Effect of Hydrogen Charging on the Tensile and Constant Load Properties of an Austenitic Stainless Steel Weldment

The effect of cathodic hydrogen charging on the tensile and constant load properties was deter- mined for an austenitic stainless steel weldment comprising a 304L steel in the solution treated condition as a base metal and a 308L filler steel as a weld metal. Part of the 304L solution treated steel was separately given additional sensitization treatment to simulate the microstructure that would develop in the heat affected zone. Tests were performed at room temperature on notched round bar specimens. Hydrogen charging resulted in a pronounced embrittlement of the tested materials. This was manifested mainly as a considerable loss in the ductility of tensile specimens and a decrease in the time to failure and threshold stress of constant load specimens. The 308L weld metal exhibited the highest, and the 304L solution treated steel the lowest, resistance to hydrogen embrittlement. Hydrogen embrittlement was associated with the formation of strain induced martensite as well as a transition from brittle to ductile fracture morphology onwards the centre of the specimens.

Research on frequency-temperature compensated sapphire-SrTiO_3 loaded cavity for hydrogen maser

To obtain frequency-temperature compensation in a sapphire loaded cavity for hydrogen maser, a dielectric named SrTiO3 is employed whose temperature coefficient of permittivity is opposite to that of sapphire. Based on theoretical analysis and computer simulation, a TE011 mode of a sapphire loaded cavity associated with two small rings of SrTiO3 with different thickness is solved, and the useful parameters that influence the temperature coefficient of cavity are calculated. Finally an experiment is brought forward and its results are very close to the computing results. When the thickness of SiTiO3 dielectric is 7 mm and the diameter is 17 mm in configuration b, the temperature coefficient of cavity is decreased from -58.8 kHz/K to -8.2 kHz/K and the quality factor is 40248.

风光制氢合成氨系统的多时段可调度域分析

为直观描述风光发电制氢合成氨(power-to-ammonia,P2A)系统的柔性负荷调节潜力,计及制氢、合成氨化工过程的负载调控特性,基于动态规划思想和计算几何理论,提出其多时段可调度域(multi-stagedispatchableregion,MSDR)的刻画方法。所提方法将多时段间相互耦合的鲁棒约束变换为“氢缓冲罐贮量–合成氨产率”状态空间中的确定性多面体约束,使得对于可调度域内的任意系统状态,均存在满足完整调度过程安全约束的“制氢流量–氨产率爬坡速率”控制序列,从而实现P2A系统可调度能力的可视化。所提MSDR模型可进一步用于构造多时段鲁棒优化调度,在保证可行性的前提下优化P2A系统的经济收益。最后,基于内蒙古自治区某在建示范工程构造算例,验证所提方法的有效性。

基于电压偏差和SOC的电氢耦合系统多源协调控制策略

在公路直流微电网中,电动汽车充电行为的时间特性和充电方式特性会对直流母线电压造成不同程度的冲击,高渗透率的电动汽车负荷对“源-荷-储”协调控制提出新的挑战。通过分析公路直流微电网的交通负荷特性和微源特点,提出了一种基于直流母线电压偏差的电氢耦合系统多源协调控制策略。此控制策略以蓄电池作为调压核心元件,通过检测变流器端口直流母线电压波动来实现协调自洽运行,无需通信即可实现系统的功率平衡。为避免蓄电池因荷电状态(SOC)过界而退出运行,设计了一种多源自适应下垂控制器,使氢能单元主动响应SOC变化,减少蓄电池SOC管理造成的不平衡功率,抑制SOC向边界值的趋近速度,实现SOC的动态平衡。最后,在Matlab/Simulink中验证了所提控制策略的有效性。

