中国城市能源系统可持续性评价体系实证研究

为明确城市能源系统状况,需对城市能源体系进行全面而细致的了解,本文在全面分析城市能源系统的基础上,建立了城市能源系统能源流动图,并对其进行简化建立适合建模的简化模型。进而对城市能源系统进行研究,归纳出城市能源系统的影响指标。然后利用层次分析法筛选出其中对评价对象辨别能力较强的关键因素,结合相应环境因素,建立了能够全面反映城市能源系统的综合评价指标体系。本文首次将模糊综合评价模型引入到能源评价体系权重确定中来,建立了多级城市能源系统综合评价指标体系模糊综合评价模型。通过对北京市2000-2007年相关能源数据进行实证分析,结果表明所建评价体系能够根据优化权重结果找出评价对象问题所在,加大评价对象的差异性,放大评价对象间的对比程度,使得评价结果更加明显;同时和等权重计算结果比较分析发现,优化后的评价结果更加合理,并更加接近城市能源的实际状况,能够为城市能源系统规划提供合理的量化依据。

LNG冷能用于制冷过程热力学系统基础特性分析

为提高制冷循环效率,有效节约能源及制冷成本,在已有研究基础上提出利用LNG冷能作冷源的制冷循环系统.对几种不同制冷循环系统构建复杂度、经济性及循环效率等进行了分析总结,概述LNG冷能应用于制冷过程现有的热力学循环的构建特点,对LNG冷能应用于制冷过程的热力学循环构建提出了合理的建议.从传热特点及循环效率出发,比较了几种不同工质的工作特点,认为对环境友好的CO2及物性较好的有机流体作循环工质有比较好的热力学效率.利用热力学第一定律构建具体的循环并进行分析,结果显示经过梯级利用后的LNG冷能在制冷循环中的应用具有很大发展前景.

城市低碳产业的评估与分析:以北京为例

城市是工业化的主要物质载体。建立在化石燃料基础上的城市产业发展是造成全球温室气体浓度增加、导致气候变暖的主要环节。低碳城市的提出不仅为城市实现自身的持续发展提供了思路,同时也为全球应对气候问题指明了方向。低碳产业的发展是实现低碳城市的关键。对产业部门能源消耗和碳排放情况进行科学量化评估能够发现产业间能耗和排放的关键问题,找出节能减排的潜力所在。传统的＂单位产值能耗＂和＂单位产值排放＂指标只关注部门的直接消耗和排放,没有考虑部门生产环节中的间接能耗和排放情况,存在一定的片面性,不利于城市生产系统的总体优化。本文首先讨论了传统评估指标的不足,构建了以＂体现能源＂和＂体现碳排放＂为主的城市低碳产业的评估指标;其次以北京市为案例,将传统指标和新构建指标的计算结果进行了比较,结果显示基于后者的评估能够更科学系统地反映城市产业的能耗和碳排放情况,为低碳城市的落实提供了参考依据。

油砂干馏系统的DEM-CFD耦合模拟

数值模拟相对于实验研究具有速度快,成本低,操作性强等较大优势,在各行各业都有广泛应用。当前的油砂干馏过程数值模拟主要基于计算流体力学方法而且仍处于较初级阶段,距离实际应用尚有巨大距离。根据油砂物料的离散特点,引入离散元数值模拟方法,对油砂颗粒在干馏炉内的运动、铺展、前进过程进行还原,同时与计算流体力学方法进行耦合,引入油砂与炉壁以及油砂之间的热传递过程。初步研究表明离散元数值模拟计算较好地展示了颗粒在炉内运动铺展的过程,以及通道内颗粒受气流携带的过程。

合同能源管理对大型公共建筑节能的应用和意义

合同能源管理是以节约的能源费来支付节能项目成本的节能项目投资方式,主要有3种模式。该机制起源于欧美等发达国家,于1996年由世界银行以及全球环境基金引入中国,并得到了一定的推广和应用,但在本土化的过程中仍存在一些障碍。本文以北京市规划委办公大楼节能项目为例,探讨合同能源管理对大型公共建筑节能的意义和前景。

太阳能集热系统结构与工质改进研究

对真空管式太阳能集热器的安装结构以及集热器内使用的工质进行改进。通过实验对比验证,改进后的集热系统具有更大的吸收比,新型纳米流体工质具有更高的集热效率。该改进的太阳能集热系统能在家用热水器、工业加热等方面广泛应用。

