃烧及能源化利用，该技术与装置总体技术达到国内领先水平；经重庆市特种设备质量安全检测中心对示范装置检测，检验合格，达到特种设备规定安全指标要求；经重庆市能源利用监测中心对示范装置监测，燃烧效率达99.35%，锅炉效率可达90%，排放达到《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2011）。 

研究内容及用途： 超级电容器是一种大功率密度 （> 1 kW/kg ）的新型 能 量 存储 装 置 。 电 化 学 超 级 电 容 器 (Electrochemical Supercapacitor or Ultracapacitor) 通常由两个电极组成，中间充有电解质，并由可允许离子导 电的隔膜分开。电极与电解质界面存在双电层电容，当电极采用大表面， 多孔材料时，其电容值可达几百法拉第每克 (> 10