加速器驱动次临界系统用嬗变核燃料研究进展分析

加速器驱动次临界系统(Accelerator driven subcritical system,ADS)是乏燃料安全处理处置关键瓶颈问题的优秀解决方案,而开发适用于该系统的嬗变核燃料正是ADS研发的关键任务之一。然而由于嬗变对象次锕系元素的固有特殊性质、嬗变燃料体系相关机理尚不十分明确、制备技术难度大、嬗变核燃料相关试验数据和运行经验的欠缺等原因,ADS用嬗变核燃料的研发十分复杂且极具挑战。本文系统综述了作为ADS重要候选嬗变燃料的氧化物弥散型燃料CERCER/CERMET、氮化物燃料和金属燃料的研究进展,包括制备工艺、辐照实验和辐照后检验结果、物性参数、主要优缺点等内容,以期为我国ADS用嬗变核燃料的研发提供一定思路和参考。

国外水泥工业低碳燃料类项目研究

本文从项目组织、项目目标、工艺技术特点和研发进展等方面跟踪了国外水泥工业低碳燃料类项目。研究了CEMEX公司与芬兰Coolbrook公司合作的水泥窑电气化项目,简述其RotoDynamic Heater™电力技术;介绍了CEMEX公司、桑迪亚国家实验室和Synhelion公司牵头的Solar MEAD项目,分析了其利用太阳能生产熟料的技术原理;还涉及CEMEX公司水泥厂以氢气作为燃料、英国Hanson公司Ribblesdale水泥厂氢能试验相关内容。

大型甲醇双燃料散货船设计研究

为了满足日益严苛的碳排放环保要求,该文以21万t常规燃料散货船为基础,开展以甲醇燃料作为船舶推进动力的关键技术研究,包括甲醇燃料储存舱的布置、甲醇燃料注入和供给系统的设计、甲醇燃料应用的安全和消防要求等,从而开发出某型21万t甲醇双燃料散货船。该船型满足国际海事组织MSC.1/Circ.1621导则和IGF Code规范要求,采用全宽式尾部甲板,2个甲醇燃料舱布置在船舶尾部机舱棚两侧,既不影响货物装卸,也不减少货舱容量。在甲醇燃料模式下,该船消除了颗粒物和硫氧化物的排放,氮氧化物排放满足IMO Tier III标准,船舶能效设计指数可满足第3阶段要求。

航空燃料的未来

供应链问题重新开启了航空业对可持续航空燃料的关注,这也是未来航空业的关键。随着供应链、全球局势以及气候变化的日益加剧,燃料需求和成本不断上升,这些变化促使航空业重新考虑依赖石油衍生能源。航空业已经开始从煤油基喷气燃料逐渐向合成燃料进行转变,并且获得了ASTM D02石油产品、液体燃料和润滑油委员会(D02)的帮助。该委员会成立于1904年,其工作重点是制定合成航空涡轮燃料的标准,并应用于质量认证。

MOX燃料与包壳化学相互作用研究进展

简要介绍了MOX燃料芯块微观组织特点和主要裂变产物行为及其对化学相互作用层的影响,归纳总结了国内外对化学相互作用层微观结构的研究进展,分析了现有研究的不足和仍待解决的问题,以期对我国未来MOX燃料的研究和应用提供部分参考。

EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

螺旋金属燃料多物理耦合分析方法与概念设计研究

螺旋金属燃料具有导热系数高、导热路径短、强制旋流交混的特点,可实现更高的堆芯功率密度,进而减小堆芯体积,提高反应堆的安全性和经济性。本文介绍了上海交通大学反应堆热工水力实验室建立的螺旋金属燃料热工水力、中子物理、力学特性分析方法及多物理耦合分析框架。在热工水力方面,基于自研仪器实现了交混及沸腾临界行为精细化测量,建立了三维及精细化子通道分析方法;在中子物理方面,建立了适用于特殊能谱、复杂几何的截面及稳瞬态中子物理特性的分析方法;在力学方面,基于分子动力学方法建立了U-Zr合金燃料基础热物性模型,并开展了辐照条件下螺旋棒宏观力学特性研究。基于热工-物理-力学多物理分析和优化,提出了螺旋金属燃料组件及堆芯设计,具有无硼化、堆芯功率密度高、体积小、换料周期长的特点。

