煤电机组应对二氧化碳减排的策略

美国环保署要求,新建燃煤电厂的CO_2排放限值为年平均发电碳排放强度不大于635 kg/MWh。其建议的"减排最佳系统"(BSER)技术路线为:对部分烟气量进行碳捕捉、运输和储存(CCS)。由于CCS存在成本、安全性和地质储存条件苛刻等短板,可采用非CCS的煤电机组碳减排策略,即进一步提高超超临界机组的热效率、采用冷热电联供、燃煤耦合生物质发电等3种技术路线。对这些技术路线满足美国碳排放限值的技术现状、前景和条件进行分析后,得出了当前的技术水平下采用冷热电联供或燃煤耦合生物质发电是两个可行且经济的手段,而进一步提高超超临界机组的热效率也具有现实可行性的结论。     

2020年中国低碳能源中期目标解读

提出了关联能源强度ε与碳强度κ的一个新的能源经济参数—能源碳强度ω;并用以核算、澄清了中国政府宣布的2020年"节能(降低ε)"与"减排(CO2)"两个目标之间的关系.估算出了到2020年中国能源消耗为41亿吨标煤、人均2.93吨标煤、能源弹性系数0.5,二氧化碳排放量不超过76亿吨、占世界24.7%的目标数据;指出了实现这一宏伟目标的最重要途径:除快速发展非化石能源和煤的CCS利用外,就是产业转型和发展天然气冷热电联供能源系统,大幅度提高能效.     

再论“低炭经济”与电力工业

阐述了低炭经济的历史背景、基本概念,分析了当前世界减排CO2温室气体概况与治理目标,以及中国火电污染物排放简况.指出了电力工业应对低炭经济应采取的战略与主要措施.分析表明:短时期内,在新能源和可再生能源还无法取代化石能源的情况下,调整能源结构,大力研发替代能源技术和碳捕获和储存(CCS)技术,积极发展热、电(冷)联产、分布式能源以及以洁净煤和煤气化为核心的多联产技术,是中国应对环境恶化和减排压力,并走出符合中国国情的高效、绿色、低碳的发展之路的必然选择.     

提高CO2封存强度的多层协同抽注技术

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO2捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在."十四五"规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范.然而,由于中国大多数CO2储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO2封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO2地质封存量.本文提出将CO2封存强度(单位土地面积的CO2封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO2咸水层封存和CO2强化驱油场地的CO2封存强度,结果表明,现有CO2咸水层封存和CO2强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km2以下,无法满足中国双碳目标的需要.为显著提高CO2封存强度,提出CO2多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO2,并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO2封存强度的大幅度提高.为验证CO2多层协同抽注技术的效果,利用T2Well模拟软件,构建3种CO2多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO2定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO2饱和度分布及CO2累计注入量.结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性.通过分析CO2饱和度可知,注入CO2后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异.根据3种条件下的模拟结果计算CO2封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×106 t/km2,远大于现在已实施项目的封存强度.因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO2封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO2封存技术的推广.     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

CO2的能源化利用技术进展与展望

在当前碳中和背景下,人类向着"少碳、用碳与无碳"的CO2减排之路前行.CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)作为最直接的"碳中和"技术策略,为促进大气CO2净减排发挥了重要作用.然而,当前CCUS技术普遍面临着低效率、高能耗、高成本的技术难题,限制了该类技术的大规模应用与推广.近年来,随着可再生电能的不断发展,CO2减排与能源体系耦合的电池技术、储能技术应运而生,这类CO2能源化利用技术有望解决当前CCUS技术体系高能耗、高成本的技术难题,同时,有利于新能源的周期性消纳.然而,在这类CO2能源化利用技术中,主要是将CO2作为一种能源介质,对外输出的能量并非来自CO2本身;但是,CO2转变为碳酸盐的过程是化学位降低的反应过程,意味着CO2本身也是一种潜在的能源.作者利用这一热力学有利的反应,成功开发了利用CO2本身蕴含的能量进行深度发电的CO2矿化发电技术,并将CO2矿化电池的最大功率密度提升至了96.75 W/m2.     

