基于企业聚类的某省化纤行业节能减碳潜力分析

化纤行业在“双碳”战略目标下面临着巨大的节能减碳压力,需要分析行业的能耗现状与节能减碳潜力。以中国化纤行业第一大省的146家化纤企业为研究对象,利用企业能耗数据分析行业的能耗特征,基于聚类算法对企业进行分类并计算行业的节能减碳潜力。结果表明,该省2013—2021年化纤行业的能耗结构和碳排放结构均以电力贡献为主,节能潜力占行业能耗量的24.63%,减碳潜力占行业碳排放量的22.91%。大型企业和能耗强度偏高的小型企业节能减碳建议以减少原煤消耗为主,中小型企业节能减碳建议以减少电力消耗为主。

双功能碳基固体酸催化木糖制备糠醛的研究

本研究以明胶和植酸(PA)为碳源,并掺杂FeCl_(3)·6H_(2)O和ZnCl_(2),通过硫酸磺化法制备了双功能碳基固体酸催化剂用于高效催化木糖制备糠醛。采用SEM、BET、FT-IR、STEM-EDS等方法对不同炭化温度下制备的催化剂进行了表征,揭示了催化剂的物理化学性质。并考察了催化剂的炭化温度、FeCl_(3)·6H_(2)O与ZnCl_(2)物质的量比、反应温度、反应时间、γ-戊内酯(GVL)与H_(2)O的体积比、催化剂用量对木糖转化为糠醛(FF)的影响。结果表明,600℃炭化制备的催化剂CNPS600-Fe_(4)-Zn_(2)催化效果较好,用0.03 g的CNPS600-Fe_(4)-Zn_(2)(FeCl_(3)·6H_(2)O与ZnCl_(2)物质的量比为4∶2)在3 mL的GVL/H_(2)O(体积比为9∶1)溶剂体系中催化0.06 g木糖制备FF,当反应温度为170℃、反应时间为120 min时,木糖的转化率为99.6%,FF的摩尔产率可达85.8%。此外,还对催化剂的循环性能进行了测试,经五次循环实验后FF摩尔产率和木糖转化率均能保持在原来的80%以上,表明该催化剂具有较高的催化活性和较好的水热稳定性。

气体润滑减阻研究综述

在我国“碳达峰、碳中和”战略背景下,气体润滑减阻作为一种流动控制节能与降碳方法,可有效降低船舶航行阻力,对我国船舶及航运业的低碳发展意义重大。本文介绍了气体润滑减阻研究的国内外背景及意义,阐述了气体润滑减阻的定义及分类方式,特别是提出了基于气液两相界面形态与减阻机理的离散气泡减阻和连续气层减阻分类方式,并在此基础上分别梳理了离散气泡减阻和连续气层减阻在减阻特性、减阻机理、两相流态及其影响因素等方面的进展情况,总结并展望了气体润滑减阻的研究现状和该领域的未来发展趋势。

绝热压缩空气储能系统的热力性能与经济性分析

绝热压缩空气储能技术(A-CAES)可用于可再生能源电力的调峰、调频,是实现“双碳”目标的有效手段。为研究级数、上端差、节流阀后压力等关键参数对系统热力学效率与经济性的影响,实现最低度电成本,构建了基于MATLAB的A-CAES模型,并进行计算。结果表明:在模拟工况范围内,效率随级数、上端差的增加而降低,随节流阀后压力的增加而增加,效率最高可达70%以上;二级压缩、二级膨胀的度电成本最低,为0.0413~0.0450美元/(kW·h);度电成本随节流阀后压力的增大而减小;当上端差大于2.5 K时,度电成本随上端差的增大而增大。因此,A-CAES可实现高效、低成本储能。

塔式太阳能吸热器曲面涂层吸收率测试方法研究

吸热器涂层吸收率的准确测量对吸热器性能评估、优化具有重要意义。目前吸热器涂层吸收率的实验研究大多局限于平面金属基材。以塔式太阳能熔盐吸热器圆柱形吸热管为研究对象,提出蓝丁胶法和漫反射盒法2种广泛适用的测量曲面涂层吸收率测试方法。蓝丁胶法器材准备简单,操作复杂;漫反射盒法器材准备复杂,操作简单。2种方法在测量过程中隔绝环境光线干扰,得到各种涂层附着于平板和圆管表面的测量吸收率,通过不同涂层在平板和圆管上的吸收率对应关系建立拟合曲线,从而修正测量数据得到吸热管涂层吸收率,拟合曲线精确性R^(2)≥0.995;不遮光条件下直接测量2.5cm直径吸热管吸收率,最大相对误差为13.39%,使用蓝丁胶法和漫反射盒法后相对误差分别降为0.27%和0.45%,2种方法各点结果相对误差之差小于0.30%,测量过程中涂层吸收率越大,各因素对测量结果影响越小;在蓝丁胶测试方法中,吸热管直径越大,测得的吸收率越小。