γ-Mo_(2)N/C催化剂的合成及其甲酸脱氢性能研究

甲酸(FA)因其H含量较高(4.4%)、易产H_(2)、可经小平台化合物合成等优势受到广泛关注,而γ-Mo_(2)N/C对FA沿H_(2)和CO_(2)路径分解具有非常高的选择性,产生CO极少,显示出较高的应用价值。基于此,本研究采用对苯二胺和钼酸铵水溶液经前驱体制备γ-Mo_(2)N/C催化剂,并对其FA分解性能进行了原位评价,采用热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段对催化剂的结构和表面官能团进行了分析,利用DFT对FA在γ-Mo_(2)N (200)晶面的吸附构型进行了计算,在此基础上,对催化剂性能及FA在其表面的分解机理进行了研究。结果表明,γ-Mo_(2)N/C在较低温度下即可表现出极高的催化活性,提高γ-Mo_(2)N在C载体上的分散性能有效改善FA转化率。对苯二胺与钼酸铵的物质的量比为4∶1时,催化性能最佳,在160℃、100 h的FA分解实验中,催化剂性能稳定、H_(2)选择性高(N_(2)40 mL/min, CO<5.0×10^(-5))。而DFT计算表明,FA中O-H键的H原子与γ-Mo_(2)N/C (200)晶面上N原子结合的可能性更大,而C=O键的O原子更有可能与γ-Mo_(2)N/C (200)晶面上Mo原子结合。上述结果有助于明确FA在γ-Mo_(2)N/C作用下的分解机理,也显示出非贵金属催化剂γ-Mo_(2)N/C在FA分解制H_(2)方面潜在的应用前景。

分子筛负载型催化剂在加氢反应中的应用研究进展

催化加氢反应是合成高附加值精细化学品的重要方法之一。加氢反应催化剂多以金属负载型催化剂为主,常用的载体主要为金属或非金属氧化物。然而受传统金属负载和掺杂方式的限制,金属负载型催化剂中活性金属的落位和粒径分布一直缺乏有效的调控手段,极大限制了该类催化剂的应用。分子筛因其独特的孔道结构、适宜的酸性、可控的孔径和表面性质常被作为载体用于催化加氢反应。在这类反应中,分子筛既可以作为载体负载活性金属,也可以作为酸性催化剂适度参与反应,表现出优异的催化加氢活性和反应稳定性。详细总结了近年来以分子筛为载体的双功能催化剂在催化加氢反应中的最新研究进展,并重点介绍了分子筛的孔道结构调控、活性金属负载方式以及加氢反应类型变化对加氢反应的影响。

炼化企业氢气平衡与优化

炼化企业氢气平衡与优化是一个涉及工艺优化、能源管理、环保等方面的综合问题,旨在提高氢气的利用效率,增加效益。为了提高氢气系统管理水平,确保炼化企业临氢装置运行平稳,以某炼油厂为研究对象,对全厂氢源、氢阱现状进行分析,根据氢源压力不同,分2.0MPa和3.0MPa两级向氢阱供应氢气;对正常生产工况和应急工况的氢气平衡控制方式进行总结,提出了氢气系统压力过剩、不足或氢气中断应急处置原则和恢复方案;按氢气纯度对装置的影响,增加了高纯度氢气供硫黄回收装置、某企业2条流程,确保两套装置稳定运行;分析1号加氢装置柴油密度与氢气纯度关系,讨论优化措施;同时根据产氢成本高低,对降低制氢装置负荷、提高连续重整装置负荷、多产廉价氢气进行探讨;根据制氢装置负荷情况,优化氢气压缩机运行模式,6个月增加效益约50.7万元。

内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

在氮气,体积分数均为2%的H_(2)+CO_(2)以及体积分数分别为5%,2%的H_(2)+CO_(2)环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大;含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区;当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征;氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。

分子动力学方法评估氢浓度对α-Fe塑性变形的影响

通过分子动力学模拟研究循环加载下氢浓度对多晶α-Fe内部塑性变形的影响。运用Ovito软件观察氢与位错、空位及晶界的相互作用。采用Wigner-Seitz单元法计算模型中的空位数。结果表明,随着氢浓度的增加,在α-Fe中,位错的产生和发射在{110}<111>滑移体系中会增强,而在其他滑移系中会受到抑制。存在一个临界氢浓度,低于该浓度时氢原子会促进塑性变形,高于该浓度塑性变形受抑制。空位数量和应力强度随着氢浓度和循环次数的增加而增加,且空位数量受循环载荷的影响小于受氢浓度的影响。该模拟方法确定了影响α-Fe塑性变形的临界氢浓度,并分析了氢浓度对位错滑移系及空位的影响,为研究氢导致的材料内部微观缺陷提供参考。

计及精细化氢能利用的综合能源系统多时间尺度鲁棒优化策略

能源结构改革背景下,构建以氢能驱动、电-热为主体的综合能源系统(HEH-IES)具有重要意义。为提高含电氢耦合单元的IES运行灵活性,同时减小功率波动对系统的影响,提出含多元储能与综合需求响应的氢能精细化利用两阶段调度方法。首先,分析电制氢(P2H)两阶段运行过程与电氢耦合单元运行特性,对氢能的用能过程与设备进行精细化建模;其次,计及多元储能与综合需求响应提出了日前-日内两阶段多时间尺度优化策略,日前阶段充分考虑能源系统的不确定性,构建数据驱动的分布鲁棒优化(DRO)模型,日内阶段遵从日前计划,考虑多能流在灵活性调节时间尺度上的差异,通过多时间尺度的滚动优化降低功率波动的影响;最后,仿真算例证明了所提模型与策略对提升IES的运行灵活性具有积极作用。