济阳坳陷三合村洼陷浅层天然气成因分析

厘清济阳坳陷三合村洼陷浅层天然气成因.通过采集浅层天然气及伴生原油样品,在进行天然气组分、碳、氢同位素组成以及伴生原油饱和烃色谱分析的基础上对浅层天然气的成因进行了研究,认为三合村洼陷浅层天然气主要来自微生物对原油的降解,属于典型的次生生物气,微生物还原二氧化碳生成甲烷是次生生物甲烷的主要生成途径.研究结果表明:天然气组分以甲烷为主,干燥系数大(C_/C_1~+0.931);甲烷碳同位素比值变化大(-50.03‰δ~(13)C_1-39.03‰),并与甲烷氢同位素比值呈负相关关系;重烃组分含量低且碳同位素比值普遍较大(-33.62‰δ~(13)C_2-19.72‰,-29.27‰δ~(13)C_3-7.64‰,-26.28‰δ~(13)n-C_4-15.63‰);二氧化碳碳同位素比值表现为异常的正值(2.82‰δ~(13)CCO_217.69‰).微生物对湿气组分的选择性降解以及次生生物甲烷的生成是导致济阳坳陷三合村洼陷天然气组分、同位素组成复杂特征的主要原因.浅层天然气成因的确定对后续勘探浅层气藏附近的降解型稠油油藏具有重要的指示意义.     

CaO基矿物质循环吸收CO2的碳酸化研究

CaO基矿物质循环煅烧/碳酸化反应(CCR)分离CO2是一种减排CO2的有效方式.提出了把该方法由第1代增压流化床燃烧联合循环系统推广应用到第2代增压流化床燃烧联合循环系统中的思路.针对CO2基矿物质在循环CCR中碳酸化转化率的衰减,采用了乙酸调质Ca2基矿物质的新方法,并提出用含乙酸的工业废水调质CaO基矿物质并回收丙酮的具有工业应用前景的工艺路线.对经乙酸调质的CaO基矿物质在不同反应条件下的循环碳酸化特性进行了研究,得到了碳酸化温度、煅烧温度和颗粒粒径等参数对调质产物循环碳酸化的影响规律.结果表明,CaO基矿物质经乙酸调质后具有更高的循环捕捉CO2能力和抗烧结性,作为一种新型、高效CO2吸收剂具有良好的应用前景.     

多维度视角下CO2捕集利用与封存技术的代际演变与预设

“双碳”目标背景下,亟需深刻了解二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术及其未来在中国发展的前景,从时间、空间以及技术链三个维度对CCS的历史演变、现状以及未来走向进行总结与展望很有必要（意义重大、）。时间维度上,从1950年至2050年,可划分为技术孕育阶段（1950~1980年）、诞生与发展阶段（1980~1995年）、研发与示范阶段（1995~2020年）、实施阶段（2020~2030年）以及商业化阶段（2030~2050年）。空间维度上,CCUS技术水平处于领先地位的国家主要分布在发展时间较长、整体研发水平较高的北美和欧洲地区,此外,中国、澳大利亚,沙特阿拉伯和巴西也进入了先进行列。技术链方面,CCUS技术代际可划分为三个。在捕集环节,第一代捕集技术可应用于电厂;第二代捕集技术面向电力与工业应用;第三代能耗、运行成本以及维护费用均能降低至第一代的50%左右。在输送环节,第一代CO2输送技术突破流动、扩散规律,腐蚀材料控制,泄漏影响评估,监测报告核实工具等;第二代CO2输送技术集中于大规模管网开发、标准规范制定;第三代可应用于大规模国家和国际管网。在封存环节,第一代优先发展地质封存共性技术;第二代针对安全监测、风险管理优化;第三代侧重完整监测与补救措施。目前,我国CCUS总体水平处于研发和示范的初期阶段,与其它领先水平国家存在一定差距,应加强CCUS领域的国际合作与交流,引进和学习国外CCUS核心技术和实践工程经验,为未来我国大规模全流程CCUS项目的实施做好准备和铺垫。     

