天然气管道与管网多能融合技术展望

天然气管网作为天然气产业链中的重要一环,亦是能源互联网的重要参与者,在国家能源体系和国民经济建设中占有极其重要的地位。通过回顾中国天然气管道从建国初期蹒跚起步到当前位于世界高钢级、大口径、高压力管道建设运营技术第一方阵的发展历程,系统梳理了中国天然气管道在材料与装备、设计与施工、管理与运行方面的技术发展成就。立足天然气管网“全国一张网”发展趋势及未来能源互联网发展模式,明确了在“双碳”愿景和能源转型背景下,天然气管网可在能源互联网中发挥将多种能源融合在时空供需平衡的作用,成为调峰、掺氢输送、能量转换与储存等的重要载体,进而对能源互联网中天然气管网的天然气能量计量技术、储能及能量转换设施建设技术、天然气管网-电网综合仿真技术、智能调度与控制技术进行系统分析,为确定能源互联网情境下天然气管网技术研究方向和思路提供了参考。

金属氢化物储氢反应器的热管理研究进展

【目的】金属氢化物储氢反应器是固态储氢技术的核心部件,在金属氢化物进行可逆吸放氢反应过程中会发生大量热交换,从而导致反应器内部温度分布不均匀,影响反应器的储氢性能和使用寿命。因此,对金属氢化物储氢反应器进行有效的热管理,是提高其储氢效率和稳定性的关键技术之一。【方法】为研究国内外金属氢化物储氢反应器的热管理进展,通过文献调研的方式,概述了金属氢化物吸放氢反应原理,根据热量传递过程将储氢反应器的换热过程分为3个阶段:热量在储氢材料中的传递、储氢材料与储氢反应器壁面间的换热、储氢反应器壁面与外界的换热,并对提高不同阶段换热效率的热管理方法进行了分类。【结果】通过对各种热管理方法的换热性能进行分析,分别介绍了使用换热管、翅片、相变材料等不同热管理方法的研究进展,以吸放氢速率作为金属氢化物储氢反应器的重要指标,对比分析了不同热管理方法的优缺点,总结了现阶段仍存在的问题和挑战,并对金属氢化物储氢反应器热管理的未来发展方向进行了展望。【结论】不同的热管理方法有各自的优势和劣势,对不同规模和用途的金属氢化物储氢反应器有针对性地进行热管理方法的选择与优化,有利于设计出高效、紧凑的热管理系统,为固态储氢技术的规模化和工程化应用奠定基础。(图7,表1,参79)

耦合流动机理与运行数据的成品油管道瞬态仿真

【目的】成品油管道运行工况切换频繁,因此准确监测该过程流动参数,并获取管道高、低点水力状态变化规律尤为重要。现有瞬态估计方法大多依赖准确可靠的物理模型,多工况多参数组合下需高昂的计算成本,而基于机器学习的方法又忽视了管道瞬变物理规律,可靠性、准确性不足。【方法】建立一种耦合流动机理与运行数据的成品油管道瞬态仿真PINN(Physics-Informed Neural Network)模型:首先搭建深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)模型,构建流量、压力与管道运行时空坐标映射关系,有效提取瞬变过程中流动参数与时空坐标的非线性关联;然后分析瞬变过程中各流动参数演化的内在联系,挖掘其所遵循的瞬变控制方程与对应的初始、边界条件;最后通过深度学习自动微分构造瞬变控制方程以及初始、边界条件对应惩罚项,约束模型解至瞬变机理解空间内,提高瞬态仿真的准确性。【结果】以某仿真管道系统启输、分输、增降输工况为例验证发现,相较DNN模型,所建PINN模型对于G1管道压力预测结果的MAPE分别降低了77.4%、88.7%、87.8%,流量预测结果的MAPE分别降低了86.7%、94.4%、95.7%;以中国华南地区某成品油管道降输、增输工况为例验证发现,相较DNN模型,所建PINN模型管道压力预测结果的MAPE分别降低了94.2%、92.8%。【结论】所建PINN模型可实现不同工况、参数组合下瞬态流动参数的高效、准确求解,有助于保障成品油管道运行过程的稳定性与安全性。