星间光通信无信标捕跟瞄技术

无信标捕跟瞄技术以通信光为信标光,无需额外的信标光激光器,在重量和功耗受限的卫星光通信应用中更具优势。针对低轨小卫星平台星间光通信,对直接探测方式下的捕跟瞄链路进行功率预算分析,研究光通信终端的无信标捕跟瞄技术,设计捕跟瞄流程,并深入分析视轴抖动对捕获时间和捕获概率的影响,提出剩余不确定区域计算方法。结果表明:所设计的无信标捕跟瞄方法所需最大激光发射功率为0.135 W,捕获时间为30 s,捕获概率为95%,能够满足低轨星间光通信链路要求。

激光通信组网用捕跟机构设计

针对激光通信组网对多目标捕获和跟踪的需求,提出了一种基于旋转抛物面的多反射镜拼接式新型捕跟机构。首先探讨了激光通信组网的工作原理和过程,完成了捕跟机构设计,建立了反射镜驱动机构扫描捕获和跟踪两个阶段的运动学模型,并对模型进行了仿真,在此基础上,构建了室内原理试验系统,对捕跟机构的跟踪精度和交接效果进行了测试。测试结果表明:系统最终跟踪精度为22.14μrad(1σ),交接过程中通信无误码,因此,本捕跟机构能够实现方位角范围360°、俯仰角范围30°一点对多点同时激光通信的要求。

基于InGaAs器件的空间高速捕跟探测组件设计与实现

提出一种基于InGaAs焦平面器件的空间高速捕跟成像组件设计方法,阐述了系统工作原理及主要模块实现方式,分析了测试方法和验证结果。方案以InGaAs焦平面器件为核心,采用主控FPGA控制工作模式及交互通信、4路图像信号经前置单端电流驱动以及差分功率放大和AD转换后输入主控FPGA进行图像信号处理输出。针对空间环境特点,通过器件选用、电路优化、抗单粒子设计等防护措施进行了系统加固。基于刷新重构FPGA设计了具备灵活在轨图像校正补偿、系统优化重构,主控FPGA程序定时刷新的功能模块。实现产品具有全幅高帧频6 kfps输出、-85 dBm像元灵敏度、69 dB宽动态范围的性能,具备低延迟高帧频快速图像处理的特性,可满足空间多轨道激光通信捕获跟踪及短波红外遥感成像需求。

随机纤维膜过滤器捕集浮游生物颗粒的DPM数值模拟

目前常用的深海浮游生物取样方法,是采用水泵抽取海水,并通过过滤技术捕捉其中的浮游生物。因此,以浮游生物过滤器为研究对象,通过随机算法建立三维纤维膜微观模型,并基于相似准则对纤维膜模型进行数值模拟研究,同时,采用拉格朗日离散相模型(DPM)追踪浮游生物颗粒在过滤器内的运动轨迹。研究结果表明:入口速度的变化对流场的压力和速度分布有显著影响,随着入口速度增加,流场内部速度差增大,流场中的压力分布出现明显的分层现象,且压力损失随入口速度增大而增大。其孔隙较小的纤维模型具有更好的过滤性能,对浮游生物颗粒的过滤效率基本稳定在80%。

二氧化碳捕集技术研究和工程示范进展

捕集、封存(CCS)/捕集、利用和封存(CCUS)技术是缓解日趋严重气候问题的有效措施,其中CO_(2)捕集是CCS/CCUS技术中的关键环节。经过多年发展,以乙醇胺为代表以及在此基础上发展起来的多氨基胺、位阻胺、离子液体等化学胺吸收碳捕集技术逐渐成熟,此类技术已开展或正在进行大型试验或工业示范。科研机构已经完成了技术评审(TR)的关键节点验证,积累了丰富的经验。本文结合具体案例简要介绍了包括燃烧前、富氧燃烧、化学链燃烧和燃烧后捕集技术的进展情况,分析了各类技术目前存在的主要问题,并提出了影响CO_(2)捕集技术大范围推广的关键因素。捕集能耗高、设备投资和维护成本高、产生的废弃物量大是影响捕集成本的主要因素。此外,捕集的CO_(2)主要还是用于驱油和埋存,尚不成熟的CO_(2)化工转化技术生产的产品竞争力比较弱。