负温度系数区域内RP-3喷气燃料表征燃料化学反应动力学分析

为探究喷气燃料(RP-3)在不同条件下负温度系数(NTC)区域内的反应路径、敏感反应以及小分子基元团的影响规律,以CRECK小分子详细机理为核心,基于解耦法耦合正十二烷、正丁基环己烷、正丁基苯简化机理,构建得到RP-3多组分表征燃料化学反应动力学详细机理;并在不同压力、燃料/空气质量比工况下对其NTC区域内的燃烧过程进行了敏感性分析、组分含量变化分析以及组分间交互作用路径分析。结果表明:NTC区域内反应H_(2)O_(2)(+M)=2OH(+M)(M为反应中第三体)是最重要的着火促进反应;不同反应条件下O_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(4)的陡降时刻与CO_(2)的激增时刻均与燃料的着火延迟期表现出极高的吻合度;压力与燃料/空气质量比的改变仅会影响反应路径的占比。

柴油-天然气双燃料喷射器燃料喷射特性的测试方法

针对双燃料喷射器结构复杂而无法实现喷射特性同时测量的问题,以同心双轴针式喷射器为研究对象,提出一种油和气同场测量方法,用动量法获取喷油规律及喷气规律型线,再通过测试密闭容腔内的压力变化计算喷气量,将二者结合可在测量喷气量的同时测量出精确喷气规律,最后对柴油-天然气双燃料喷射器的常用工况进行测试及验证。结果表明,采用动量法结合容积法的喷气规律测量方法得出的喷气量误差不超过5%。对喷射器的一致性进行验证,喷油量与喷气量的波动率均不超过3%,证明其喷射器一致性较好,该测试技术具有较高的准确度与可信度。

新型生物燃料替代传统燃料的可行性

新型生物燃料,作为一种替代传统化石燃料的可持续能源,正引起全球关注。随着环境保护意识的增强和能源需求的持续增长,生物燃料提供了减少温室气体排放和降低对化石燃料依赖的可能性。技术进步推动了生物燃料从依赖食物作物的第一代向利用非食用生物质、藻类甚至基因编辑和纳米技术的高级形态转变,这不仅表明了技术的革新,也反映出对环境可持续性的深入考虑。生物燃料的分类新型生物燃料的分类展示了从传统能源向更可持续能源的转变。在这个领域,生物燃料按其生产顺序和原料类型划分为四代(图1),每一代都代表了技术的演进和环境考量的深化。首先是第一代生物燃料,主要由食物作物如玉米、甘蔗和大豆生产,通过发酵或提炼过程转化为乙醇和生物柴油。这一代生物燃料的生产过程简单,但由于与食物供应竞争土地和资源,其可持续性受到质疑。

回流型内燃波转子过渡段与燃料填充段耦合特性研究

为了在回流型内燃波转子进气过渡段内形成高质量的燃料分布,提出一种新型液态燃料喷注结构。采用数值模拟方法,模拟了不同喷油孔喷射位置与射流角度下液态燃料的填充效果,并结合液滴驻留时间、索太尔平均直径以及燃料分布不均匀度,分析了喷油孔喷射位置和射流角度对过渡段与燃料填充段耦合特性的影响规律。研究结果表明,喷射位置为40 mm和60 mm时,在进气过渡段出口截面可以形成相对均匀的燃料分布;增大射流角度后,弯管掺混区形成了较大尺度和较强强度的涡流,使得出口截面燃料分布更加均匀。

壳牌公司将提高美国可持续航空燃料产量

美国联邦和州议员设计了一系列税收抵免措施,以鼓励可持续航空燃料(SAF)的生产。与拥有更多化石燃料替代品的其他运输部门相比,减少航空行业的排放更加困难。拜登政府于2021年宣布,工业部门到2030年每年至少供应3 Ggal(1 gal≈3.785 L)的SAF,但关于生产商使用哪些原料可以有资格获得生物燃料的税收抵免尚未有定论。