风电场功率预测的研究进展及发展趋势

风电场功率预测可以有效地帮助平衡系统电力供应和负荷需求,从而降低风电功率波动性和不确定性对电力系统稳定性的影响.随着风电接入电力系统比例的增加,如何准确地预测风电场发电功率成为一大难点,将影响风电场并网运行.由此,系统总结了近些年来国内外学者在风电场功率预测方面的研究进展.首先,以预测时间尺度、预测物理量、预测原理、预测特点为分类标准,对多种风电场功率预测方法进行了分类梳理,总结了各类预测方法的研究情况,阐述了其特点及应用场景,为预测模型的选择提供了参考.之后,从单点预测、概率预测、预测曲线的角度总结了预测效果的评价指标,并就评价指标的选择给出建议.最后,总结了当前风电场功率预测全过程遇到的影响预测准确性、实用性的关键因素,提出了未来风电场功率预测可能的发展趋势,为准确预测风电场功率及电网的稳定并网运行提供了参考.

U型科里奥利质量流量计温度影响特性分析

温度对用于液氢等低温流体流量测量的科里奥利质量流量计的影响不可忽略。基于卡氏第二定理,从能量角度出发建立了考虑温度影响的U型科里奥利质量流量计数学模型,并搭建了U型科里奥利质量流量计实验平台,通过实验数据对比验证了模型。在此基础上,考虑测量管固体物性参数对温度的依变,探究了温度对科里奥利质量流量计测量的影响规律,提出了一种包含弹性模量、泊松比和线膨胀系数的低温修正方法。经液氮数值仿真结果和液氦科里奥利质量流量计实验结果对比,发现对弹性模量、泊松比和线膨胀系数三者进行综合修正比恒定温度补偿系数修正的相对误差更小。成果有助于深入理解低温科氏流量计的测量特性。

喷水推进器系泊工况性能的数值模拟

为了分析系泊工况下喷水推进器的内流特性,在系泊试验的基础上采用基于流体体积法(VOF)的计算方法,对喷水推进器的系泊工况内流场特性进行数值模拟研究.对比系泊试验数据发现,基于该方法得到的推进器总推力和转矩与试验数据吻合较好,该方法可以较好地模拟喷水推进器自由喷射流场.从喷水推进器数值模拟结果可知,当叶轮转速增加时,叶轮内部欧拉扬程的增长速度趋于恒定,叶轮的效率增加;叶轮内部熵增较高的区域主要分布在叶轮入口、壁面和叶顶附近,表示该区域流动损失较大,与系泊工况下喷水推进器的进口流道处存在较大程度的流动分离密切相关.

船舶气体润滑减阻应用现状及展望

随着国际航运减排新规和国内“双碳”战略的实施,船舶气体润滑减阻作为一种新型船舶节能降碳技术,备受航运与船舶工业关注。目前,根据气体润滑的减阻机理及其两相界面形态,主要可将其分为连续气层减阻与离散气泡减阻。文中分别介绍连续气层减阻与离散气泡减阻的国内外实船应用现状,重点对气体润滑的实船布置、形式、减阻和节能效果等进行综述,并根据已有实船应用中报道的净节能情况,对气体润滑减阻船舶的节能与降碳效果进行分析。最后,对气体润滑减阻在实船应用中面临的技术挑战及值得深入研究的方向进行简要展望。

基于代理模型模式匹配的锅炉实时操作优化

为了提高电厂燃煤锅炉操作优化的有效性与实时性,提出新的基于代理模型模式匹配(PMAM)的建模框架.提出主蒸汽流量的滞后性计算方法.采用改进的模式匹配优化模型,计算历史优化操作库.引入工况注意力机制参数、状态参数区间频率法及调控最小的3层方案优化机制,确保模式匹配方案的有效性.采用神经网络算法预建模构建锅炉操作优化的代理模型,基于代理模型表征模式匹配步骤,使得本文方法可以适用于在线应用.案例结果表明,利用提出的模式匹配优化模型,能够有效地寻找优化的锅炉操作方案,工况相似度大于95%,可以使得锅炉效率提升1.92%;训练的代理模型均方误差小于0.35%.与传统方法相比,本文方法避免了优化求解带来的泛化误差影响,在提升锅炉效率的同时,具有高可靠性及实时性.

