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。

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。

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。

用于MTO装置中的乙炔选择加氢催化剂研究

在MTO工艺装置生产乙烯的过程中,乙烯中常含有50~200μL/L左右的微量乙炔,现有的石油烃蒸汽裂解制乙烯装置中常用的碳二加氢催化剂或适用于微量乙炔选择加氢的乙烯精制催化剂并不是MTO工艺中乙炔选择加氢的最好选择。通过研究Pd含量变化对催化剂性能的影响,发现降低Pd含量能够提高催化剂的乙烯选择性,降低催化剂的乙炔合格温度,在保证乙炔加氢合格的情况下,通过控制较低的氢炔比还能获得更好的乙烯选择性。通过添加适当的助剂,控制助剂的用量也能够提高催化剂的乙烯选择性。和商业碳二加氢催化剂BC2相比,采用浸渍法制备的BC2-MTO催化剂活性组分Pd含量降低了50%以上,活性金属Pd的分散度提高了69%,能够在较低的反应温度和氢炔比条件下使用,具有更好的催化活性和乙烯选择性。

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。

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。

低温加氢催化剂CT6-13在硫磺尾气处理系统的应用

中国石油四川石化有限责任公司硫磺回收装置采用加氢还原吸收工艺及专用加氢催化剂进行尾气处理。将低温加氢催化剂CT6-13与常规加氢催化剂CT6-5B从物性、装填方法及预硫化、技术性能等方面进行了对比。深入对比分析CT6-5B和CT6-13在尾气加氢反应器的应用情况,发现采用CT6-13催化剂,节能降耗效果明显,尾气排放满足总硫不大于50μL/L、SO_(2)排放浓度不大于100 mg/m^(3)的设计要求。配套高效脱硫剂CT8-26及烟气洗涤技术,可实现开工过程尾气达标排放及日常运行过程尾气SO_(2)排放浓度不大于5 mg/m^(3)的超低排放。在节能降耗的同时解决了开停工及异常工况下的绿色生产及制约硫磺回收装置尾气焚烧炉长周期运行瓶颈问题。

医院过氧化氢低温等离子体灭菌质量评价指标体系构建

目的构建系统、规范的过氧化氢低温等离子体灭菌质量评价指标体系,为科学评价其灭菌效果提供参考。方法以三维质量评价模型为理论框架,通过文献回顾、理论分析、小组讨论法制订过氧化氢低温等离子体灭菌质量评价指标体系初稿,采用德尔菲法对全国15名消毒供应、感染防控、设备管理等相关领域专家进行2轮函询,并运用层次分析法确定指标权重。结果2轮函询问卷有效回收率分别为88%、100%,专家权威系数分别为0.940、0.960,肯德尔和谐系数分别为0.166、0.236(均P<0.001)。最终确定的医院过氧化氢低温等离子体灭菌质量评价指标体系包括3项一级指标、11项二级指标、52项三级指标。结论构建的过氧化氢低温等离子体灭菌质量评价指标内容科学、全面、实用,具有针对性,可为过氧化氢低温等离子体灭菌质量评价提供理论参考。

液氢储运技术发展现状与展望

液氢具有储运密度大、能量密度高的特点,应用前景广阔,受限于液氢的物理特性,低温储运技术制约了液氢大规模应用。该文对当前国内外固定及移动式液氢储存设备进行调研,针对目前所面临的技术难点,从储氢材料、低温绝热、热力特性、配套设备、标准体系等方面总结液氢储运环节的关键技术,分析液氢储运现状与发展趋势,提出未来液氢储运技术重点发展方向,能有力促进中国高性能液氢储运设备研发,保障未来液氢规模化安全使用。

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。

计及多重需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行

为挖掘需求侧资源响应潜力,文中提出一种计及多重需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应差异性,建立计及价格型和激励型的多重综合需求响应(integrated demand response,IDR)模型。然后,为减少源、荷预测误差对IES运行的影响,分别构建日前低碳经济调度模型和日内双时间尺度滚动优化平抑模型。最后,算例仿真设置不同场景进行对比分析。结果表明,相比传统IDR,多重IDR能有效挖掘用户响应潜力,提升系统经济性。此外,计及多重IDR的多时间尺度调度策略能有效缓解源、荷误差带来的功率波动并降低系统碳排放量,实现IES低碳、经济和稳定运行。

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。

铝基材料水解制氢技术研究进展

氢能是全球公认的清洁能源,被认为是化石能源的理想替代品,具有广泛的市场前景。铝价格低廉、密度较低且能量密度高,铝水解产氢是一种有效提供氢能的方法。简述了铝水反应的原理,介绍了目前国内外主流的3种铝基材料水解制氢技术(纯铝与酸碱溶液反应、机械球磨法制备铝基复合材料、熔铸法制备铝基低熔点合金)的研究进展,并探讨了不同技术的反应原理、不同添加物的作用机理,对比了各种技术的特点,提出熔铸法制备低熔点合金将成为日后研究的重点,最后对未来熔铸法制备铝基低熔点合金的前景进行了展望。

