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。     

通向氢能经济的桥梁——从"浅氢"到"全氢"

氢能是各国看好的未来能源,全世界已投入百亿美元用于氢能应用的开发.人们对高效清洁地利用氢能的燃料电池技术格外看好,但由于技术难题,燃料电池进展不尽如人意.我国是发展中国家,如何根据自己的国力与国情发展氢能是值得认真研究的大问题.既不能现在弃氢能而不顾,这会丧失将来的战略地位.也不能盲目和发达国家攀比,在不适当的时机、不适当的方向浪费有限的资源.建议我国发展氢能战略应是从"浅氢"到"全氢",是指在现阶段,从氢在混合燃料中的含量比例较低(即浅氢),逐步过渡到全氢燃料(即全氢).     

低碳城市水资源回收中心升级为绿色加气站与加电站评估

本研究考虑2种情境提升原有都市水资源回收中心为绿色加气站,设置"绿色加气站"(含"甲烷供应系统"及"绿色氢供应系统")与"绿色加电站".故变更本水资源处理流程,分2种构想.构想1,将园区周边高浓度有机废水做为本处理厂水来源之一,或采用高低浓度废水分流收集方式,废水处理系统则采用两相式厌氧处理系统,以废水及污泥产制氢气及甲烷气成为气态生质能源.构想2,于现有规划设计增设新型有机污泥处理设施,包含高温好氧消化系统及甲烷化系统,可以直接生产甲烷气.另外,可于场址顶部设计太阳能丛林,产生之电力直接供应园区用电,或将处理出流水电解产生氢气燃料.本研究以污水处理量18 000CMD计算可产生之气体燃料,并换算至现有压缩天然气(CNG)公交车、电动车以及氢能汽车所需气体燃料量进行效益分析,若废水处理流程更改为构想1,每日所产生之氢气可供应250部氢能车使用,同时产生的甲烷气体可供应50部CNG公交车使用,若氢气透过燃料电池发电可供应378车次的电动车充电,但此方案必须导入园区周边的高浓度有机废水,将废水COD浓度提高至5g/L才能有效实行.构想2,在不更动现有的水资源回收处理程序设计下,仅在程序中增加有机污泥能源化系统,每日产制出的甲烷气体可供应20部CNG公交车使用,并降低系统污泥产生量达80%,不仅可达到能源回收的目的亦可降低污泥处置成本.最后若于水资源处理中心建物顶端设置太阳能板丛林,所产生的电力可供应园区使用,或可提供电动车加电站使用,每日可补充22车次的电动车.透过设置放流水电解系统,每日可供应7部氢能车使用;设置太阳能发电及电解系统,不仅可提升水回收比例,更具有展示及美化功能.     

考虑阶梯碳交易机制的含混氢天然气综合能源系统容量配置

针对综合能源系统的低碳排放要求与负荷需求特点,提出一种考虑阶梯碳交易机制和混氢天然气的综合能源容量配置方法。首先,为缓解风光能源出力波动性建立以氢气储能为媒介的氢能系统,再考虑氢能对天然气的替代作用,创建由氢储能与液化天然气构造混氢天然气的综合能源系统架构;然后,引入阶梯碳交易机制约束系统碳排放;最后,以包含运行成本和年化投资成本的年投资总成本为目标函数,进行容量配置优化。算例仿真结果验证了所提模型和策略能有效降低碳排放和年投资总成本,对综合能源配置具有重要参考价值。     

关于车用压缩氢气加气机测量结果的不确定度评定

氢能作为一种清洁能源,被认为是21世纪最具发展潜力的能源之一,具有零排放、来源多、应用广等优点,主要发达国家均把发展氢能作为未来新能源技术创新的重大战略方向.以氢能为动力来源的燃料电池技术目前已经成为全球能源技术发展的方向.随着新能源汽车的发展,新能源汽车逐步融入普通大众的生活,目前,氢燃料汽车已广泛的应用于城市公交领...     

加强氢能系统技术的创新研发,加速氢能经济商业化

根据最新氢能形势的发展,作者提出了加速发展氢能商业化的几项建议,进一步宣传发展氢能的迫切性,重要性,如抓紧氢能基础建设的研讨和准备工作,在贮氢技术方面,仍需以创新精神研发新型贮氢材料和技术,燃料电池技术,进一步降低成本,要充分利用可再生能源,如风能,生物质能等.开发氢能应用新产品,如日本计划开发以家庭备用小电站(1 kW左右)电动自行车等,都很值得考虑,总之,要想方设法,加快社会能接受氢能.     