美国新的可再生燃料标准和用量目标促进可再生天然气的生产

2023年6月21日,美国环保署(EPA)宣布了一项最终条例,规定了2023—2025年纤维素生物燃料的产量要求和标准,这是可再生燃料标准(RFS)计划的一部分。纤维素生物燃料类别主要适用于可再生天然气(RNG),一种由沼气制成的天然气。与之前的目标产量相比,该条例将纤维素生物燃料的目标产量提高:2023年提高25%,达到8.4×10^(8) gal(1 gal≈3.785 L);2024年提高29%,达到10.9×10^(8) gal;2025年提高33%,达到13.8×10^(8) gal。RFS是一项联邦计划,要求汽油和柴油生产商将可再生燃料纳入国家运输燃料供应。美国环保署发布RFS规则,对某些可再生燃料类别的用量提出要求,并通过年度可再生用量义务(RVO)设定这些用量。当生产出经认证的燃料时,美国环保署会生成可再生识别码(RIN),生产商可以与其他市场参与者进行RIN交易。

核燃料裂变气体行为研究进展

核燃料裂变气体行为是影响核燃料性能最为关键的因素之一。裂变气体是核燃料在裂变过程中产生的惰性气体,性质较为稳定,但其不溶于燃料基体,多以气体形式存留在燃料内。存留在燃料基体内的裂变气体会造成燃料肿胀,而从基体中释放到气腔的裂变气体会影响燃料和包壳间气隙的热导率和气压。无论是造成肿胀还是影响热导率和气压都会对核燃料的安全造成威胁,因此对裂变气体行为的研究具有重要意义。迄今为止,对裂变气体行为的相关研究开展了60余年,研究人员对裂变气体行为有了相当深刻的认识,并开发了包括裂变产生、气泡形核、气泡聚合、气泡迁移、气体原子重溶和最终裂变气体释放的一套完整的裂变气体行为理论体系,这套理论体系被广泛应用于核燃料性能分析中,为核燃料设计与性能模拟做出了极大的贡献。本文总结了裂变气体行为理论中多种具体的裂变气体行为,详细地阐述了裂变气体各种具体行为的产生原因及过程,同时针对不同类型核燃料独有的裂变气体行为进行了汇总,归纳了用于不同核燃料裂变气体行为的经验性和机理性模型,最后总结了现今裂变气体行为方向的研究重点。

HIF Global公司、Idemitsu公司和MOL公司将合作开发电转燃料供应链

全球领先的电转燃料公司HIF Global、日本出光兴产株式会社Idemitsu Kosan和株式会社商船三井公司Mitsui O.S.K.Lines(MOL)宣布达成协议,在HIF工厂和日本之间开发电转燃料供应链。该协议还概述了这几家公司将如何探索从日本供应二氧化碳给HIF公司以用作其在美国、澳大利亚和智利正在开发的电转燃料生产设施原料的可能性。HIF Global公司将评估其全球电转燃料生产设施对二氧化碳的需求量。Idemitsu公司将研究在日本进行二氧化碳捕集。MOL公司将评估从日本运出二氧化碳以及将电转燃料运回日本的运输方案,将在连接日本和海外项目的供应链内,建立二氧化碳、合成甲醇和合成燃料的高效海上运输体系。合作方还将讨论电转燃料的销售和购买事项,并分析由此产生的温室气体减排量。

巴斯夫ECMS公司与ZeroAvia公司合作推进HT-PEM航空氢燃料电池研究

巴斯夫环境催化剂和金属解决方案公司(ECMS)与商用航空零排放推进解决方案的领导者ZeroAvia公司签署了一项膜电极组件(MEAs)供应协议,并将合作研究用于ZeroAvia公司的航空高温质子交换膜(HT-PEM)燃料电池组的下一代MEAs。两家公司将共同努力,加速用于航空市场HT-PEM燃料电池的大功率轻质MEA的商业化。HT-PEM燃料电池采用ECMS公司的Celtec技术和催化剂专业知识。