高分子絮凝剂在碳表面的吸附脱附特性研究

煤炭清洁高效加工利用是“碳减排”的重要途径,采用耗散石英微晶天平(QCM-D)研究了聚丙烯酰胺类高分子絮凝剂在碳表面的吸附脱附行为,并深入分析了Ca²⁺对絮凝剂吸附的影响机制,以为煤炭工业中固液分离、絮凝浮选等提供理论指导.结果表明：阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)与碳表面的吸附作用最强,其次为聚丙烯酰胺(PAM),吸附均完全不可逆,阴离子聚丙烯酰胺(APAM)几乎不能与碳表面发生吸附作用.PAM表现出两段吸附特性,随着吸附量增加,吸附速率逐渐降低,吸附层构型变松散,难以达到吸附平衡;CPAM可在5 min内迅速达到吸附平衡,吸附层构型随着吸附量的增加先变松散,然后密实程度保持不变.Ca²⁺可以促进PAM在碳表面上的吸附,提高吸附速率,使其更容易达到吸附平衡,但对CPAM在碳表面上的吸附有显著抑制作用,随着Ca²⁺浓度的升高,抑制作用增强;Ca²⁺可以极大促进APAM的吸附,随着Ca²⁺浓度的增加,APAM的吸附量显著增加,且吸附可持续进行,不能达到平衡,吸附层先变松散,然后变密实...     

考虑富氧燃烧的综合能源系统低碳优化可行性研究

综合能源系统（IES）因其能源利用率高和多能源互补特性而被广泛认为是减少碳排放、提高可再生能源消纳的有效途径。将富氧燃烧技术引入IES,构建了考虑富氧燃烧空分系统和多能互补的IES优化调度模型。首先,通过研究富氧燃烧电厂的运行原理及其能量时移特性建立了富氧燃烧电厂模型。其次,将碳捕集装置（CCS）与IES进行耦合,并在富氧燃烧装置（OECP）与电转气装置（P2G）之间建立合作机制,减小IES运行成本,最大程度降低碳排放,促进可再生能源全消纳,提高能源利用率,保证在负荷高峰期较好的富氧燃烧效果和较高的碳捕集水平。最后,仿真分析证明传统电厂引入富氧燃烧技术及多能互补合作机制可以明显降低碳排放量,促进可再生能源的消纳和利用。     

An Improved Combined Power System Utilizing Cold Energy of LNG

论文标题：一种改进的利用液化天然气冷火用的动力循环

作者姓名：王平,李佳星,沈胜强

单位：大连理工大学能源与动力学院海洋能源利用与节能教育部重点实验室

创新点说明：在kalina循环的基础上,利用中高温热源,对分馏子系统进行了改进,改善了氨水工质和天然气在换热器中的换热情况,从而有利于LNG冷能的回收。

目的：提高联合循环中底部循环的热效率和火用效率,并且在联合循环中合理利用LNG的冷 火用

方法：利用大型通用流程模拟软件Aspen Plus建立流程并模拟计算。

结果：改进之后的循环获得了更高的热效率和火用效率。

结论：新的循环相比于旧循环,系统的结构有所精简,在分析了系统中各个换热器的火用损失并对比两个循环之后,新循环的换热器中的火用损失有所减少。

关键词：联合循环;液化天然气;冷能;kalina循环;热力学分析

中文摘要：

通过对循环进行模拟和热力学分析,改进了一种动力循环,在该循环中燃气轮机排气的余热和液化天然气的冷能得到了很好的利用。在kalina循环的基础上,通过改变基础溶液的浓度,从而在换热器中获得了很好的换热匹配并且减少了系统的不可逆损失。研究表明：kalina循环可以用于液化天然气冷能的回收,改进之后的循环的火用效率为42.97%,相比于改进之前的火用效率39.76%,改进之后的系统有更好的热力学性能。

     

低碳经济与电力行业的发展机会

论述了低碳经济在调整能源消费结构及限制能源消费总量等方面的要求,提出电力行业需要大力发展核能和可再生能源发电的必要性.随着排放总量趋近饱和,碳捕集的应用将成为理想的选择,介绍了碳捕集的方法及经济性,指出碳捕集的最大成本及难点在于CO2的运输及封存.碳捕集面临技术困难及成本高双重压力,需要国家在政策上提供大力支持.     

低碳能源时代中国热电联产的发展趋势

在分析低碳时代中国乃至世界的能源结构将向以可再生能源和天然气为主转型,煤将通过CCS的方式清洁利用的发展趋势和中国热电联产(CHP)30年进展及其存在的问题的基础上,指出了中国热电联产(CHP)的2大趋势:①燃煤CHP将以大、中型煤气化多联产为主流;②天然气CHP将发展为分布式冷热电联供能源系统(DES/CCHP),并替代煤成为工业和城市商住建筑物能源供应的主体.中国需借鉴西方CCHP成熟技术,结合国情集成创新,抓住工业化和城镇化的历史机遇,把发电与向工业用户供蒸汽,向公共建筑供暖、供冷和向民居供暖及生活热水结合起来;在10~20年内把能效提高到世均水平.     

