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。

氢产业链发展的路径分析

碳达峰、碳中和战略的提出为我国各行业绿色低碳转型指明了方向,绿色氢能源有望在交通、化工、发电等多个领域发挥重要作用,推动氢产业发展可成为我国实现双碳目标的有效途径。本文在对美国、欧盟、日本和中国近年来氢产业发展情况进行比较与分析的前提下,提出了中国氢产业链的发展路径。文中指出,我国需要在借鉴发达国家氢产业发展政策的基础上,立足本国国情,统筹谋划构建从制氢、储运、加氢站建设到多场景应用的产业链。综合考虑我国的资源分布情况,加大绿氢产业布局,依据绿氢的绿色能源、绿色材料以及绿色原料的多元属性,推动氢能在交通、化工、冶金、发电等多场景的高效利用,同时我国要加强国际合作,联合研发相关新型技术与基础设施,制定涉氢国际标准,统筹兼顾氢产业经济发展与应对全球气候变暖的双重目标。

氢能技术及其在车用领域应用现状综述

化石燃料的快速消耗迫切地需要寻找绿色清洁的替代能源,氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,具有高能量、无污染的特性,是当下重要的工业原料。本文较为全面地分析了氢能的制取与储存,并且围绕氢能在车用领域的应用,因为在碳峰值和碳中和的背景下,内燃机行业的发展正面临着最好的转型机遇。加快氢发动机关键技术的研发和应用已成为世界各国政府和各大汽车企业的重要战略。本文对比了氢燃料电池与氢燃料内燃机的特点,对未来氢能源利用的产业化前景进行了分析。

新疆野生巴尔喀什蘑菇子实体多糖的提取与脱色工艺

【目的】研究新疆野生巴尔喀什蘑菇子实体粗多糖提取及多糖脱色工艺,为新疆野生巴尔喀什蘑菇多糖的纯化及深度开发提供理论依据和技术支持。【方法】采用热水提醇沉法提取巴尔喀什蘑菇子实体粗多糖,研究提取温度、时间、次数对巴尔喀什蘑菇多糖得率的影响;选择脱色时间、脱色温度、活性炭和H_(2)O_(2)含量为影响因子,以多糖脱色率为研究指标,采用正交试验优化巴尔喀什蘑菇多糖脱色工艺,确定最佳脱色工艺条件。【结果】热水提醇沉法提取巴尔喀什菇子实体粗多糖的最佳工艺条件:提取时间6 h、提取温度60℃、提取次数2次,在此条件下巴尔喀什菇子实体粗多糖得率为15.6%。活性炭最佳脱色工艺为活性炭用量25%、脱色温度60℃、脱色时间45 min、pH值3,在此条件下脱色率为80.4%;双氧水最佳脱色工艺为H_(2)O_(2)含量10%、脱色温度60℃、脱色时间3 h、pH值9,在此条件下脱色率为86.23%。【结论】利用热水提醇沉法提取巴尔喀什蘑菇粗多糖工艺具有实际应用价值。H_(2)O_(2)脱色法和活性炭脱色法对巴尔喀什蘑菇多糖的脱色效果受不同工艺条件的影响差异较大,H_(2)O_(2)脱色率比活性炭脱色率高,是巴尔喀什蘑菇多糖脱色的可行方法。

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。

鄂尔多斯盆地奥陶系盐下马四段高含硫天然气地球化学特征及成因

鄂尔多斯盆地盐下天然气勘探取得重大突破,在马四段多次钻获高含硫化氢天然气,地质和地球化学特征表明其成因和来源尚不明确。通过系统采集马四段天然气、乌拉力克组页岩气和上古生界致密砂岩气样品,测定天然气的组分和碳、氢同位素组成,结合盆地中东部地质实际开展天然气成因和气源研究。结果显示,马四段天然气是以甲烷为主的干气,干燥系数平均值为0.97,乙烷平均含量为1.07%,丙烷平均含量为0.32%,其余重烃气平均含量0.38%;硫化氢平均浓度为124774×10-6,是TSR作用的产物,明显区别于上古生界致密砂岩气和乌拉力克组页岩气,研究区内由西向东硫化氢含量逐渐降低;马四段天然气中甲烷碳同位素组成介于-44.8‰~-36.4‰,平均值为-40.3‰;乙烷碳同位素组成介于-27.7‰~-19.1‰,平均值为-24.3‰;甲烷氢同位素组成介于-172‰~-140‰,平均值为-162‰;乙烷氢同位素组成介于-140‰~-112‰,平均值为-119‰;马四段天然气具有较轻的甲烷碳同位素组成和较重的甲烷氢同位素组成,指示马四段天然气具有与上古生界煤成气不同的气源。以甲烷碳、氢同位素组成及组分作为高含硫天然气的主要判识参数,识别出马四段天然气具有“自生自储”的特征,气源岩为马家沟组含膏层系发育的海相烃源岩;TSR促进了烃类向非烃的转化,重烃气向甲烷的转化,也会导致烃类碳同位素组成的变化;部分气藏乙烷碳同位素组成已经明显重于干酪根碳同位素组成,超出了热演化的影响范围,凸显TSR作用对乙烷碳同位素影响较大。基于马家沟组盐下天然气的形成演化地质背景,初步估算TSR能导致乙烷碳同位素组成变重5‰~10‰。

