光电催化矿物材料的制备及应用研究进展

光电催化技术是解决环境污染和能源短缺问题最具应用前景的方法之一。基于半导体矿物的光电化学性质或非半导体矿物的天然物理特性,将矿物与光电催化功能体复合构建的光电催化矿物材料具有成本低、环境相容性好、性能优异等特点,其在矿物利用的新兴领域受到了广泛关注。本文在限定了光电催化矿物材料研究是否属于矿物应用范畴的基础上,介绍了光电催化矿物材料包含的矿物组分及特征,提出了光电催化矿物材料的分类,并对光电催化矿物材料的制备方法及矿物增强光电催化活性的机制进行了讨论。最后,概述了光电催化矿物材料用于水中污染物治理、光电催化水分解产氢、CO_(2)能源化等领域的研究现状;指出应重点关注矿物本征光电属性、有效建立材料复合结构与效能的联系、明确材料矿物学属性影响光电催化的机制等问题,拓展光电催化矿物材料在新能源、化学品合成和矿物/微生物作用等领域的应用研究。

计及氢能高效利用和热电灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略

为进一步发挥氢能高效利用优势,构建绿色低碳能源系统,提出一种计及氢能高效利用和热电联产灵活输出的综合能源系统源荷灵活运行策略。首先,对源侧供能模型进行两方面改进:一是引入含风电制氢、燃气混氢、多能用氢和储氢的氢能利用模型,并考虑到电解水和甲烷化反应过程中的热量散失情况,引入热量回收装置,构建计及热量回收的氢能高效利用模型;二是针对常规热电联产灵活性不足的问题,构建含电锅炉和有机朗肯循环的热电灵活输出模型,以解耦常规热电联产“以热定电”和“以电定热”限制。其次,在荷侧引入含可转移、可削减和可平移的电、热柔性负荷,以缓解电、热负荷峰谷差,并与源侧相结合,形成源荷灵活运行模型。最后,综合考虑阶梯型碳交易成本、设备运行维护成本、弃风成本以及购能成本,建立综合能源系统源荷灵活优化运行模型。采用CPLEX求解器对所提综合能源系统源荷灵活运行模型进行求解,并设置不同场景进行对比。结果表明,相比常规氢能利用模型,考虑所提计及热量回收的氢能高效利用模型时,系统的总成本、碳排放量分别降低了1.92%、4.22%,并且引入热电联产改进模型后,其总成本、碳排放量可进一步降低4.08%、7.32%,实现系统低碳、经济和灵活运行。

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。

关于超前谋划天然氢开发利用的思考与建议

在能源转型的大背景下,氢作为清洁高效、资源丰富的新型能源被寄予厚望,其中被称为“金氢”的天然氢的勘探开发已经悄然兴起,引发全球关注。一些国家已经制定了天然氢开发利用计划,并取得较大进展。我国完全具备开发利用天然氢资源的地质条件,但针对天然氢的研究仍处于探索起步阶段。建议积极开展天然氢普查,用“超级盆地”理念勘探开发天然氢,深化天然氢成藏过程研究和潜力评价,加快相关技术研发,前瞻性布局氢能产业,为构建清洁低碳的新型能源体系做出贡献。

含规模氢能综合利用的高比例风光多能源系统低碳灵活调度

随着风光等间歇性可再生能源大规模增长和并网,可再生能源弃能率升高与系统备用灵活性问题日益突出,为解决高比例可再生能源科学消纳与能源系统灵活稳定运行问题,该文提出一种含规模氢能综合利用的高比例风光多能源系统低碳灵活调度方法。针对电制氢、氢燃料电池、甲烷反应器等组成的氢能综合利用单元进行机理分析并建模,研究该单元参与多能源系统运行的调度策略;对该单元各设备的备用能力进行分析,基于各设备的运行特性,提出氢能利用单元–火电联合承担备用的策略,并建立备用优化模型;最后在改进的IEEE39节点电网、20节点气网和6节点热网构成的多能源系统中进行对比仿真分析,验证所提调度方法促进高比例风光消纳和提供灵活性备用的能力。

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。

考虑氢能利用与碳捕集联合灵活运行的综合能源系统源荷低碳优化

为提高综合能源系统的低碳特性和新能源消纳能力,提出一种考虑氢能利用与碳捕集电厂联合灵活运行的综合能源系统源荷低碳优化调度策略。首先,引入溶液存储器和烟气旁路系统,建立碳捕集电厂综合灵活运行模型,针对氢能转换特性建立氢能利用模型,并提出碳捕集电厂-氢能利用的联合灵活运行模型;其次,构建计及价格型、激励型的综合需求响应模型;最后,以最优经济和低碳为目标,构建了综合能源系统低碳经济调度模型。仿真结果表明,考虑碳捕集电厂-氢能利用联合运行模型能有效降低系统碳排放量,实现综合能源系统经济、环保运行。

