碳排放约束下区域能源分配的Pinch分析

考虑新能源开发利用的高额成本和碳排放约束,建立总碳排放约束和各自碳排放约束下使用最少零碳排放燃料的能源分配模型,以实现在碳约束下能源供给与需求的均衡.提出将Pinch分析方法应用于碳排放约束下的能源分配中,把模型的目标函数和约束条件合成在同一坐标系中,形成能源需求、供给合成曲线,在合成曲线上找到实现所有地区能源供给与需求均衡的Pinch点.通过算例分析,将Pinch分析方法求解模型的结果与线性规划求解模型的结果进行对比,验证Pinch分析方法的可行性和实用性.

CO_(2)化学转化碳酸二甲酯/乙二醇的能量集成和碳流分析

CO_(2)化学转化可获得高值化学品,实现CO_(2)资源化利用,是解决“碳中和”问题的理想方法之一。两步酯交换法生产碳酸二甲酯(DMC)、副产乙二醇,是实现CO_(2)高值化利用的有效途径。针对该过程面临的CO_(2)活化难、生产成本高的技术难题,本文采用碳酸乙烯酯一步吸收环氧乙烷、离子液体催化剂、反应精馏实现酯交换以及变压精馏分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物等过程强化方法实现CO_(2)两步转化。本文首先利用AspenPlus完成全流程模拟,再采用BP神经网络和第二代非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化酯交换过程参数,基于夹点技术对酯交换过程进行能量集成并对全过程进行严格的碳流分析。能量集成结果表明,酯交换过程热公用工程用量降低40.34%;碳流分析结果表明,全过程总碳原子利用率达到99.81%,考虑能源消耗的间接碳排放,碳原子利用效率为86.90%,净CO_(2)排放量0.314kgCO_(2)/kgDMC。与文献报道的工艺相比,本文工艺流程所得DMC产品纯度较高(99.9995%)、能耗更小(1.10kW·h/kgDMC),可为CO_(2)化学转化碳酸二甲酯和乙二醇提供技术指导。

中国清洁与非清洁能源的替代弹性估计及结构优化研究

在不断攀升的能源消费需求与碳减排约束日益矛盾的现状下,如何通过能源消费清洁化,或是利用清洁能源替代非清洁能源以促进碳减排是社会各界面临的难题。本文基于2012-2019年中国30个省市的面板数据,采用似不相关回归方法估计了清洁能源与非清洁能源的CPE弹性和MES弹性,同时在清洁能源与非清洁能源可替代性的基础上,利用碳夹点方法预测碳减排约束下“十四五”期末的中国最优清洁能源量。主要研究结论如下:清洁能源与非清洁能源的自价格弹性较低,整体缺乏弹性。清洁能源与非清洁能源的CPE替代弹性和MES替代弹性均为正数,总体来看清洁能源与非清洁能源之间呈现替代关系。分地区来看,西部地区的非清洁能源自价格弹性绝对值与东中部地区相比差距较大,此外三个地区的清洁能源与非清洁能源均存在替代关系。不同资源禀赋地区的替代弹性存在异质性,在资源型地区,非清洁能源替代清洁能源的替代弹性较小,非资源型地区则相反。中国2020年清洁能源消费量为12.10亿吨标准煤,占据能源总量的23.4%,折合为3546.56万TJ,距离实现2025年单位GDP碳排放下降18%的目标,还需要再增加3076.84~3369.77万TJ。机制分析发现,能源间替代可以通过能源价格以及有偏技术进步实现碳减排。本研究为政策制定者制定相关能源政策提供了有益参考。

基于碳夹点技术的株洲市能源结构优化研究

株洲市作为第三批国家低碳示范城市,制定了CO_(2)排放于2025年达到峰值的目标。在碳达峰目标约束下,减少传统化石能源的使用量,优化能源结构对降低碳排放具有重要意义。以株洲市为研究对象,分析了2015—2020年株洲市的能源消耗和碳排放情况,基于碳夹点技术确定了碳达峰目标约束下的清洁能源在一次能源中的最小占比,提出了能源结构优化方案,并结合株洲区域优势,在调整4类能源占比方面给出可行性建议。

考虑氢能调峰要素的岛屿能源系统结构优化

由于能源系统相对孤立,沿海岛屿的能源供应主要依靠大陆进口,有必要对岛屿能源系统进行优化,以充分利用清洁能源,减少能源进口需求。为此,以浙江省舟山群岛为例,基于碳夹点分析方法,优化岛屿能源系统中可再生绿色能源的比例,在满足能源需求的同时实现减排目标;考虑到岛屿的季节性能源波动会导致某个季节出现能源短缺或过剩的现象,引入氢能进行调峰,并对比了采用水力发电、风力发电、太阳能发电替代部分火力发电的3种减排方案的发电量及碳排放量。研究结果表明:(1)为完成舟山市电力减排目标(相对2021年减排CO_(2)14.5%),方案一需要1100.60 GW·h水力发电来代替火力发电,方案二需要1285.13 GW·h风力发电,方案三需要1164.79 GW·h太阳能发电;(2)在电能需求量较小的第一、二季度通过煤化工制氢28.17 kt,选择地下压缩方式储存并在电能需求量较大的第三、四季度进行利用,氢气的制取和储存成本共需5.82亿元,不仅可以解决用电高峰季节的能源短缺、用电低谷期的能源浪费,同时能完成全年减排14.5%的目标。结论认为,尽管方案三(太阳能发电)为经济性最优方案,全年共花费61.2亿元,但优势不明显,相比其他方案仅低0.3%左右;在条件允许的情况下应优先发展太阳能发电,在条件受限时风力和水力发电也同样具有优势。