煤层气排采工艺技术研究和展望

煤层气勘探开发的主要工艺技术流程是钻井、压裂和排采,排采是煤层气开发的重要环节。作为开发链条上的重要环节,很长时期并未受到足够的重视。根据煤层气的排采机理,重点阐述了国内外煤层气排采工艺技术,提出煤层气井压裂裂缝三维延伸模型和产量动态预测模型,分析了煤层气排采不合理所造成的问题,可以通过控制生产压差和排采速度,调整排采组合方式,采用定压排采和定产排采相结合的方法来解决或缓解。实现煤层气排采定量化和自动化,对合理开发煤层气、提高煤层气藏开采规模、降低成本和优化中国能源结构具有重要意义,是十分必要和紧迫的。

美国页岩气水力压裂开发对环境的影响

通过调研美国页岩气开发所面临的环境问题及研究进展,总结页岩气水力压裂开发对环境的影响,并探索对中国页岩气开发的参考意义。美国页岩气大规模商业性开发的环境风险主要包括水资源消耗与污染、引发地震及大气污染等。水资源消耗方面,通过评估能源生产耗水密度,可知与常规油气和其他能源生产方式相比,页岩气开发并非"高耗水"行业,其总用水量占地区总量比例较低,不会显著增加用水压力。水资源污染方面,由于水力压裂诱发连通储集层和地下水的裂缝而直接造成污染的可能性很低,且已知的浅层地下水污染案例可能与完井缺陷有关,提高井身完整性是防止污染的关键;页岩气规模开发阶段返排水总量大、污染物种类多、成分复杂,处理不当会造成污染,需要监测和评估其污染风险。现有证据表明页岩气开发不会引发破坏性地震。对页岩气井全生命周期的温室气体排放估计结论不一,在生产中应当采取更为有效的措施减少泄漏。页岩气开发环境影响方面的研究重点包括地表水和地下水污染监测方案与指标体系的建立、注入压裂液和储集层流体运移规律的分析、开发活动对高矿化度地层水及地下水层中天然甲烷运移的影响分析、页岩气开发返排水再利用和处理技术的应用。

表面活性剂压裂液机理与携砂性能研究

用透射电镜和扫描电镜等多种实验手段,结合表面活性剂溶液的基础理论,通过对表面活性剂内外在宏观与微观关联性质的分析,研究并基本认清了表面活性剂压裂液的成胶机理和破胶机理;论证了表面活性剂压裂液以弹性携砂为主的机理,提出了用悬浮切力来表征表面活性剂压裂液携砂性能的新方法。实验结果表明:在100 s?1的剪切速率下,胍胶压裂液和表面活性剂压裂液最低携砂黏度分别为100 mPa.s和30 mPa.s,在同样剪切速率下表面活性剂压裂液的最低携砂黏度比胍胶压裂液小得多。

页岩气藏数值模拟研究现状

从页岩气藏气体赋存方式和流动机理、气藏建模方法及数值模拟理论研究和实际应用3个方面阐述了国内外页岩气藏数值模拟技术的研究进展,为该技术的深入研究提供参考。最后,对页岩气藏数值模拟研究进展进行总结,认为存在4个有待于改进和研究的问题:①完善储层模型以考虑有机质的影响;②需要阐明单相气体解吸附、扩散和渗流过程的运移规律和主控因素,并建立气、水两相流动数学模型和数值模型;③天然裂缝和压裂诱导裂缝的准确建模是页岩气藏数值模拟的关键,实际应用中应综合考虑其他监测技术的结果;④针对页岩气藏数值模拟,还需要形成相应的标准和规范,以便更好地指导该类气藏开发。