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

考虑风电爬坡灵活调节的碳捕集电厂低碳经济调度

为实现“双碳”目标,风电等可再生能源的使用是减少碳排放的根本途径,而碳捕集电厂是降低碳排放的直接手段。但风电具有与生俱来的波动性,风电的骤升骤降会影响碳捕集电厂“电碳耦合”特性,从而对碳捕集效果带来不利影响。而储液罐通过增减自身溶液量可近似地存储释放能量,为解决上述问题提供了可能。该文首先搭建碳捕集电厂数学模型,分析储液罐通过增减溶液量带来的储放能量与碳捕集设备能耗之间的关联,研究储液罐的双向调节能力;然后,提出上爬坡碳超前补偿和下爬坡碳滞后补偿调度策略,双向调节储液罐使碳捕集电厂电碳解耦;接着,构建跟随风电爬坡进行调节的低碳经济调度模型;最后,对含碳捕集电厂、高碳电厂和风电场的电力系统进行仿真,证明所提方法的有效性。

基于碳捕集-电转气的矿区综合能源系统协同优化调度

“双碳”战略目标下,为促进风光消纳与能源电力低碳转型、提高矿区能源利用率,提出一种含伴生能源和碳捕集与电转气耦合的矿区综合能源系统低碳经济调度模型。首先,综合考虑瓦斯、乏风、涌水等矿区伴生能源利用,建立矿区综合能源系统基本模型,并以碳捕集和电转气设备为耦合单元,促进节能减排与可再生能源消纳。然后,引入奖惩阶梯式碳交易机制,以矿区综合能源系统运行成本最小为目标,建立矿区综合能源系统协同优化调度模型。最后,以中国云南某大型煤矿为例,通过设置不同场景进行仿真分析。结果表明,所提模型能够促进矿区综合能源系统低碳经济运行,提高风光消纳率。

含整体煤气化燃料电池-碳捕集电厂的风火储系统分布鲁棒调度方法

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)是与碳捕集技术高度适配的清洁、高效、稳定的绿色煤电技术,有望克服传统碳捕集技术在低浓度CO_(2)环境下产生的高成本、高能耗问题。该文构建含IGFC碳捕集电厂的风火储发电系统。研究IGFC碳捕集电厂的运行机理,对IGFC内部各环节建立数学模型,提出工况匹配时燃烧利用率和阴极空气利用率需要满足的运行条件,并针对该型碳捕集电厂的电碳特性进行分析。为计及风电出力的不确定性,构建风火储系统的两阶段分布鲁棒经济调度模型,引入k阶适应性理论,提出基于正交支撑子集策略的求解方法来获得鲁棒对等式。最后,在改进IEEE-30节点系统中进行算例分析,结果表明,该型碳捕集电厂可利用阳极碳富集的优势,实现系统低碳经济调度的目标,并验证所提优化方法能为可行解提供可解释性。

高炉烟气碳捕集吸收剂性能影响分析

高炉烟气进行碳捕集可有效降低高炉工序的碳排放。采用化学吸收的方式进行高炉烟气碳捕集,对几种主要吸收剂进行高炉烟气碳捕集能力研究。通过自主搭建的模拟碳捕集试验装置,研究氨水、乙醇胺(MEA)等吸收剂对20%CO_(2)含量的高炉烟气的碳捕集情况,分析其碳捕集能力与再生再利用能力。结果表明,氨水的碳捕集能力最强,每千克溶液捕集CO_(2)可达105.4 L,比捕集量最少的MEA溶液高出了71.38%。此外,各吸收剂CO_(2)的解吸率可达92%以上,仅MEA解吸率为68.94%。重复利用的吸收剂碳捕集能力也达原先的90%以上。同时研究发现,高炉烟气中除尘灰会使有机胺吸收剂在升温解吸过程中降解,使碳捕集能力降低20%左右。本文可为后续开发适宜高炉工序的吸收剂与高炉碳捕集工艺奠定理论基础。