基于乐观行动-评判深度强化学习的含氢综合能源系统低碳经济调度

“双碳”背景下,以氢能为能源载体的含氢综合能源系统是中国能源行业低碳化转型的重要支撑。为保证含氢综合能源系统中的氢能供给并提高用氢效率,该文提出了一种电气混合制氢及氢能综合利用的综合能源系统运行模式;并基于碳捕集装置和综合需求响应建立了源荷互补降碳机制,以充分挖掘系统降碳潜能,进一步提升可再生能源消纳率及系统低碳化水平;此外,为了对含氢综合能源系统中的源荷随机波动实现快速响应,提出基于乐观行动-评判深度强化学习方法对系统优化调度模型进行离线训练和在线优化求解,可高效实现含氢综合能源系统的低碳经济在线优化调度。最后通过算例应用验证了所提方法的优越性。

中国炼化行业氢能利用绿色化发展前景分析

设计一个处理量约为全国处理量1.35%的标准炼化企业,在2022年数据基础上,选取煤制氢、天然气制氢、工业副产制氢、电解水制氢4条制氢路线,设立基准情景、一般转型情景和加速转型情景3种情景,对2022—2060年标准炼化企业用氢来源进行情景预测。影响用氢的驱动因素包括对氢的需求量和技术进步,影响用氢的制约因素包括制氢成本和碳排放。预测结果表明,未来中国炼化行业氢气将供大于求,天然气制氢在短期内将作为氢气的来源;长期来看,随着绿电价格的下降,传统制氢技术成本优势不再,中长期内电解水制氢路线将会成为主流技术路线,迎来高速增长期,电解水制氢在实现技术突破后有望成为供氢的主流来源。

新型电力系统背景下氢能综合利用站发展的商业模式分析

首先从氢能综合利用的发展现状入手,基于氢能电站各设备模块实际的运行特点,以及氢能电站中各设备的投资及运维成本构建技术经济分析模型;在此基础上根据能源价格、各设备运行效率等参数模拟氢能电站运行情况,分析“氢储能套利”“可再生能源制氢+氢储能套利”“可再生能源制氢+氢储能套利+售氢”“氢储能套利+调频”“氢储能套利+调频+售氢”5种模式下氢能电站的经济效益,探究适合氢能电站发展更加可行的商业模式;最后,提出促进氢能电站发展的相应政策建议:允许氢能电站向下游用氢企业售氢,积极鼓励氢能电站作为独立主体纳入可参与电力辅助服务市场,推进电力市场建设并完善电力市场交易机制。

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%。

核能综合利用的理论现状及发展前景探讨

在基础能源的核能领域,核能综合利用已成为核能行业的热门主题,在双碳要求下中国核电综合利用的前景广阔。核能综合利用,主要针对核能供暖、核能供汽、核能制氢及核能制淡等方面,开展具有市场竞争力的可行性方案和规划。本文将对核能综合利用主要技术方向的现状和前景进行探讨,提出对核能新领域的期待。

绿氢制储运用技术及配套基础设施建设综述与建议

绿氢能赋能新型电力系统,促进能源结构转型。通过文献调研的方式,从技术概况、技术优势和应用三个维度分析了天然气与绿氢产业融合、氢蓄混合储能、可逆固体氧化物电池以及地下储氢这四种技术的发展现状及趋势。研究表明,在基础设施、民用产品等领域可出台适氢化补贴政策;需加强对绿氢使用技术链中较为薄弱环节的研究;天然气管道掺氢可作为当前满足运氢需求的过渡手段,逐渐探索提高氢气比例的方法,最终做到纯氢输送;未来多技术融合即组合优化空间巨大,并提出建设三种多技术融合系统的建议;目前,我国在可逆固体氧化物电池技术及其产业化、商业化方面仍处于追赶阶段,与发达国家存在一定差距。

基于燃气电站的燃料电池配置双储能结构的混合动力系统性能分析

为提升能源利用效率并减少碳排放,提出了一种基于燃气电站的氢、热、电联产的混合动力系统。通过热力学分析和经济性分析对系统进行评估,研究结果显示该系统的能量效率和[火用]效率分别可达到74.60%和64.47%,高于现有研究中的燃料电池-燃气轮机系统。各子系统中燃料电池对混合动力系统总能量输出功率的贡献最大(88.59%),[火用]损失也最大,占总[火用]损失的51.74%,电解水与压缩空气储能系统的相对[火用]损失较小。压缩空气储能控制机组调峰范围在85%~115%,设计工况下电解水单元的产氢速率为0.41 kmol/h,双储能系统的配置增强了机组的调峰能力。此外,该系统具有0.08~0.10 t/GJ的低碳排放,表明对环境影响较小。考虑贴现率等因素,该项目的投资成本在3.66 a内可以收回(含建设周期1 a),计算得净现值为110.690万美元。因此,拟提议方案在经济性方面也表现出一定的优势。