海域天然气水合物开发的地球物理监测

作为极具潜力的未来清洁能源,海域天然气水合物开发难度大、环境保护要求高,需要大范围地对水合物储层进行动态监控。然而,虽然在国外的天然气水合物试开发时,曾尝试对储层进行监测,但主要是局限于开发井周边小范围监测。对天然气水合物藏的大规模监测,目前国内外都还没有建立起相关的技术系统,即使有关的研究都还很少。在未来的几年内,我国以及日本、韩国、印度等将在海域开展天然气水合物的长期试开发,在开发过程中对储层的大规模监测必不可少。本文从水合物藏的岩石物理特征出发,讨论了沉积物中水合物的饱和度和孔隙赋存状态对其声学和电学性质的影响规律,比较了基于水合物的地震和电磁性质的多种地球物理勘探手段应用于海域水合物藏大规模监测的可行性和利弊。针对我国南海天然气水合物生产试验和未来商业开发的储层监测需求,为实现对大区域水合物储层和海底变形的定量监测,我们设计的水合物试采过程监测系统由井中地球物理参量监控、三维全光纤4分量海底时移地震和海底多功能监测站三部分构成。该方案大量利用油气行业现有成熟技术,并对其进行优化设计,可实施性强,能够较全面地收集海域水合物开采过程中储层相关的基础数据,从而可为后续技术优化、水合物资源评价、海底环境保护、工程灾害预防等方面提供科学依据。

富生烃凹陷背景下热成因气对水合物成藏的贡献探讨

近年来海域水合物的实际钻探结果显示,当富生烃凹陷具有适宜的水深、温度、压力等地质条件时,浅部沉积物往往是水合物的潜在富集区域。尽管富生烃凹陷具有优异的生排烃潜力,热成因气较为充足,为水合物的形成提供充足的气体来源,但实际调查表明浅部地层中水合物的气体组分和碳同位素更多地表现为微生物成因气或混合成因气的特征,并没有深部热成因气形成的天然气水合物广泛发育的特征。2007年和2015年在我国南海北部陆坡神狐海域白云凹陷进行了两次水合物钻探,与2007年获取的具有微生物成因特征或热成因气贡献非常小的混合成因水合物相比,在2015年钻探中,有钻孔站位的烃类组分测定揭示了较高含量的乙烷和丙烷,从而直接证实了该站位的水合物气源主要是热成因气。白云凹陷内油气钻井地球化学测试分析显示,虽然深部烃类气体受东沙运动的影响存在大规模的逃逸和散失,但部分热成因气仍然可以通过断层、底辟和气烟囱等垂向通道运移至浅部地层之中形成天然气水合物。通过两个钻探区"深部烃源层系—中部运移通道—浅部水合物矿体"三者的垂向耦合对水合物成藏的控制研究,指出通道类型和运移效能的差异可能是导致同一富生烃凹陷背景下的两个水合物矿藏存在差异的主要原因。对于2007年钻探区而言,在深部热成因气沿着效能较低的通道发生自下而上的长距离运移过程中,可能会发生气体组分分异和碳同位素分馏等作用,导致气体的地球化学更多地表现为"微生物成因气"的特征。而在2015年钻探区,由于断裂、底辟构造发育,深部热成因气可以被更有效地输送至水合物成藏沉积地层中,气体组分和同位素没有发生显著的变化。

灌溉水利用效率随尺度变化规律分布式模拟

为评价农田灌溉水利用状况并揭示灌溉水利用效率的尺度变化规律,应用改进的分布式水文模型(SWAT)模拟了漳河灌区三干渠灌域的水循环过程和作物产量。以子流域嵌套方式将研究区划分为9个尺度来计算灌溉水利用效率指标,并分析其随尺度变化的特征及原因。结果表明,灌溉水分生产率受降雨、气候条件的时空分布特征影响较大,而且随尺度增大明显,其尺度关系可以近似应用幂函数描述,函数的形式和参数与分形思想接近。排水率在中等尺度上的数值最大,但随尺度变化不显著。因此,在一定精度条件下,灌溉水分生产率的尺度转换模式可以尝试应用幂函数形式。漳河灌区在中等尺度上的节水潜力最大。

基于INPGA的地下水污染治理多目标优化管理模型:Ⅱ——实例应用

简单算例研究表明改进的小生境Pareto遗传算法(INPGA)用于求解地下水系统的多目标优化管理模型时,求解过程简单,计算速度快,而且得到的Pareto解集跨度更为合理。本文以美国麻省军事保护区(MassachusettsMilitaryReservation,MMR)为实例,通过建立研究区复杂地下水污染治理的多目标优化管理模型,进一步对比NPGA和INPGA的求解结果,同时详细讨论和分析适应值库操作和MPI并行技术在实例中的应用效果。求解结果表明MPI并行技术在实例应用中能明显提高加速度和计算效率,而且同样能提供足够的选择方案供决策者权衡选择,由此证明基于INPGA的地下水污染治理多目标优化模型具有很好的应用前景。