基于PNGV模型与自适应卡尔曼滤波的铅炭电池荷电状态评估

储能电池应用广泛,准确估计储能电池的荷电状态(state of charge,SOC)对提高电池健康状态有重要意义。铅炭电池作为一种高性能、低成本、高安全性的新型储能电池,在储能电站等场景受到广泛关注,而目前尚缺少铅炭电池SOC估计相关研究。本工作首先通过静流间歇滴定技术探究铅炭电池的荷电状态与开路电压关系,后通过混合脉冲功率性能试验得到铅炭电池的伏安特征数据,建立一阶Thevenin和一阶PNGV等效电路模型,利用基于代理模型和灵敏度分析的随机算法(surrogate optimization algorithm,SOA)对两种等效电路模型进行参数辨识。在此基础上,利用扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter,EKF)估计铅炭电池SOC,估算过程考虑噪声干扰。另外,在铅炭电池SOC初值未知的情况下,EKF算法不能准确估计铅炭电池SOC。因此,本工作提出采用自适应扩展卡尔曼滤波算法(adaptive extended Kalman filter,AEKF)对铅炭电池进行状态估计,来弥补EKF的不足。结果表明,在存在噪声且SOC初值未知的情况下,AEKF算法较EKF算法和安时积分法更能准确估计铅炭电池SOC,在给定SOC初值为0.9时,误差最小,为3.91%,验证了算法的有效性与适用性,提高了铅炭电池荷电状态估计的准确性和可靠性。

太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出波动策略研究

为研究太阳能布雷顿循环耦合蓄电池平抑光伏输出功率波动性策略问题,建立了光伏-光热-蓄电池联合发电系统,以光伏为主要出力,太阳能空气布雷顿循环和蓄电池为辅稳定光伏输出功率波动,并根据微燃机高效运行方式及联合发电系统变负荷方式提出了4种运行策略。结果表明:4种策略均能在一定程度上降低光伏输出功率波动性,且在相同蓄电池容量下,策略二光伏输出功率波动性最小,策略三蓄电池最大充电功率最小;随着蓄电池容量的增加,4种策略光伏输出功率波动性均在减少,并且策略二和策略一在平抑输出功率波动性能力上不断接近;在储热与储电容量比例为3∶4时,策略一~策略四相对仅光伏运行时的输出功率波动性分别减少了80.7%、88.3%、50.5%和55.1%。

废轮胎梯级热解中试装置开发与产物特性分析

基于固定床管式热解炉对废轮胎热解产物性质进行了详细的研究和分析,根据热解产物特性针对性地提出了产物的改性提质方法,并基于该方法自主设计开发了一套适用于废轮胎高效能源资源化利用的梯级螺旋热解中试装置,以获得高品质热解产物。甲苯抽出物透光率和闪点分别是限制热解炭黑和热解油高效安全应用的瓶颈问题。本文开发的中试热解装置采用梯级热解技术和多级冷凝技术,可有效改善热解产物品质,所得热解炭黑甲苯抽出物透光率达到100%,热解油闪点达到76.5℃,均满足相应标准。同时,中试装置采用热解气循环燃烧供能的方案,可实现装置的热量自维持,显著降低工艺热解能耗。本文基于自主开发的中试梯级热解装置,解决了废轮胎热解产物高值化利用的瓶颈问题,以期为废轮胎热解技术规模化推广应用奠定基础。

面向IGBT模块的冷却方式及微通道冷却在IGBT中的应用研究

IGBT的热管理问题日益凸显,亟待开发高效、稳定、灵活的新型冷却技术。从当前IGBT模块冷却中存在的主要问题与瓶颈出发,对IGBT常见的且广泛应用的冷却技术以及目前的喷雾冷却、射流冲击冷却和微通道冷却等热点研究技术进行详细的分析与评价。得出相比其他冷却技术,微通道冷却技术,尤其是微通道流动沸腾冷却技术,有着结构紧密、换热能力强、传热系数高、工质充注量少、均温性能好等优势,在电子器件热管理领域有着极大的发展前景。因此提出微通道流动沸腾冷却是解决新型电子器件的热管理问题的优选方案,为有关IGBT模块散热器的设计与应用提供重要参考。

