考虑碳捕集电厂的电力系统多目标最优潮流及其碳流分析

在考虑碳捕集电厂煤耗成本和排放特征基础上,构建一种以煤耗成本、碳排放量和网损最小为目标,以系统静态安全和碳捕集水平为约束的多目标最优潮流模型;采用NSGA-II获取其Pareto前沿及解集,以各单目标优化结果确定各隶属函数边界,然后通过最大满意度法从解集中筛选决策最优折中解。通过定义碳捕集率和煤耗成本、碳排放量目标的灵敏度,可定量评估碳捕集电厂对目标贡献;结合碳流分布理论获取碳捕集电厂影响的系统节点碳势和支路碳流率分布特征。IEEE 6机30节点系统算例结果验证了所提模型的有效性及优越性,该文方法为考虑碳捕集电厂的系统多目标协调和系统相应电碳特征分析提供了理论支持。     

基于技术经济学的碳捕集系统参数影响分析及优化

在燃煤机组中添加碳捕集设备是现阶段实现CO2减排的有效途径,但是碳捕集设备的添加往往造成机组能耗和成本的显著增加。从碳捕集系统仿真模型和碳捕集机组耦合系统出发,基于技术经济学方法,分析了碳捕集系统主要参数对再生能耗、发电成本以及捕碳成本的影响,选取了碳捕集系统最佳运行参数。结果显示捕集率在85%的情况下,贫液负荷为0.24 mol/mol、MEA溶液浓度为30%、再生塔压力为0.19 MPa、贫液入口温度为40℃时碳捕集系统运行状态最佳,此时再生能耗为3.963 GJ/t CO2,发电效率为35.450%,发电煤耗为346.979 g/k W·h,发电成本为0.564$/k W·h,捕碳成本为299.417$/t CO2。     

燃煤机组与燃后碳捕集系统的耦合技术研究

针对火电机组碳捕集系统中CO_2再生的高能耗问题,首先通过理论分析确定了碳捕集机组再生热源可行的抽汽方式,并以我国现役的600 MW火电机组作为碳捕集系统研究的基准机组,根据醇胺法碳捕集系统再生模块的能耗需求分析可行的抽汽点。拟定了7种抽汽方案,并对这7种抽汽方案进行了建模分析,确定了最佳抽汽方案为从中压缸末级抽汽抽取部分蒸汽为再生系统提供热源,此时的碳捕集机组发电效率最高,机组热耗最低,分别为34.91%和10 305.22 kJ/kW·h,与基准机组在同工况下的运行参数相比,碳捕集机组的发电效率降低了7.65%,机组热耗增加了1 851.44 kJ/kW·h。通过对碳捕集机组最佳抽汽方案的变工况分析,碳捕集机组在运行工况为燃料热量输入85%时发电效率达到最高,机组热耗最低,分别为35.28%和10257 kJ/kW·h。     

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。     

计及碳交易的区域综合能源不完全信息博弈优化调度

减缓全球变暖，减少二氧化碳的排放已经成为能源部门的一个紧迫问题，在此背景下，区域综合能源系统的优化调度成为实现节能减排目标的重要途经。但是区域综合能源系统内能源集线器(energy hub, EH)间存在复杂的利益交互关系和市场不完全信息，这给系统的运行调控带来巨大的困难和影响，如何实现能源集线器间的制约和平衡成为关键。针对计及碳交易的多能源集线器区域综合能源系统，提出基于不完全信息博弈的优化调度策略。在考虑碳交易的基础上，引入电-气(power to gas, P2G)技术和碳捕集系统(carbon capture systems, CCS)耦合技术，以寻求系统低碳经济双赢。结果表明：所构建的优化调度模型，采用碳交易和碳捕集系统协调配合控碳，在保证系统经济效益的同时，碳排放量也下降了6.4%。     

基于电晕的线管式DPF捕集效率数值模拟研究

基于电晕放电理论与柴油车尾气微粒自身特殊性质,设计基于电晕放电的线管式柴油车微粒捕集器(DPF,Diesel Particulate Filter).首先建立线管式DPF捕集效率数值计算模型;然后分别对不同结构及不同尾气温度条件下的捕集效率进行数值模拟分析.分析结果表明,该DPF的捕集效率随管道个数增加而增强,随尾气温度的升高而增强,随PM粒径的增大而增强.该DPF可有效捕集柴油汽车尾气中的碳烟粒子(PM),满足流通式颗粒捕集器的技术要求,对保护环境有重要意义.     