CO_(2)捕集和利用技术的应用与研发进展

由于CO_(2)的过度排放导致了全球严重的气候变化问题,实现碳中和已成为全球各国的共识,碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和的必由路径之一,引起了研究者的广泛关注。中国石化南京化工研究院有限公司长期致力于CO_(2)捕集和利用技术的研发和应用推广工作,已形成低分压烟气碳捕集技术、NCMA(南化复合胺)脱碳技术和催化热钾碱脱碳技术3种成熟碳捕集技术,成功应用于多个工业项目中。同时,在新型碳捕集技术和CO_(2)利用技术领域开展了大量研究,并取得了一定的进展,部分成果达到了国内及国际先进水平。

含电转气和碳捕集耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度

为提升综合能源系统(integrated energy system,IES)的可再生能源消纳以及低碳经济效益,提出含电转气(power-to-gas,P2G)和碳捕集(carbon capture system,CCS)耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先,建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型,并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统;其次,基于多时间尺度的优化调度策略,以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型;最后,以四川某工业园区为例进行仿真,结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度

为了实现园区综合能源系统(PIES)的低碳化经济运行和多能源互补,解决碳捕集装置耗电与捕碳需求之间的矛盾,以及不确定性源荷实时响应的问题,提出了基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度方法。该方法通过在PIES中添加碳捕集装置,解决了碳捕集装置耗电和捕碳需求之间的矛盾,进而实现了PIES的低碳化运行;通过采用近端策略优化算法对PIES进行动态调度,解决了源荷的不确定性,平衡了各种能源的供给需求,进而降低了系统的运行成本。实验结果表明:该方法实现了不确定性源荷的实时响应,并相比于DDPG(deep deterministic policy gradient)和DQN(deep Q network)方法在低碳化经济运行方面具有有效性及先进性。

考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度

为应对新型电力系统建设过程中带来的新能源消纳困难与系统调控能力不足的现象,该文提出一种考虑碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度策略。首先,对源荷储三侧运行机理展开分析,充分利用碳捕集机组、氢储能系统、需求响应提高电力系统调度灵活性。其次,构建源网荷协调运行结构框架,并针对旋转备用需求下碳捕集机组与氢储能系统运行中的不足之处,对二者协调运行特性进行研究。最后,以系统综合成本最优为目标,建立碳捕集机组与氢储能系统协调运行的源荷储低碳经济调度模型,采用模糊隶属度函数对系统不确定性进行描述,确定系统旋转备用需求。经算例验证表明,该文所提模型在兼顾系统运行的经济性与低碳性的前提下,可显著提高系统新能源消纳水平。

计及电制氢和碳捕集的园区综合能源系统动态规划

“碳达峰,碳中和”目标对综合能源系统提出了低碳高效的新要求。针对园区综合能源系统的源-网-荷-储联合规划问题,基于Bellman最优理论将系统净收益最大化的规划模型进行分解,建立“风光储协同-多能互联耦合-能源消纳制氢-最优碳捕集”的多阶段动态规划模型并求解设备的最佳配置方案。结果表明,该模型在经济性和环保性方面具有显著优势,电制氢收益可观并促进电能就地消纳,碳捕集降低了系统碳排放并具有售卖CO_(2)气体和碳配额的双重收益,同时在动态规划过程中达到了最佳的电制氢配置和最优的碳捕集比例。