基于碳夹点分析法的可再生能源优化调度方法研究

为促进工业领域“双碳”目标的实现,结合“新增可再生能源不纳入能源消费总量控制”要求,通过使用大量绿电替代燃煤电力,可促进工业领域的节能降碳。文章首先建立碳夹点分析数学模型,并明确使用碳夹点分析法进行发电能源容量方案设计的各个步骤,查找相关标准计算常用发电燃料的二氧化碳排放因子。对于多区域间的可再生能源发电调度,进行单独区域碳夹点分析确定可再生能源增量,进而使用寻优算法完成区域间可再生能源电力优化调度。案例研究表明,文章所提出的基于碳排放夹点分析法的可再生能源优化调度方法有利于区域电网提高可再生能源使用率,从而增加高耗能企业绿电使用量,进而促进实现碳减排目标。

跨临界CO_(2)制冷系统热回收换热器性能仿真分析

针对目前广泛应用的带热回收的跨临界CO_(2)制冷系统,通过建模的方法对热回收换热器中的换热过程进行研究。结果表明:随着热回收换热器内CO_(2)侧压力从7.5 MPa升高到10.5 MPa,可用热回收量明显升高,并且在CO_(2)侧压力达到9.5 MPa时,热回收换热器内部不再出现夹点,换热效率得到提升;当运行压力不发生变化时,热回收换热器进口水温的升高能够避免换热过程的夹点问题,但是会明显降低热回收量。

碳夹点分析技术与化工园区能源规划

节能减排是应对能源与气候变化大挑战的有效策略。运用目标导向的碳夹点分析技术对能源系统进行系统分析,基于累积CO2排放量-累积能源用量绘制组合曲线图,并确定出最小清洁能源用量、能源需求及其对应的CO2排放量目标,以期确定减排目标以及能源分配方案等,为制定区域能源规划提供依据。以某化工园区能源规划为例,给出了详细计算步骤和案例验证,研究案例所得能源规划方案的CO2排放量比预计削减10%。

中国电源结构调整的新思路——基于优先成本的视角

将企业成本最小化目标与碳夹点分析技术相结合,以优先成本作为中国电源结构调整的依据。以2010年为基准年份、以2020年为目标年份,提出了中国电力部门进行电源结构调整的新思路。研究结果表明:水电的优先成本最低,其次是天然气发电和新型煤电,因此应优先发展这三类电源;尽管可再生能源发电具有较高的环境效益,但是其优先成本较高,若不对之加大支持力度,则2020年之前中国可再生能源发电的市场份额不会增加。

基于碳夹点分析的四川省可再生能源利用

分析了四川省可再生能源资源禀赋、近年来能源消耗及二氧化碳排放情况,基于碳夹点分析,对2015年四川省二氧化碳排放约束下的可再生能源利用问题进行研究。构建数学模型,采用图解法计算二氧化碳排放总量限制下的可再生能源最小利用量,并将四川省分为四个能源消耗部门,确定各部门可再生能源和常规能源分配方案。结果表明:要满足二氧化碳排放量限制和能源需求量,四川省最小可再生能源需求量为4493.26万吨标准煤,占总能耗的比重为22.01%,分配到各能源消耗部门为:第一产业67.17万吨标准煤、第二产业4207.33万吨标准煤、第三产业80.36万吨标准煤、居民消费138.4万吨标准煤。

基于碳约束的区域能源结构优化实证

依据《中国能源统计年鉴2020》《上海市统计年鉴2020》,以上海市2019年实际碳排放总量220.4×10^(6)t削减10%作为碳约束目标,运用碳夹点方法求解上海市在全局和各部门碳约束下的清洁能源最小需求量,对两种情景下的能源结构进行优化分配。结果表明:两种情景下,上海市清洁能源最小需求量均为88.7×10^(16)J;在产业部门碳约束下,清洁能源分配给第三产业的比例为53.9%,远高于第二产业和生活消费部门,第三产业对清洁能源的容纳率最高。建议上海市应推进能源技术改革,大力发展清洁能源技术和低碳技术;加快产业结构升级改造,进一步确立以金融业、信息业等为主的第三产业优势地位,逐步削减第二产业规模,将其打造成"小而精"的发展模式。

碳夹点技术在节能减排中的应用

针对某地区的能源数据,结合三种不同的情景,应用碳夹点分析方法,在建立数学分析模型的条件下,进行分析规划,得到相应的碳夹点。确定不同情景下能源的分配及排放限制量,使得在用最少的清洁能源的条件下,既能满足能源需求又达到排放限制的目的。该技术能通过进一步优化供应系统,将其对经济的影响降到最低。