基于分布鲁棒优化的含碳捕集电厂与电转气装置协同的日前低碳经济调度

电网中接入碳捕集电厂与电转气装置对于实现碳减排、促进新能源消纳至关重要。首先引入碳交易机制,基于碳交易计算模型,建立采用综合灵活运行方式的碳捕集电厂和电转气装置的协同运行模式,分析其对新能源消纳和降低碳排放总量的促进作用。在此基础上,同步考虑碳捕集机组和火电机组的相关检修约束,构建机组检修-运行联合优化调度模型,验证机组检修-运行联合优化相较于分别优化的经济性和合理性。同时,在所建立的机组检修-运行联合优化调度模型中充分考虑大规模新能源的不确定性,提出基于数据驱动的检修-运行两阶段分布鲁棒优化算法,兼顾了系统经济性和鲁棒性。最后,基于Gurobi对改进的IEEE-39节点系统进行仿真验证,结果证明所提模型可显著降低碳排放,并进一步促进风电消纳,实现系统经济性及鲁棒性更均衡的检修-运行联合调度。     

冷冻氨脱碳机组流程仿真及其耦合方式优化

基于Aspen Plus建立火电厂及冷冻氨脱碳工艺(CAP)的仿真模型,并验证模型的正确性.冷冻氨脱碳工艺的仿真结果显示,二氧化碳捕集系统再生塔的热耗为1.26GJ/(tCO2),氨气捕集系统再生塔的热耗为1.42GJ/(tCO2).根据冷冻氨脱碳工艺的能耗特点提出3种二氧化碳捕集系统可能的疏水返回方案和3种氨气捕集系统疏水返回方案.结果显示,冷冻氨脱碳工艺与燃煤机组的最佳耦合方案以五号加热器入口作为碳捕集系统疏水的返回位置,以七号加热器入口作为氨气捕集系统疏水返回的位置.相对于原机组,最佳耦合方案下的脱碳机组的净输出功降低了127.17 MW、全厂热效率降低了7.44%、全厂标准煤耗增加了58.28g/kWh,全厂热耗增加了1705.80kJ/kWh,与传统单乙醇胺(MEA)脱碳工艺类似.最佳耦合方案下,碳捕集率每提升5%,耦合系统的净输出功降低7.48 MW、全厂热效率降低0.44%、全厂标准煤耗增加4.09g/kWh、全厂热耗增加119.58kJ/kWh.     

太阳能辅助燃煤机组碳捕集系统对比研究北大核心

太阳能辅助燃煤发电碳捕集系统可以在保证机组的出力的基础上实现电厂CO2的捕集,在以往太阳能与碳捕集机组结合方法的基础上提出了5种集成方案,建立了碳捕集系统仿真模型和热力系统变工况模型,计算了5种集成方式下机组的热力学性能、太阳能集热场的运行性能、电厂发电成本以及CO2减排成本等评价指标。结果表明,太阳能所需凝结水从六号加热器出口引出的方案为最佳可行性方案,机组的投资节煤比最大为0.067 5 g/k W·h/元,太阳能集热场的热电转化率最高为28.55%,发电成本最低为0.474 6元/k W·h,捕碳成本最少为265.74元/t CO2。当外置太阳能供热时,系统结构简单,初投资小,是一种可以实际应用的方案。     

计及氢能多元利用特性的电氢耦合系统容量优化配置方法

氢能作为清洁能源,可与风能等可再生能源结合,为系统提供低碳运行方案。首先,在传统电氢耦合系统的基础上,引入天然气及碳捕集系统,设计了计及氢能多元利用特性的电氢能源系统优化配置模型。然后,建立了将氢能零污染发电和甲烷化两种应用途径相结合的系统模型,以系统等年值成本最小为目标函数,通过改进粒子群算法对构建模型进行寻优求解,得到了系统各设备最优容量配置方案。最后,通过算例对比,证明了优化方案在成本最低时,可支配碳配额增加,具有环保性。     

考虑碳排放的社区级综合能源系统优化模型

随着能源危机和环境污染的压力越来越大,综合能源系统得到了大力的发展和推广。提出了社区级综合能源系统（CIES）的基本架构和运营策略,从经济性和碳排放两方面进行分析,建立了包含直接运行成本和综合碳成本的目标函数,考虑功率平衡、发电设备出力限制、联络线传输功率、储能装置容量和储能装置充放电等约束条件,并采用遗传算法进行求解。仿真结果表明,优化模型具有较好的低碳综合效益优势,有助于加快低碳经济的发展。     

含电转气的电—气互联综合能源系统低碳经济运行

针对当前电力系统中弃风现象严重以及二氧化碳排放量高的问题,提出一种含电转气的电—气互联综合能源系统低碳经济调度模型,引入经济折算系数将二氧化碳排放量折算到经济维度和系统的运行成本共同组成综合成本最低的目标函数,并考虑含电转气的电力系统及天然气系统的能流模型与安全约束,用内点法予以求解。采用修改的IEEE 30节点电力系统和比利时20节点天然气网络进行算例分析,通过比较4种不同模型下的综合成本与二氧化碳排放量,验证所提模型能有效兼顾系统运行的低碳性和经济性,同时大大提高消纳风电能力。取不同经济折算系数会得到低碳性与经济性不同侧重的最优调度结果。     