建筑物碳排放计算方法及案例研究

为了对城市建筑的温室气体减排与建筑废弃物的处置和资源化方法的选择提供科学的支撑,基于生命周期评价理论,建立了建筑生命周期碳排放核算方法,分别计算了北京地区某办公和教学用公共建筑的生命周期温室气体排放量,结果显示在50 a的建筑生命周期内,使用阶段温室气体排放分别占总排放量的82%和89%,建材生产阶段分别为17.3%和10.4%.为此,根据北京地区能源结构优化与绿色建筑节能的要求,利用情景分析法,通过模型计算,提出了公用建筑温室气体减排的建议.同时基于我国废弃物处理处置现状,对建筑废弃物处理处置和资源化的不同情景进行了分析,定量核算了不同情景下建筑废弃物处理处置和资源化的温室气体减排量.     

云南省碳中和技术路线与行动方案

为解决碳达峰碳中和技术路线和行动方案不明确、不清晰的问题,以云南省为研究对象,分析梳理了云南省的能源结构、碳排放现状、碳排放重点行业、林业碳汇情况等,归纳总结出云南省碳中和目标导向下的技术路线和行动方案.研究结果表明:云南省可再生资源丰富,应充分发挥绿色能源优势,大力发展水能、风能及太阳能等可再生能源.充分利用废弃矿山...     

考虑可再生能源的冷热电联供系统环境经济调度模型

随着对节能减排的广泛关注,为了减少能源的消耗,冷热电联供系统（CCHP）、可再生能源发电在全球得到了广泛的应用,但传统冷热电联供系统经济调度忽略了污染物排放对环境的影响。为此,考虑各机组运行的环境成本,提出考虑可再生能源的冷热电联供系统环境经济调度模型;考虑可再生能源的随机性,在目标函数中加入可再生能源备用容量补偿成本,借助排污系数法将机组运行的环境成本并入机组运行总费用目标函数中,从而将环境经济调度模型从多目标优化转为单目标优化问题。基于Matlab优化工具箱以IEEE-14节点系统为例进行系统仿真,验证了优化模型的有效性和实用性。     

煤炭开发过程碳排放特征及碳中和发展的技术途径

理清煤炭开发过程碳排放特征,是推动煤炭开发过程碳达峰、碳中和的前提和基础.基于煤炭开发全生命周期碳排放清单分析方法,重点从生产用能、瓦斯排放及矿后活动3个环节,建立煤炭开发过程碳排放计算模型,测算煤炭开发过程碳排放量,并分析不同环节碳排放特征,提出煤炭开发过程碳减排技术途径.研究表明:1)生产用能碳排放强度呈下降趋势,...     

碳中和目标下生态草牧业的物质流分析框架与发展策略

实现碳达峰、碳中和中长期目标,既是国家积极应对气候变化的责任担当,也是生态草牧业高质量发展的必然要求.草牧业作为"草-畜"协调发展、相互依存的有机整体,其生命周期包括从牧草种植和饲草加工,到畜牧养殖、畜产品加工和运输,再到消费、废弃物处理,均与碳排放有关.本文基于物质流分析方法,构建了全生命周期生态草牧业研究框架,分析了不同环节的碳源和碳汇特征、影响因素和存在的问题,探讨了碳中和目标下生态草牧业发展主要途径,提出草牧业高质量发展要兼顾增强草地碳汇能力、控制畜牧生产碳源、提高清洁能源利用率等生态任务,并建议组织多部门联合技术攻关和规划实施草牧业碳中和方案,为实现国家碳中和目标提供支撑.     

车联网中路边设施的分布式调度策略的研究

为了降低碳排放量和部署成本,利用太阳能给车联网路边设施(Road Side Unit, RSU)供电是一个可行的方法.本文针对太阳能供电的RSU,提出了两个分布式的在线调度策略,旨在最大化服务车辆数.在基于Markov链的调度策略中,采用Markov链表述RSU能量状态,并通过对动作的奖励最大化服务的车辆数;在基于阈值的调度策略中,RSU计算服务车辆时所消耗的能量,并结合自己的能量状态,选择服务的车辆.仿真结果表明,本文提出的在线调度策略增加了服务车辆数.