Cr(Ⅵ)抗性菌株的筛选及其Cr(Ⅵ)去除特性研究

采用微生物分离纯化方法,从制革厂含铬污泥中筛选分离Cr(Ⅵ)抗性菌株,并研究菌株对Cr(Ⅵ)的去除能力。共分离得到对50mg/LCr(Ⅵ)去除率大于50%的菌株20株,16S rRNA基因测序结果表明这些细菌主要属于Acinetobacter、Microbacterium、Leucobacter、Ochrobactrum和Brachymonas属。对其中7株细菌,考察了菌株生长期、pH值和Cr(Ⅵ)浓度对菌株去除Cr(Ⅵ)效果的影响,结果表明,细胞在有较高代谢活性的条件下具较高的Cr(Ⅵ)去除能力;pH值对菌株去除Cr(Ⅵ)的能力具有显著影响,在50mg/LCr(Ⅵ)、pH值为7～8的条件下,Microbacterium属16号和21号菌株在36h时对Cr(Ⅵ)的去除率达80%～95%;高浓度的Cr(Ⅵ)抑制菌株对Cr(Ⅵ)的去除能力,其中21号菌株在110mg/L的Cr(Ⅵ)浓度下去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达80%。

石蜡型复合相变材料蓄热性能实验研究

以石蜡作为复合相变蓄热材料,利用膨胀石墨的高吸附性和高导热性提高相变材料的传热性能。在长方体内,采用带翅片的换热结构,研究加入不同膨胀石墨含量的石蜡在蓄热过程的蓄热性能,通过对不同温度热源下的蓄热过程的测试,得出不同膨胀石墨含量的石蜡相变材料蓄热规律。实验结果表明随着添加膨胀石墨的含量逐渐增大,复合石蜡相变蓄热的时间大大缩短,由于不同温度热源所导致的与相变点的温差对复合相变材料相变时间影响明显,在实验测试的范围内,所添加的膨胀石墨对石蜡相变点的影响很小。

缝洞型油藏洞穴内流体流动特征

塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏的主要储集体类型为大型溶洞与裂缝.在提出多个溶洞储集体的流体流动数学模型的基础上,采用溶洞间无因次传导率和无因次溶洞存储系数对其进行无因次化,并采用数值方法对其控制方程进行求解,研究洞穴内流动变化规律和特征.通过改变溶洞大小和溶洞间裂缝连通性等参数,计算了不同缝洞参数对无因次压力导数曲线的影响,研究成果对于油田生产动态特征分析具有重要的意义.

饱和多孔介质大变形分析的一种有限元-有限体积混合方法

建立了饱和多孔介质大变形分析的一种有限元-有限体积混合计算方法。将饱和多孔介质视为由固体骨架和孔隙水组成的两相体,其基本方程包括动力平衡方程和渗流连续方程。基于u-p假定和更新的Lagrange方法,饱和多孔介质的动力平衡方程在空间域内采用有限元方法进行离散,而渗流连续方程在空间域内则采用有限体积法进行离散。通过两个数值算例,一维有限弹性固结和动力荷载作用下堤坝动力响应的计算,验证了该方法的有效性。

石灰石热分解动力学模型研究

采用TG-DSC方法研究粒径大小为900μm石灰石的热分解过程.根据石灰石热重实验数据,结合Coats-Redfern法,Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法计算石灰石热分解动力学参数,得到900μm石灰石热分解的活化能E为193.98 k J/mol,指前因子lg A为8.81 min-1.根据Malek方法判断石灰石热分解最概然机理函数,得到900μm石灰石热分解属于三维相边界反应模型R3,进一步得到其热分解动力学方程.

钛渣碳热氯化尾气的组成

基于对钛渣碳热氯化反应的热力学计算,系统地分析了不同碳/矿比、氯气量和反应温度下氯化炉尾气中的平衡CO/CO2摩尔比值(qEq),并与新型复合流化床作氯化反应器的钛渣碳热氯化实验值(qEx,0.2～0.3)和文献参考值(qR进行了比较.结果显示,qEx接近qRe但小于qEq,这与对沸腾氯化工艺的预期情况相符.炉渣的物相分析结果表明,qEx<qEq的主要原因是钛渣及石油焦在复合流化床中停留时间过短致使碳热氯化反应来不及达到平衡及钛渣中CaOMgO,SiO2等氧化物杂质参与碳热氯化反应而影响qEx.