原生生物质水热炭化制备碳材料及其应用

作为地球上储量最丰富的可再生资源，生物质具有低成本、不会增加大气中CO2含量等优点，其应用已成为能源利用和环境保护领域的研究热点。原生生物质可经由水热炭化过程（Hydrothermal Carbonization，HTC）制备多种功能碳材料。对以原生生物质为原料通过HTC法制备具有广泛用途碳材料的研究进展进行了概述，并就现阶段基于HTC法制备的碳材料在气体液体吸附、磁性碳材料、电池材料等领域的应用进行了分析和展望。     

陕西低碳经济发展路径探析

随着气候变化所带来的一系列问题以及能源资源的制约,低碳经济成为陕西经济新的增长模式,也是人们对社会可持续发展过程中经济增长方式提出的新要求。在分析陕西低碳经济发展的现状及问题,阐述陕西低碳经济发展的现行路径并予以评价,提出了陕西低碳经济发展路径优化调整措施,以促进陕西经济结构的调整和经济发展方式的转变。     

考虑需求侧协同响应的社区综合能源系统低碳经济调度

针对含电-热-冷-气子系统的综合能源系统中潜在的可调度资源,基于能源集线器,构建了包含燃气轮机发电系统、储能、需求侧响应模型在内的社区综合能源管理系统数学模型。该模型根据电、热、冷、气负荷需求特性的不同,分别建立相应需求响应模型。从社区能源运营商的角度出发,以包含系统运行成本和环境成本的系统总成本最低为目标函数,建立社区综合能源系统日前优化调度模型,采用Yalmip工具箱和Cplex求解器对算例进行求解,得到各个设备的最佳出力。仿真结果表明,对比未考虑需求侧协同响应的场景,电、热、冷、气需求侧响应参与调度可以优化负荷曲线,降低系统能耗,减少CO2排放,并使系统经济性达到最优。     

煤基碳负极材料在锂离子电池中的应用研究进展

随着碳达峰、碳中和成为全球共识,电化学储能技术和相关产业得到了飞速发展,与此同时电极材料的需求也与日俱增。因此,如何利用来源广泛、成本低廉的前驱体制备高性能负极材料成为国内外研究的热点。煤炭因具有碳含量高、储量丰富和价格低廉等特点成为最有潜力的负极材料前驱体。近年来,研究者以煤炭为原料制备了无定型碳、石墨、碳纳米管和石墨烯等负极材料,并对其在锂离子电池中的应用进行了深入研究。总结了三类典型的煤基碳负极材料在锂离子电池中应用的研究进展,并对其合成方法、优化改性及电化学性能等方面进行了综述,最后对煤基碳负极材料的发展及应用进行了展望。     

火电厂循环水余热用于MEA溶剂再生节能分析

为提高机组热效率,提出利用吸收式热泵回收循环冷却水余热用于碳捕集MEA溶剂再生过程。对原碳捕集系统和提取循环水余热方案进行了能耗分析对比。结果表明,该机组循环冷却水余热完全可以满足MEA溶液再生所需的低温热量,此方案可有效地回收循环冷却水余热,提高机组运行效率,减少火电机组向大气排放CO2、SO2 、灰尘等污染物,带来一定环境效益。     

增程式燃料电池车经济性与耐久性优化控制策略

为了避免车用燃料电池由于启停变化、功率波动等状态而导致的性能衰退,在能量管理控制策略的开发过程中需要在保证经济性的同时兼顾燃料电池的耐久性。针对该目标,建立了基于改进动态规划算法的增程式燃料电池车经济性与耐久性优化控制策略,将燃料电池的启停状态设为状态变量,在燃料电池的启动和关闭状态之间增加怠速过渡阶段,实现了燃料电池的自适应启停间隔控制;并使用燃料电池性能衰退指数为耐久性代价,整车能耗为经济性代价,构建了经济性与耐久性联合代价函数。进行仿真并与经典动态规划策略对比,结果表明所建立策略的整车能耗比经典动态规划策略升高5.3%,燃料电池的输出功率稳定,启停变化较少,性能衰退程度比经典动态规划策略改善65.5%,有效保证了整车经济性与燃料电池的耐久性。     

电解水制氢技术及其催化剂研究进展

随着社会经济的发展，能源和环境问题日益受到人们的广泛关注。氢能因其能量密度高、绿色无污染、储量丰富、应用广泛等优点，被认为是21世纪理想的清洁能源。电解水制氢是一种清洁的生产技术，在“双碳”的背景下得到蓬勃发展，其关键挑战在于开发高性能的析氢反应（HER）电催化剂，以降低水分解的过电势。详细介绍了目前主流的电解水制氢技术，分析了各技术的自身特性和优劣势，重点总结概括了HER催化剂的研究进展，最后对电解水制氢技术及其催化剂的发展方向进行了展望。