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。

计及跨领域氢需求的电源低碳规划

大规模多领域的氢能应用会对电力负荷的规模、结构及分布等产生影响,进而对电源规划带来新的挑战。为此,文中提出一种考虑跨领域氢负荷的电源低碳规划模型。首先,计及工业、交通和供热领域的氢负荷,构建包含常规火电机组、碳捕集机组、新能源机组以及氢能系统的电-氢系统结构,并基于系统动力学理论对多领域的氢需求进行预测;其次,引入阶梯碳交易机制,在满足系统常规约束和氢能设备约束的前提下,考虑电、氢负荷需求,建立以投资、运行、碳交易以及弃电成本之和最小为优化目标的电源低碳规划模型;最后,以中国西北某地区的实际数据为例进行算例分析。结果表明,引入氢负荷和碳捕集电厂后的电源低碳规划模型能够优化电源结构、提高能源利用效率、降低系统碳排放量。

宽光谱响应范围的氮化碳纳米片的制备及其光催化产氢性能研究

以块体氮化碳(CN)为前驱物,采用氧化剥离制备氧化型氮化碳纳米片(o-CN NSs),将o-CN NSs还原制得了还原型氮化碳纳米片(r-CN NSs)。o-CN NSs和r-CN NSs厚度均约2 nm,且都保留了纯CN的庚嗪环骨架结构;相比于o-CN NSs,r-CN NSs具有更小的禁带宽度(2.62 eV)、更宽的光响应范围(485 nm)和更高的产氢速率(1700μmol/(g·h));r-CN NSs的光催化产氢速率是CN的8.5倍、o-CN NSs的2.1倍。经过20 h的循环测试,r-CN NSs的光催化产氢速率没有衰减,具备良好的光催化稳定性。实验和理论分析表明,r-CN NSs是边缘基团为氨基的纳米片结构,氨基的引入改善了纳米片的结晶性,提高了电子和空穴的分离效率、拓宽了纳米片的光响应范围,从而导致光催化性能增强。

“双碳”目标下氢能科学与工程新兴专业课程体系建设探索

氢能产业的高质量发展,有助于我国实现“双碳”目标。但目前氢能产业人才短缺的问题突出,加快氢能产业人才培养已迫在眉睫。氢能科学与工程专业是教育部批准设立的新兴专业,该专业的课程体系建设是个全新的课题。文章基于北京化工大学氢能科学与工程专业的建设思路,从大化工领域本科人才培养的视角,探讨了氢能科学与工程专业课程体系建设方案,以期为高校新兴专业的建设提供参考。

页岩气析出过程中的H同位素分馏及地质意义

通过长时间储层温度下页岩气现场解吸实验,揭示页岩气析出过程中气体赋存状态变换与气体组分及甲烷H、C稳定同位素的关联性。结果表明,与解吸气甲烷C同位素(δ^(13)C_(1))早期变化幅度较小、后期持续变重的现象不同,甲烷H同位素(δD(CH_(4)))具有先变轻后变重的规律,且在解吸至40%~50%阶段后与δ^(13)C_(1)变重同步。依据δD(CH_(4))变化规律及页岩含气性、气体渗流特征,可将页岩气析出过程划分为游离气压差渗流、游离气渗流–吸附气解吸扩散共存和吸附气解吸扩散3个阶段:阶段Ⅰ裂隙及基质孔隙中的游离气在压差作用下渗流,产出页岩气的δD(CH_(4))和δ^(13)C_(1)基本不变;阶段Ⅱ游离气渗流与吸附气解吸扩散共存,质量较轻的12CH_(4)优先脱附,吸附气的补给使产出气体的δD(CH_(4))显著变轻(变轻4‰~10‰),而δ^(13)C_(1)变轻的现象不显著;阶段Ⅲ析出的气体主要来自吸附气解吸,受吸附–解吸和扩散作用的共同影响,产出气体的δD(CH_(4))(变重15‰~20‰)和δ^(13)C_(1)(变重21.9‰~32.9‰)显著变重。δD(CH_(4))对页岩气析出过程气体赋存状态变换的响应比δ^(13)C_(1)更敏感和有效,因此有望建立一种基于页岩气析出过程中δD(CH_(4))变化规律预测页岩气产量的定量评价方法。