考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行

为解决现有综合能源系统运行灵活性差及风、光消纳难的问题,同时充分利用氢能实现碳减排目标,本文提出一种考虑光热电站和柔性负荷的电氢热综合能源系统联合优化运行方法。首先,基于光热电站和含电转氢余热利用的氢能系统模型构建电氢热综合能源系统。其次,考虑需求侧电氢热柔性负荷的特征和调节价值,构建含可平移、可转移、可削减负荷的电氢热柔性负荷模型。然后,进一步构建考虑电氢热柔性负荷调节特性的电氢热综合能源系统联合优化运行模型。最后,通过算例仿真验证所提方法能够兼顾经济运行与低碳效果,不仅可以提高光热电站与氢能系统的联合运行能力,而且能够有效提升系统运行的经济性和低碳性,电、氢、热负荷峰谷差分别降低6.68%、11.95%、8.35%,系统运行总成本降低24.4%。

考虑燃料电池汽车加氢负荷的电-氢系统协同优化运行

在建设新型电力系统背景下,为提高能源利用率,降低交通系统碳排放,促进配电网与交通网络融合,考虑燃料电池汽车加氢行为影响下负荷时空分布特性,构建计及燃料电池汽车交通流量与加氢行为的优化调度模型。首先,采用起止点对刻画燃料电池汽车交通流量模型,为模拟燃料电池汽车出行,采用Dijkstra算法搭建燃料电池汽车最短加氢路径模型。其次,针对可再生能源出力不确定性,基于Wasserstein距离建立风电功率预测误差模糊集,考虑电力-交通网络约束,并构建含加氢站优化调度的分布鲁棒优化模型。最后,利用强对偶理论将分布鲁棒优化模型转化为混合整数线性规划模型进行求解,采用改进的33节点配电网和24节点交通网对调度方法进行验证。结果表明,所提方法相比于鲁棒优化系统总成本有所降低,加氢站调度方案在保守和乐观之间达到平衡,实现加氢站与上级网络之间良性互动。

TiO_(2)微球载Pt催化剂的合成及其糠醛催化加氢的性能研究

采用三嵌段共聚物P123为表面活性剂,四氢呋喃(THF)为溶剂,钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,通过溶剂热策略制备出多级结构二氧化钛微球。利用浸渍还原法将Pt纳米粒子负载在二氧化钛微球上,得到Pt/TiO_(2)催化剂。采用XRD、N_(2)吸附脱附和TEM手段对催化剂进行表征,以糠醛加氢为模型反应考察了Pt/TiO_(2)的催化性能。结果表明,合成的Pt/TiO_(2)催化剂在糠醛加氢反应中表现出优异的活性,在30~80℃反应3 h,对糠醛加氢反应的转化率为82%,选择性为78.4%。Pt/TiO_(2)催化剂循环使用过程中仍表现出较好的催化活性,因此研究TiO_(2)微球载Pt催化剂对糠醛加氢生成糠醇具有一定价值。

孤岛微电网中制氢负荷谐波功率分配策略

制氢与微电网相结合是实现新能源高效消纳的重要途经之一。实际微电网的负荷优先级和电压质量要求存在差异,而制氢负荷接入会引入谐波功率,通过互联变换器(ILC)与高优先级直流子网相连,会出现直流母线多倍频脉动,其本质是谐波功率分配问题。目前已有功率分配策略大多致力于均分,忽略了高优先级子网的电压质量需求。为此,建立优先驱动的ILC功率协调控制模型,优化目标是使子网的总直流电压/交流频率偏差最小;建立制氢负荷模型,推导得到谐波视在功率的简化公式;基于谐波功率、子网优先级系数和谐波阻抗重塑理论,提出谐波功率在ILC和交流子网之间的自适应控制策略。通过硬件在环实验验证了所提策略的有效性。