碳基固体氧化物燃料电池研究进展

随着人们对绿色能源和环境友好型社会需求的日益增长,先进能量转换装置或系统的研发亟待加速,而燃料电池系统被认为是最有希望的未来发电装置。在不同种类的燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种清洁环保的发电装置,因其独特的多燃料运行能力及能量转化效率高等优点而前景广阔。然而,传统使用镍-金属陶瓷阳极的SOFCs,在碳氢化合物燃料下运行时,由于燃料的不完全氧化会使阳极产生积碳,从而导致电池性能下降。讨论了碳基SOFC中碳沉积机理和解决阳极积碳的策略,重点介绍了目前广泛研究的具有混合离子-电子导体的双金属-金属陶瓷材料的种类以及研究进展,并总结了双金属-金属陶瓷材料的抗积碳机理,主要表现为降低阳极表面的碳沉积速率以及加速积碳的去除。还介绍了在还原性气氛中,钙钛矿材料中纳米粒子原位偏析的原理,并讨论了原位偏析所形成的纳米颗粒以及其与钙钛矿主体所形成的金属氧化物异质结构在抗积碳阳极中的应用。此外,还探究了多层阳极和单原子催化剂阳极在中温SOFCs中的应用。在燃料电池技术巨大进步的推动下,人们对可用于固定式发电的集成煤气化的燃料电池发电系统(IGFCs)产生了新的兴趣,该系统对于实现煤炭的清洁高效利用具有重要意义,该技术的关键依托于SOFCs的成熟度。最后,总结并指出了碳基SOFCs未来的一些研究方向。

燃料还原法原位制备高稳定性/催化活性SOFC钴基钙钛矿阳极

受固体氧化物燃料电池(SOFCs)原位还原脱溶纳米金属阳极技术的启发,本工作采用煅烧后的Sr2V0.1Co0.9MoO6前驱体(包含其他相的钙钛矿)在空气气氛下与电解质共烧制备出单电池,避免了为防止阳极氧化而需在还原/惰性气氛下制备电池的苛刻条件。制备电解质片上的阳极前驱体仅需在燃料侧原位还原4 h,便可形成纯相Sr2V0.1Co0.9MoO6(R-SVCMO)阳极。结果表明,R-SVCMO在活化能显著降低的同时电导率由2.7 S·cm^(-1)提高至21.6 S·cm^(-1)。当R-SVCMO为阳极的单电池分别以H2和湿CH4为燃料气时,在850℃的最大功率密度(Pmax)分别达到862和514 mW·cm^(-2),显示出优秀的催化性能。还原前后阳极在100~850℃的平均热膨胀系数(TEC)分别为1.15×10^(-5)和1.23×10^(-5) K^(-1),均与传统SOFC电解质相近。因此,还原过程不会导致阳极层体积产生变化,可以显著提高电池结构稳定性(退化率仅为0.13%)。加之R-SVCMO是在燃料气氛下合成的,其作为阳极表现出极高的长期稳定性和催化活性。R-SVCMO对湿CH4的催化效率达到60%,并能够稳定运行1450 h,相应的单电池可在0.7 V稳定运行450 h。综上所述,本研究采用燃料原位还原法制备了具有优异电化学性能和结构稳定性的单电池。

预计2024年中国航空燃料需求将增长13%

路透社消息:根据中国国家能源巨头中国石油天然气集团公司(简称中国石油)经济技术研究院(简称经研院)的预测,由于客运量激增,中国今年的航空燃料消耗量可能会增长13.1%,但其原油进口量可能会保持平稳。中国石油经研院在其年度展望报告中称,今年航空燃料消费量可能达到39.3 Mt,原油进口量预计将增长0.1%,达到565 Mt。

零碳及低碳燃料内燃机应用进展分析

随着“碳达峰,碳中和”目标稳步推进,世界各国对内燃机碳排放标准越来越严苛,如何突破常规化石燃料带来的高碳排放问题,对于未来交通发展尤为重要。目前,采用氢、氨、甲醇等零碳及低碳燃料替代传统化石燃料是必然的选择,零碳及低碳内燃机是现在和未来的研发热点。为助力零碳及低碳内燃机快速发展,阐述了氢、氨、甲醇、乙醇以及天然气等燃料的物化特性,同时分析它们在内燃机中最新应用进展,并对其未来发展所面临的问题给出相应参考建议。