夹点对超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环性能的影响

研究了超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO2)布雷顿再压缩循环回热器的夹点问题,分析了换热器夹点对SCO2布雷顿再压缩循环热效率、净输出功、不可逆损失和?效率等性能的影响,阐述了膨胀机进口温度和循环压比对SCO2布雷顿再压缩循环的影响,并比较了再压缩循环和简单回热循环的性能。结果表明:夹点的位置随着分流比的增大,先出现在低温回热器低温侧的出口,然后出现在低温回热器内部,最后出现在低温回热器低温侧进口;在给定的初始条件下,分流比存在最小值,随着分流比的增大,循环的热效率和?效率先增大后减小;分流比对加热器、低温回热器、冷却器和高温回热器的?损失有较大影响;压比的增大和膨胀机进口温度的升高都会使再压缩循环最小分流比减小;在一定分流比下,再压缩循环的热效率比简单回热循环要高。

碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化

节能减排越来越受到人们的重视,夹点技术是目前应用最广泛的热集成技术之一。文章利用夹点技术对碳酸二甲酯合成工艺进行了系统用能分析,找出了用能状况不尽合理之处。将碳酸二甲酯合成及精馏四个单元作为一个系统整体考虑,提出了碳酸二甲酯合成及精馏单元的换热网络优化方案。优化后整个系统可以节约低压蒸汽33.7%,节约循环冷却水93.6%。

碳酸二甲酯的合成及换热网络的优化

利用夹点技术分析碳酸二甲酯合成工艺系统用能,找出其用能状况不合理之处,提出换热网络优化方案。优化后整个系统可以节约33.7%的低压蒸汽和93.6%的循环冷却水。

基于夹点分析的煤低温干馏余热回收方法研究

本文针对煤低温干馏工艺中存在的余热回收问题,采用夹点分析法,对长春某企业的试验生产阶段得到的数据进行分析。给出了相应的物料平衡和能量平衡,从中提取冷热物流和确定ΔTmin,计算能量目标和夹点温度等以完成基本的夹点分析,生成换热网络式余热回收系统,最后提出可能的改进意见。

碳排放约束下的天津市能源区域分配研究——基于碳夹点模型分析

能源的供需及碳排放约束是中国各省市在经济快速发展过程中必须考虑的问题。在能源供需和碳排放约束下,对区域的能源利用进行合理分配具有实际意义。利用碳夹点分析方法,对天津市的能源分配问题进行研究,建立分析模型,在考虑整体和区域的能源需求和碳排放约束条件下,分别确定各种化石能源和清洁能源的使用量,以实现最优的能源结构和能源供需平衡,为地方政府制定合理的能源供应量和碳排放约束指标提供科学依据。研究表明,若只考虑天津市总体的碳排放约束(1 570.6×105 t)和能源需求(223.0×1013 kJ),需要减少24.9×1013 kJ的煤能源使用,同时增加31.7×1013 kJ的清洁能源;若天津市能提供50.0×1013 kJ的清洁能源,在达到能源总需求的同时,总的碳排放为1 378.5×105 t,因此能源部门在规划天津市的总体碳排放约束时不应低于此值;考虑各个区域的碳排放约束的条件下,规划得到的排放总量为1 434.1×105 t,能够满足当前的碳排放限值。

碳夹点技术对区域能源规划的优化作用

为不断优化区域能源结构,有效规划区域能源供需量,降低区域能源碳排量,采用碳夹点分析方法针对区域能源规划进行调整。详细介绍了碳夹点分析方法,概述了碳夹点在能源结构中的优化作用。建立精确的数学模型,通过案例研究分析,采用数形结合方法确定区域零碳能源需求量。不断优化能源结构,使其既满足能源的供需量,又在此基础上达到碳排放限值。合理分配区域所需能源,以及在满足碳排放条件下优化区域能源具有实际意义。

考虑可再生能源利用经济性的碳夹点分析方法

本文在现有碳夹点分析技术的研究基础上,考虑经济性因素对可再生能源利用的制约,引入边际成本的概念,在碳夹点分析的数学模型中添加经济性约束条件,描述了修正可再生能源利用量的步骤,从而优化碳夹点分析方法中可再生能源资源用量的确定过程,避免过高估计可再生能源资源的实际利用率。以考虑可再生能源经济性的碳夹点分析技术在实际园区的建筑能源规划中的应用为例,证明其在实际应用中是可行的。

基于夹点技术考虑含有复杂相变及碳排放的换热网络综合

以乙烯裂解工艺中6股使用公用工程换热的物流为研究对象,发现存在含有混合物的复杂相变的物流,根据其热负荷和物料特性把相变段折算成一股或多股恒定热容流率的物流,确定温度区间,再用问题表确定夹点。传统夹点法确定最小传热温差△T_(min)为11℃,加入碳排放目标函数后确定△T_(min)为9℃,平均夹点温度为83.8℃,此时该换热网络所需的最小热公用工程量为12727.27 kW,最小冷公用工程量为38719.59 kW。根据夹点技术的设计原则和物流匹配准则,可得到能量最优的换热网络结构。