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。

废低温脱硝催化剂热处理除硫铵盐研究

废低温脱硝催化剂表面被硫酸氢铵覆盖,会严重影响脱硝催化剂的使用活性,而且在再生水洗过程中,硫酸氢铵会影响废脱硝催化剂的物理强度。由此,本文研究了在水洗前增加高温煅烧工艺,去除废低温脱硝催化剂中的部分硫酸氢铵,以保证废低温脱硝催化剂再生的顺利进行。

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。

某航改燃机氢燃料燃烧室污染排放特性研究

为了对氢燃料燃烧室的低污染燃烧组织方案提供技术支撑,根据某航改燃机燃烧室的工况及结构参数,设计了三种氢燃料喷射单元(贫油直接喷射(LDI)单元以及两种贫油预混喷射(LPIA和LPIB)单元),通过数值计算方法研究了其流场特性,燃料-空气混合特性及污染排放特性,然后采用粒子群优化算法(PSO)建立了三种单元的NO_(x)排放回归模型。研究表明:氢气喷射方式对流场结构影响较大。LDI单元的中心回流区(CRZ)脱离喷嘴一段距离,LPIA单元的CRZ径向尺寸最大,LPIB单元的下游流场轴向速度最快;LPIA单元燃烧室内燃料-空气混合相对于其它两个单元更加均匀;在设计工况下,LDI单元的NOx排放量不能满足目前新建燃机的排放标准(@15%O_(2),≤30 mg/m^(3)),而LPI单元的NOx排放能够达标,且LPIA相对于LDI单元可降低81.6%;所建立三个单元NO_(x)排放回归模型考虑了燃烧室进口压力、温度、当量比及气流速度的影响,其决定系数R2分别为0.972,0.969和0.953。本文所采用的单元及其性能数据和建模方法可以为氢燃料燃烧室设计提供有效参考。

MOFs材料在CO_(x)加氢制醇反应中的研究进展

传统燃料燃烧过程中排放的CO_(2)/CO会导致环境的日益恶化,通过热催化将CO_(2)/CO还原成高附加值的醇类是应对和解决环境恶化问题的有效途径之一.然而,要得到收率和选择性高的产物,需要设计高效的催化剂来提高CO_(2)/CO加氢的催化活性.MOFs材料由于其独特的物理化学性质和高度可调性等特点,在加氢催化领域受到了人们的广泛关注.因此,我们系统地阐述了MOFs材料在碳氧化物CO_(x)加氢制醇反应中的研究进展,总结了碳氧化物加氢制醇的部分反应机理,同时对MOFs材料应用于CO_(x)加氢反应的性能表现和合成方法进行了初步探讨.

含氢储能的微电网低碳-经济协同优化配置

【目的】传统电储能在规模、持续时间和环境影响等方面存在局限性,而且微电网中新能源消纳能力低,规划时无法兼顾低碳性和经济性。为解决以上问题,基于氢储能基本工作原理,将氢储能代替传统电储能纳入到微电网中,建立了含氢储能的微电网低碳-经济协同双层优化配置模型。【方法】上层规划模型以微电网综合等年值最小为目标,在电-氢联合运行的基础上,引入碳交易机制对微电网中各发电设备进行容量规划,提高了系统的低碳性;下层运行模型以最小化新能源出力与负荷需求之差的绝对值之和为目标,鼓励用户采取以精确追踪新能源出力曲线为目标的多样化需求侧响应行为,并将用户的用能行为调整反馈至上层模型,实现了对负荷曲线的优化。【结果】某工业园区微电网仿真验证表明,所提方法得到的规划方案具有良好的低碳性和经济性,与传统规划方法相比,低碳性和经济性分别提高了53.6%和37.1%。【结论】所建模型在提高新能源消纳能力的基础上进一步提高了系统的经济性,实现了微电网低碳性和经济性的协同优化。

钢铁工业园区多元制氢系统规划配置研究

随着全球能源危机不断加深,氢能逐渐成为可再生能源领域的焦点。钢铁工业园区作为氢能的重要生产与消费节点,在氢能应用上具有天然优势。然而,目前钢铁工业园区内针对多氢协同的应用及其综合效益尚缺乏深入研究。为此,该文在传统长流程和短流程并存的钢铁企业综合能源系统结构基础上,引入电制绿氢和气制蓝氢模块,提出了一种多氢协同驱动的钢铁工业园区低碳能源系统架构。基于此,构建了以钢铁工业园区净收益最大为目标,以绿氢蓝氢产储用全过程为约束条件的规划模型。最后,通过算例论证了多氢协同驱动下钢铁工业园区的低碳性和经济性。