一种应用于氢能产业一体化的新型多功能盐穴储氢库

为实现“双碳”目标,解决氢能大规模储存难题,结合我国氢能发展趋势,首次提出了包含盐穴储氢库的三种发展情景下的氢能“制-储-用”一体化方案：①情景一为盐穴储存绿氢,用以燃料电池及炼钢炼铁领域的应用;②情景二为盐穴储存绿氢及CO2-O2混合气体,用于地面合成甲烷及甲烷富氧燃烧发电;③情景三为盐穴储存合成甲烷,用以除发电以外的其他用途。从盐穴储氢库全生命周期的角度,分析了储氢库在三种发展情景下的作用,首次提出了多功能储氢库的概念：可起到废电利用、电力平衡、氢能安全高效储存、CO2减排等多项作用。以昆明市安宁盐矿及云南省为例,结合云南省水电为主的电力结构,分析了多功能盐穴储氢库在情景一、二中的建设需求：①情景一,采用绿氢直接炼钢炼铁工艺,需电解绿氢约60万吨,配套多功能盐穴储氢库总气量1.3亿m3,可实现昆钢减排1307吨;②情景二,针对云南未来电力季节性缺额问题,假设甲烷富氧发电厂提供半年枯期电力,装机200MW,仅需建设多功能盐穴储氢库总库容478万m3,可消纳水电5.34亿度,提供枯期发电量2.88亿度。     

科研快讯

正我校李文尧副教授带领的先进储能与传感材料团队在国内主办的中科院一区期刊Green EnergyEnvironment上发表了以"Realizing optimal hydrogen evolution reaction properties via tuning phosphorous and transition metal interactions"为题的研究成果.20世纪以来,国内经济的快速发展和能源消耗,迫切需要大力发展清洁可再生的清洁能源推动未来经济发展,氢能作为一种可再生能源,成为未来能源发展的重要角色之一.电解水析氢是氢能获取的主要途径,在这项研究工作中,该团队利用过渡金属掺杂和调控策略合成一种Co-Mo-P化合物(非均相Cox Mo1-x P纳米阵列),发现通过掺杂形成的包含两种掺杂的化合物的金属磷化物和金属氧化物的纳米片层,以不完全磷化的状态和掺杂的氧化物共存的形式能有效提升电催化剂析氢能力,同时可通过调控不同金属的掺杂比例来优化催化性能.发现Co、     

浙江省氢燃料电池汽车产业发展问题研究

浙江省已初步形成氢能整车及零部件、氢能"供储运"为核心的氢燃料电池汽车产业链,但是关键核心技术、加氢基础设施、工作协同推进、示范应用推广等领域仍存在发展瓶颈.为此,本文立足浙江实际,坚持问题导向和成效导向,提出布局示范应用、开展技术攻关、培育重点企业、推动产业链招商、布局加氢站建设和健全政策体系六大路径,以期促进浙江省...     

大规模可再生能源电解水制氢合成氨关键技术与应用研究进展

新能源的快速发展为电力和化工行业带来了机遇和挑战，一方面，由于可再生能源电力消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费，另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。因此，利用水力、光伏等可再生能源电解水制氢，为合成氨提供绿色原料，可显著提升可再生能源消纳能力，降低能耗与碳排放，服务国家“碳达峰、碳中和”目标。然而，可再生能源电力电量的波动性难以适配传统合成氨生产过程的平稳性要求，大规模可再生能源电解水制氢合成氨的设计与运行依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究突破适应可再生能源波动特性的大规模电解水制氢合成氨系统的集成与调控关键技术。对此，本文首先对可再生能源电解水制氢合成氨的工艺组成及过程进行介绍，包括电解水制氢工段、压缩缓冲工段、化工合成氨工段，进而提出该系统建设的关键技术体系，包括可再生能源波动条件下的合成氨工艺流程优化和柔性调控技术、考虑“电-热-质”耦合的大规模电解水制氢系统的模块化集成和集群动态控制技术、计及可再生能源波动性与化工多稳态特性的“源-网-氢-氨”的全系统协同控制技术、计及电、氢、氨等要素的全方位安全防护与市场运营机制。针对适用于柔性生产的合成氨工艺优化及多工段协同调控技术，在考虑氢储供量与催化剂性能下，综合合成塔、压缩机、气体分离、换热网络等子系统开发了合成氨高保真代理模型；研究了可再生能源供给和市场需求波动下，充分考虑操作安全性和过程经济性的电解水制氢合成氨各子系统的适配方案与协同控制技术。针对大规模电制水制氢系统模块化集成和集群动态控制技术，基于奇异摄动和代理模型技术研究了集群系统多时间尺度时域仿真方法，建立了电解集群系统多物理耦合状态空间模型；综合考虑了模块启停组合调度、模块间功率分配调度及模块自身灵活调节，计及安全运行区间及电热气接口特性约束，以提高氢产量、提升能量利用效率、改善水光电源消纳和跟踪电网调峰调频指令为目标，构建了集群系统多目标分层调度与控制模型。针对氢能参与电网的全系统协同控制技术，研究了水光互补发电、电制氢、储氢、合成氨、储氨多工段间稳态运行特性的多工段间灵活运行方法，以及电制氢合成氨系统柔性动态协同控制方法；综合采用了静态等值和参数聚合等方法降维和等值电制氢合成氨系统仿真模型，研究了源网氢氨协同提升系统安全稳定性的优化控制方法和技术指标；结合电网调频和调峰特性，研究了电制氢合成氨系统参与电力辅助服务的策略。建设大规模可再生能源电解水制氢合成氨系统，提高可再生能源本地消纳率和并网调度友好性，降低化工碳排放，具有显著社会效益和战略意义。