计及P2G及碳捕集的风光氢储综合能源系统低碳经济调度

在“双碳”目标下,为提高风光能源利用效率、优化资源配置、促进综合能源系统降碳减排,提出了一种风光氢储综合能源系统低碳经济调度模型。首先,考虑氢能作为新型储能能源所具有的低碳特性和调度优势,引入两阶段运行的电转气(power-to-gas,P2G)技术模型,以氢能为连接纽带,实现了系统内电、热、气能之间的耦合传递。其次,引入碳捕集设备及阶梯式碳交易机制,以进一步降低系统的碳排放。然后,构建以购能成本、碳交易成本、运行成本和弃风弃光成本最小为目标的低碳经济调度模型,并运用CPLEX求解器进行求解。最后,通过对多个运行情景的优化结果对比分析,验证了模型在消纳风光出力、促进系统深度脱碳、推动多能源互补和增加系统经济效益方面的有效性。

鳗苗网兼捕主要经济鱼类潮汐分布调查

为了解长江口北支邻近水域鳗苗网兼捕主要经济鱼类在大小潮期间的分布特征,于2022年2—4月,在该水域设置3个站点,分别在3个大潮和3个小潮期间开展调查。结果表明,主要经济鱼类包括2种洄游性鱼类(刀鲚和凤鲚)、4种海洋性鱼类([鱼免]黄鱼、小黄鱼和半滑舌鳎);共采样72网次,采集到经济种个体数为374尾。刀鲚、凤鲚、[鱼免]、大黄鱼最高单位努力渔获量(CPUE)均出现在大潮期间,小黄鱼CPUE最高值则出现在小潮期间,半滑舌鳎大小潮CPUE值一致。大黄鱼、小黄鱼和半滑舌鳎在大潮期间的体长和体质量中位数均大于小潮期间。刀鲚、凤鲚和[鱼免]最高损伤率均出现在大潮期间的3月1—4日。指出,长江口北支的鳗苗定制网,成为多种经济鱼类洄游通道上的重大阻碍,严重损害其早期资源的可持续发展。

基于信息间隙决策理论的含碳捕集−电转气综合能源系统优化调度

【目的】为科学统筹综合能源系统运行经济性、稳定性和低碳性优化目标,采用何种技术手段以提升能源转化效率,减少系统能源浪费和区域环境污染,是当下综合能源系统合理优化的主要问题。为此,提出一种基于场景生成与信息间隙决策理论的含碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)—两段式电转气(power to gas,P2G)综合能源系统低碳优化策略。【方法】在技术层面,通过对电P2G两阶段精细化建模,提高氢能利用效率,建立热电联产(combined heating and power,CHP)-CCS-P2G耦合模型;在市场机制层面,引入阶梯型碳交易模型以降低系统中CO_(2)排放量。最终,基于信息间隙决策理论(IGDT)构建不同风险偏好下的优化调度模型。【结果】以典型综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明所提模型可提高风光消纳率,实现系统低碳、经济、稳定运行。【结论】该优化策略可有效帮助决策者根据其风险偏好制定风险规避与风险追求策略下的调度方案,实现系统不确定性与经济性的平衡。

基于分子动力学理论的碳捕集用吸附剂选择与实验研究

选择13X、NaY、MCM-41、NaA和CaA 5种代表性的沸石材料分别建立了分子模型,利用大正则蒙特卡罗(GCMC)模拟研究了该5种沸石材料分别对纯CO_(2)和N_(2)的吸附分离行为,获得了单组分等温曲线和等容吸附热曲线,以此揭示不同沸石材料的吸附机理。结果表明,NaY在室温下对纯CO_(2)的饱和吸附量最高(6.14 mmol/g);在对CO_(2)/N_(2)混合气体选择性吸附的研究中发现,CaA与CO_(2)的结合力最强,NaY对CO_(2)选择性最高。该模拟计算有助于吸附法CO_(2)捕集中沸石骨架材料的筛选,并为后续实验研究提供理论依据。