基于制氢设备精细建模的综合能源系统绿氢蓝氢协调低碳优化策略

在“双碳”背景下,为了降低氢能利用成本及综合能源系统的碳排放,该文提出一种综合能源系统绿氢和蓝氢协调低碳优化策略。首先考虑电解水制氢和天然气制氢的经济和碳排放特性,分别引入绿氢和蓝氢产-储-用模块,并对绿氢制取设备的功率-效率动态特性、蓝氢制取中的能量转换过程进行精细化建模,实现不同类型氢能高效协调利用。其次,通过优化氢负荷供应中的绿氢和蓝氢比例,提升供氢灵活性。基于此,综合考虑碳交易、波动性风电制氢下的电解槽寿命损耗以及各设备的约束条件,以风电运行与弃风惩罚成本、购能成本、电解槽的寿命折损成本、蓝氢提纯成本及碳排放成本之和的总经济成本最小为目标,构建低碳经济调度模型。最后,通过算例分析验证了所提绿氢蓝氢协调优化策略的合理性。

S型异质结光催化剂的研究进展

光催化技术具有合成过程简便、反应条件易控制、充分利用太阳能且无二次污染等突出优势,在处理环境污染问题和缓解全球能源短缺等方面具有广阔的应用前景。然而,由于光生载流子低的转移和分离效率,实际的光化学转换效率提升受到了限制。新兴的S型异质结光催化剂由于其在空间上实现了光生载流子的有效转移分离并展现出强的氧化还原能力,在太阳燃料制备和环境治理领域受到了广泛关注和研究。综述了异质结光催化剂的发展历程和S型异质结的基本原理及在各领域中的应用。最后,总结了S型异质结光催化剂的突出优势,并提出S型异质结光催化剂的发展前景和面临的挑战,为开发具备高效光催化活性的新型异质结光催化剂提供思路和参考。

氨氢融合零碳内燃机燃烧过程综述

随着中国“碳达峰”与“碳中和”目标的提出,内燃机低碳化、零碳化势在必行。氨作为零碳燃料和氢的高能量密度载体,是实现碳中和有潜力的替代燃料。研发氨氢燃烧技术,实现氨高效清洁融合燃料零碳大功率内燃机高效近零排放对全球气候治理具有重大意义。该文在分析氨作为未来绿色能源的潜力及其在内燃机中实际应用的基础上,从氨氢内燃机的燃烧模式、氨氢燃料的燃烧化学反应动力学、氨氢燃料供给方式等方面综述了氨氢内燃机的燃烧的最新进展,对比分析了火花点燃/均质压燃/射流引燃3种燃烧模式、氨气道喷射/液氨缸内直喷2种燃料供给方式、主动射流/被动射流2种点火方式,提出并论述了基于氨在线裂解制氢实现基于单一液氨燃料油箱的氨氢融合燃烧,是内燃机实现碳中和的极具潜力的技术路线,指出了氨氢内燃机喷雾、燃烧和氮基排放控制三方面需要解决的关键技术和科学问题。研究表明:氨氢融合内燃机采用微量氢气(小于3%)引燃氨混合气,可以获得稳定燃烧和高热效率,并拓展稀然极限。氨氢融合零碳大功率内燃机作为氨燃料高效可靠的应用载体,在重型车辆、工程机械、远洋船舶、发电等多个领域具备广泛的应用潜力与价值,氨氢内燃机的研发可推动基础燃烧理论的进步,也可以促进中国内燃机产业迈上新的台阶。

电-氢混合储能参与的多能系统低碳优化

针对可再生能源高渗透率的多能系统的未来发展,基于多能流交互拓扑,研究电-氢混合储能参与的IES灵活协同调控。考虑电-氢混合储能影响,构建以经济成本、风光使用率和碳排放量为多评价指标,研究多能流的多能调控策略。基于多能流的碳排信息,提出电-氢混合多能系统碳流倒推方法,利用多能流的碳流拓扑辅助多能调控决策。通过对实际电网的仿真,分析电-氢混合储能对系统综合效益的改善效果,研究源-荷-储互动特性,验证该文方法的有效性和合理性。