基于系统动力学的氢需求量中长期预测

“双碳”背景下氢能将在各种领域发挥巨大作用,开展氢需求中长期预测具有重要意义。基于系统动力学方法建立了省级氢需求中长期预测模型。首先将氢能需求分为工业、供热和交通3大领域,考虑各子系统内部因素的相互作用以及经济发展、政策支持等外部因素的影响,分析因果关系,构建系统预测方程;其次设定系统参数,采用最小二乘法方程回归得到方程常数,基于该省发展规划利用灰色模型设定表函数参数,并将模拟结果与历史数据进行对比,结果表明模型误差较小,适用于该省氢需求预测;最后利用所建立的系统动力学模型对该省的氢需求量进行了预测。

含氢储能的公路交通风、光自洽微网系统优化调度策略研究

该文构建以服务区微网净收益最大化为目标,以微网系统功率平衡为约束,包括蓄电池与氢能两种储能单元在内的风、光发电服务区微网优化调度模型。采用CPLEX求解器进行求解,并对纯蓄电池、纯氢储能、蓄电池与氢储能混合系统3种不同配置方案下的优化策略进行对比分析。研究结果表明:含氢储能的方案提升了风、光资源利用率的同时增强了系统供电可靠性,验证了该方案下优化调度策略的有效性。

考虑氢负荷响应的化工园区电–氢耦合系统协同优化调度

为解决新能源大规模发展下日益严重的弃风弃光现象,中国很多城市及园区开始广泛使用电解水制氢作为消纳新能源的一种有效途径,随之产生了越来越多的电–氢耦合系统,本文以化工园区为例,提出了考虑氢负荷响应的园区级电–氢耦合系统协同优化调度方法。首先,以实际绿氢绿氨工业园区为基础,提出了典型园区级电–氢耦合系统架构,并从系统的源–网–荷–储各角度建立了包括煤制氢、电解水制氢、储氢罐、氢制氨、氢燃料发电机与输氢管网的化工园区电–氢耦合系统模型。其次,以实现园区整体效益最大为目标,并在目标函数中加入弃风弃光惩罚项,同时考虑氢负荷的需求侧响应,使氢制氨作为园区内可灵活调节的资源,基于此进行化工园区电–氢耦合系统协同优化调度。为验证本文所提出优化调度方法的经济性及优越性,对比分析了3种不同运行场景下的优化调度结果。结果表明,电解槽与氢燃料发电机通过跟踪园区内的电源与电负荷的变化情况,实时调整自身出力功率,在保证园区电量平衡的前提下减少与外界的电力交易,减少园区购电成本与弃风弃光,同时,考虑氢制氨的需求侧响应可以在保证经济效益的前提下,进一步减少弃风弃光、降低园区整体运行成本。

考虑氢负荷与综合需求响应的天然气制氢的园区综合能源系统优化配置

针对电解水制氢储能的工业园区综合能源系统能量转换效率不高、制氢量少、经济效益低的特点,以及国家对氢能发展大规模低成本制氢的需要,提出一种以天然气制氢模式代替电解槽制氢的园区综合能源系统架构。在分析天然气水蒸气重整制氢单元的能耗、能量回收利用,以及电、热、气多种能量特性的基础上,建立了天然气制氢的模型;进一步考虑氢负荷供给、用户综合需求响应(IDR)与碳排放价格,以系统设备年化投资成本最小与年运行成本最小为目标建立目标函数,利用灰狼优化(GWO)算法与CPLES求解器进行求解,提出了以天然气制氢的园区综合能源系统优化配置模型;最后以新疆某园区为实际算例分析了园区在该配置后电、热、氢负荷特性,验证了通过配置天然气制氢的园区综合能源系统可以有效地提升系统制氢效益与降低系统的运行成本,并指出了适用场景。

基于纳什谈判理论的风电-虚拟氢厂参与现货市场合作运行策略

为解决市场机制下风-氢多能系统的合作运行问题,提出基于纳什谈判理论的风电-虚拟氢厂(VHP)参与现货市场合作运行策略。从制氢、储氢、柔性氢负荷3个方面揭示氢能系统灵活运行机理,提出了VHP的概念并建立考虑制-储-用多环节协同运行的氢能系统一体化模型,在此基础上,计及不同制氢技术间的资源互补特性、低碳互补特性,从技术组合创新的角度提出电解水制氢与煤制氢耦合运行的“综合制氢”系统。基于典型场景集刻画风电及市场电价的不确定性,以收益最大化为目标,建立电力现货市场环境下基于纳什谈判理论的风电-VHP合作运行两阶段随机规划模型。为保护各主体的隐私,在对原始纳什谈判问题进行等效转换后,基于交替方向乘子法实现合作运行模型的分布式求解,并通过仿真算例验证了所提策略的有效性。