多类型需求响应下含氢能综合能源系统低碳运行

为充分挖掘需求侧资源的响应力度和氢能的清洁低碳特性,提出一种考虑多类型综合需求响应的电-热-气-氢综合能源系统低碳协同优化运行策略。首先,构建以电解槽热氢联产、氢燃料电池和甲烷反应器组成的氢能利用系统,建立考虑价格型、激励型和替代型的综合需求响应模型;其次,基于奖惩阶梯型碳交易机制,构建以成本最小为目标的综合能源系统低碳优化模型;最后,通过算例仿真设置不同场景,验证所提方法的有效性,实现了综合能源系统低碳、经济、高效运行。

中国氢能产业链技术现状及发展趋势

“双碳”目标下,氢能作为一种可再生的二次能源,具有来源丰富、应用广泛、利用形式多样、燃烧热值高、清洁环保等优点,在国家能源转型中承担着重要角色。中国氢能产业尚处于发展初期,加强对氢能产业链的现状研究,把握发展趋势,将有助于推动加快能源转型。通过梳理氢能产业链各环节的关键技术现状,对比和分析各类技术的优势、不足及发展趋势,研究发现:中国氢能制取模式,短期内以“煤制氢+CCUS”技术为主,长远以电解水制氢耦合可再生能源电力为主,微生物制氢有望成为辅助;氢能储运呈现多元化发展趋势,大规模、远距离、连续性输送会通过管道进行;氢能制取、储运成本会逐步降低;氢能利用会逐步拓宽至工业、交通、电力、建筑等领域。建议完善氢能产业总体规划布局,加强核心技术攻关,稳步推进基础设施建设,实现氢能的低成本制取、储运与利用。

《天然气利用管理办法》主要内容变化及相关思考

2024年6月3日,国家发展改革委发布《天然气利用管理办法》,时隔12年对中国天然气行业政策进行了优化调整。结合客观实际和发展需要,《天然气利用管理办法》重点在民生保障、气电培育、车用及储气设施优化、天然气制氢优化、液化天然气冷能利用等多方面升级完善了利用政策,是指导中国天然气行业高质量发展的纲领性文件。未来,产业链各相关主体应紧紧围绕《天然气利用管理办法》鼓励发展方向统筹研究,各司其职,相互配合,形成合力。结合国情,可适度提升气电在各地电网调度中的优先顺序,给予气电行业稳定可期的生存空间;同时可参照欧美模式研究出台相关气电市场化平衡服务机制,让市场在资源配置中发挥决定性作用。

太阳能耦合固体氧化物电池热电氢联产系统技术经济性分析

固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,且工作温度为650~850℃,具有高品位余热回收利用的潜力,将固体氧化物电池用于热、电、氢联产可大幅提高设备利用率及能量利用效率。提出了光伏、光热驱动的固体氧化物电池热电氢联产系统,并耦合了蓄电池及熔盐蓄热保障系统连续稳定运行。以总成本最低为目标,构建系统容量配置及运行策略优化的混合整数线性规划模型,并基于品位对口、梯级利用的用能原则,采用夹点分析方法优化全系统多品位能流的梯级利用,揭示耦合系统物质和能量高效集成机理。针对某工业园区太阳能资源及热电氢需求实际案例,固体氧化物电池年满负荷运行小时数高于6 000 h,耦合系统平准化用能成本为0.28元/kW。

石化企业炼油分部低温余热利用技术路线浅析

针对某石化4号柴油加氢装置精制柴油的低温热,采用热力循环计算方法分析了余热ORC技术的系统性能,并与余热加热锅炉给水和余热制冷方案进行了对比分析。结果表明,余热加热锅炉给水方案具有较高的能源利用效率,但其应用需进行全厂统筹规划;余热ORC发电方案经济性较高,应用灵活,无需考虑负荷匹配,经多年运行性能得到充分检验;余热制冷方案经济性稍差,应用受制于厂区制冷负荷需求。

依靠科技创新支撑我国石化产业绿色低碳转型发展

我国是世界最大的石化产品生产和消费国,石化工业已具备强大的规模和实力。在当前复杂多变的内外部环境下,我国石化产品供需结构性矛盾日益凸显,石化产业规模化、基地化、园区化发展加速,竞争主体多元化,化工高端产品核心技术和装备供给不足,智能化技术正重塑石化产业,安全环保法规日益完善,石化产业加快高质量转型发展迫在眉睫。绿色低碳技术产业尚处于发展阶段,未来技术的突破与行业转型发展所需技术之间还存在不确定性,技术创新成为转型发展的关键因素。文章介绍了原料多元化技术、化工新材料技术、碳捕集与利用技术、高效分离与精制技术、过程强化技术等低碳发展所需的共性技术,提出了依靠科技创新支撑产业绿色发展的对策。未来大型炼化一体化企业的生产模式将向综合能源化工企业转型,成为集原料多元化、用能低碳化、流程集约化、产品多样化于一体的综合型能源化工企业。