低碳炼铁技术探讨

本文从减碳潜力的角度分析探讨了富氢碳循环氧气高炉技术和氢基竖炉直接还原技术的应用前景。以富氢碳循环氧气高炉技术为代表的长流程低碳冶炼技术降低碳排放量的理论极限约50%,有助于我国钢铁工业现阶段实现较大的减碳效果,而采用富氢气体作为还原剂的竖炉工艺,在技术层面已具备进一步提高氢气比例的能力,甚至可以将氢气比例提高到100%,通过化学反应、反应热力学和反应动力学等机理分析,探讨了MIDREX和ENERGIRON工艺不同参数选择的本质原因。在还原气相同时,MIDREX工艺和ENERGIRON工艺的竖炉内气体中H_(2)/CO不同,是由重整方式不同决定的,H_(2)/CO越高越符合氢冶金的需求;竖炉内压力越高,还原速度越快,还原气体利用率越高,可以提高单位容积竖炉的产量,减小设备总重量;气体入炉温度主要由炉内气体成分决定,为充分发挥H_(2)的还原能力,同时避免炉内粘结的发生,气体入炉温度选择在950℃左右,H_(2)比例高,气体入炉温度可以适当提高。

低碳氢冶金炼铁技术进展及包钢氢能炼铁技术途径探讨

钢铁工业是国民经济发展的支柱型产业,钢铁工业的节能降碳是实现国家“碳达峰、碳中和”发展目标的重中之重。文章简要介绍了主流低碳氢冶金炼铁技术的种类及特点,阐述了国内外低碳氢冶金炼铁技术的进展及现状。高炉富氢还原技术和氢基竖炉直接还原技术是最主要的低碳氢冶金炼铁技术。其中,高炉富氢还原技术降碳能力有限,可作为钢铁行业短期低碳氢冶金炼铁技术的发展方向,如结合碳捕集利用封存(CCUS)技术,可进一步降低CO_(2)排放量。氢基竖炉直接还原技术从源头上摆脱了化石能源的应用,与传统“高炉-转炉”生产流程相比,可降碳80%以上,是钢铁工业工艺技术变革必然发展趋势。包钢积极响应国家绿色低碳发展战略及内蒙古五大任务,积极布局绿色低碳氢能炼铁技术于白云鄂博中贫矿的氢基矿相转化、高炉富氢还原及氢基竖炉直接还原技术,钢铁生产过程低碳绿色化明显提高。

考虑电-氢一体化的微电网低碳-经济协同优化调度

针对微电网中缺乏对碳排放流特性的精确刻画,导致运行层面中微电网的低碳运行方式和经济运行方式之间矛盾凸显,低碳和经济难以兼顾的问题,构建了计及绿电制氢和多能耦合的电-氢一体化运行框架,提出了综合考虑碳排放流和低碳需求响应的微电网低碳-经济协同双层优化调度模型。上层优化调度模型中,以风光储氢一体化工业园区为典型微电网场景,以低碳性和经济性协调最优为目标,将源侧碳交易机制融入调度决策目标中,充分挖掘微电网低碳-经济协同运行方式,以此制定微电网最优低碳经济调度策略;下层低碳需求响应模型中,以微电网用户碳减排所节约的碳排放成本为激励信号,通过建立微电网能量流与碳排放流的映射关系,实现碳排放责任的转移和分摊以及对微电网运行中的碳排放特性精细化评估,进而建立由负荷碳排放强度时空差异性引导用户参与碳减排策略的低碳需求响应(demond response,DR)模型,深入挖掘微电网源-荷间的低碳性和经济性间的协同性。以某工业园区微电网为例,验证了所提模型能有效兼顾系统的低碳性和经济性。

国外平板玻璃行业碳中和技术路径跟踪研究

近年来,气候变化已经成为当今人类发展共同面临的严峻挑战,开展碳减排行动已成为全球共识。玻璃工业同样面临碳排放的现实问题。围绕国外平板玻璃行业碳中和技术路径的研究及应用现状,开展玻璃行业碳排放现状与碳中和技术路线的分析与研究,掌握碳排放来源,提出实施碳中和的有效路径,有助于推动玻璃行业节能降碳。

单原子改性氮化碳光催化制氢研究进展

富含地球元素碳和氮的石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因结构稳定、价格低廉,在光解水析氢反应中具有优异的应用前景。金属单原子为提高g-C_(3)N_(4)析氢反应活性提供了新的思路,主要总结了单原子修饰g-C_(3)N_(4)的改性策略,并扼要分析单原子在g-C_(3)N_(4)基光催化剂析氢反应中的作用方式。