基于动态尾流蜿蜒模型的风力机疲劳损伤评估

风电场尾流效应是影响下游风力机载荷的主要因素。选用美国可再生能源实验室(NREL)最新开源的多物理场耦合仿真软件工具——FAST.Farm,以某海上风电场为研究对象,量化评估了风电场前排、中间和后排风力机的尾流效应、载荷及疲劳损伤特征。结果表明:沿流动方向,风电场内部呈现出风速依次降低,湍流强度依次增加的流动特征;随着来流风速提高,前排、中间、后排风力机的疲劳损伤增大;在较高来流风速条件下,中间位置风力机叶根处和塔基处的疲劳损伤成倍增加,且增加幅度明显高于前排和后排风力机,即疲劳损伤最严重的风力机位于风电场中间区域。建议风电前期开发及后期运维工作中,需要重点关注场区中间位置风力机的结构强度。

螺旋流场设计对PEM电解槽性能影响的模拟研究

为提高质子交换膜(PEM)电解槽的性能,在一定的假设条件下,通过ComsolMultiphysics软件设计并模拟一种基于避免转角设计考虑的PEM电解槽阳极螺旋流场,对比不同形式的流场(平行流场、蛇形流场)对达到稳定运行时的电解槽电解电压、膜电极组件的平均温度和多孔传输层(PTL)的平均氧气质量分数的影响,并对新型流场设计的尺寸进行优化。仿真结果表明,新型螺旋流场设计性能最佳。和平行流场相比,电解槽的电解电压降低约0.05 V,膜电极平均温度降低约5.6 K,PTL内的平均氧气质量分数降低约13.9%,下降幅度达到60%。同时探究该螺旋流场的流道宽度和高度对PEM电解槽性能的影响。新型螺旋流场设计降低了电解电压和氧气气泡堵塞扩散层空隙的可能性,提高了电解槽运行的稳定性。

塔式太阳能腔体吸热器光热耦合模型与试验

基于蒙特卡洛方法建立光线追踪模型,利用CCD相机和朗伯板展开聚光实验,实验结果表明测量光斑与模拟光斑在大小、形状和能量分布上吻合良好。针对腔体吸热器提出光热耦合模型,考虑腔内不同吸热管之间的辐射换热,模拟结果与实验结果最大相对误差为8.6%。

钴铜锂复合金属氧化物热化学储热温度调控特性研究

提出通过掺杂的方法,调控复合金属氧化物的热化学反应温度,试验结果表明钴铜锂三元复合氧化物的还原起始反应温度可从850℃降低到795℃,氧化反应起始温度也可降低35~50℃。XRD和反应动力学分析表明,复合相CoLiO2的出现使还原反应活化能均值从911 kJ/mol降低到602 kJ/mol,这是反应温度降低的主要原因。经过105个循环后,钴铜锂三元复合氧化物的氧化还原反应循环的比例仍保持在80%以上。

不同激励幅值下液态甲烷贮箱增压过程压力波动特性研究

通过动网格模型与VOF模型的耦合,建立了晃动激励工况下液态甲烷贮箱增压排放过程三维计算模型。针对一直径为1.0 m,筒段长度为2.0 m的液态甲烷贮箱,研究了不同激励幅值下贮箱气枕压力变化特性,并对环形防晃板的控压性能进行评估。结果表明:对于激励幅值为0.020 m和0.025 m的工况,液面未出现破碎现象,气枕压降曲线较为平稳。添加防晃板后,液面发生破碎,气枕压降曲线产生明显波动。当激励幅值达到0.030 m和0.035 m时,液面发生破碎,气枕能量占比显著降低,气枕压力出现大幅下降。防晃板的添加可有效减缓气枕压力的下降。

基于燃机余热和LNG冷能的sCO_(2)朗肯循环系统构建

构建了以燃气轮机烟气为热源、LNG气化热为冷源的超临界二氧化碳(sCO_(2))朗肯循环与天然气直接膨胀耦合的余热发电系统。针对300万t/a LNG气化站,开展了循环参数对热力学性能的敏感性分析以及优化计算。结果表明:该系统的总出力可达528.57 MW,可匹配约342 MW等级燃机,LNG贡献电能为0.095 7 MJ/kg,联合系统燃料热效率达到63.54%;相比传统的燃气蒸汽联合循环,系统净功提高3.5%,燃料热效率提升2.15个百分点。