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研究方向

低品位能源利用是一个综合的系统工程,包括技术的研发和系统的集成等方面。其中化石和可再生低品位能源利用中的理论及技术,低品位能源的高能转换,西部特色的分布式能源系统基础科学问题的解决方案等几个方面尤为重要。重点实验室将紧密围绕国家科技发展战略和能源战略、社会发展和国家能源安全面临的重大科学问题,以实现低品位能源高效利用技术和系统为目标,围绕与国家经济建设目标密切相关的低品位能源科学问题开展研究,研究方向主要包括:(1)可再生低品位能源高能转换及利用;(2)化石低品位燃料清洁高效利用技术与理论;(3)低品位余热余能高效利用理论与技术;(4)基于低品位能源利用的多能互补分布式能源系统理论及技术

 

1可再生低品位能源高能转换及利用

       可再生能源主要是指生物质能、太阳能、风能、地热、海洋能等资源量丰富的能源资源,是环境代价小、发展前景明确、争议较少的能源。但可再生能源往往有自然存在形式多样、能量密度低、分布分散、时变特性强、不便于直接利用等问题。尤其对于诸如植物、城市生活垃圾、城市下水道淤泥、动物排泄物、林业和农业废弃物以及某些类型的工业有机废弃物等低品位的生物质能资源,采用合理、高效、清洁的能源转换技术,将其转换为高品位的燃料或合成气,以及进一步进行品质提升,获得高附加值的化工和能源产品,是生物质能源技术实用化的关键。因此,本方向着重解决可再生低品位能源的高能转换理论及利用技术问题等。主要研究内容包括:

①微生物能源转化理论

主要研究微生物能源转化过程中能质传递多尺度强化理论及方法;高效自然模式生物系统过程仿生理论及人工系统构建方法;生物质微生物气化转化及液化转化机理与特性;微生物制氢、沼气发酵、纤维素乙醇发酵等反应器理论及应用;微生物燃料电池。

②可再生能源多能互补分布式能源系统理论及技术

微生物制氢、沼气发酵、纤维素乙醇发酵、微藻能源、微生物燃料电池等反应器理论及应用技术,微生物能源转换与燃料电池集成发电系统技术。微风能发电技术、机制及系统。风能、太阳能、生物能与化石燃料复合发电系统的耦合机制及系统运行特性。沼气发酵综合能源利用集成系统技术。燃煤电厂海藻固碳光生物反应器及能源综合利用集成系统

 

2化石低品位燃料清洁高效利用技术与理论

      由于中国仍以煤为主要的能源消费结构,煤炭生产过程中还产生大量的如煤矸石、煤层气等劣质能源物质。对传统上作为废物处理的劣质能源物质进行高效利用,是调整能源结构和优化能源利用效率的一个非常重要的方面。传统的化石低品位能源物质的利用,为科学研究提出了新挑战,如高效利用的基本理论、利用系统的构建和可行性研究,利用设备的研发等都是亟待解决的问题。本方向着重解决化石低品位一次能源清洁高效利用中的关键理论和相关技术问题及学科发展的要求,重点研究以下内容:

①低品位燃料高效清洁能源化转换机制与动力学理论

基于详细基元反应的低品位燃料燃烧动力学机理与特性;低品位燃料高效低污染燃烧技术;固体燃料热化学能源化转化相关理论;固体劣质燃料气化、液化技术及相关理论;燃料能源化利用中的污染物生成控制特性与机理;新型污染控制理论与技术。煤矸石、劣质煤、油页岩、石煤等低品位固体燃料高效低污染能源化利用机理;低浓度煤层气、矿井乏风等劣质化石气体燃料高效能源化利用机理;醇基燃料、废液等低品位液体燃料的高效转换机制; 低品位气体、液体燃料微尺度燃烧高能转换新机制。

②低品位燃料能源化高效转换与利用方法、技术及系统集成

煤矸石、劣质煤、油页岩、石煤等低品位燃料高效低污染能源化利用系统及技术;低浓度煤层气、矿井乏风等劣质化石气体燃料高效能源化利用系统集成; 醇基燃料、废液等低品位液体燃料能源化利用技术与装置;大型循环流化床锅炉燃烧技术、小型煤矸石循环流化床燃烧技术、二甲醚燃烧气燃烧技术、低品位余热利用技术(流化床灰渣换热技术及系统)、低品位脱硫副产品资源循环利用技术(镁法脱硫副产品循环利用技术)。

 

3低品位余热余能高效利用理论与技术

      本方向着重解决工业生产中低品位余热余能利用问题等。进一步优化能源梯级利用模式、探索新型动力循环及其热力性能与规律,效率高、综合性能较好的运行模式等,同时针对低品位余热余能高效利用及技术应用的需要以及学科发展的要求,重点研究以下内容:

①低品位余热余能高效利用动力循环、工质热物理特性及热经济学理论

低温余热深度利用的新型循环(亚临界有机朗肯循环、超临界有机朗肯循环、三角循环、混合工质循环、卡林娜循环等);先进热力学循环在低温余热利用系统中的应用及低温余热的多利用模式;不同余热温度、循环混合工质的热物理性质、各种循环模式下热力学效率。先进热力学循环工质(纯、混合工质)筛选原则、工质的热物性参数及环境相容性,(纯)混合工质的相平衡特性和相变规律,(纯)混合工质的热动力学行为等,研究(纯)混合工质特性对热功转换循环性能的影响。

热力学不可逆性分布与投资成本间的约束关系及分布规律;不可逆热力学理论及热经济学理论;最优不可逆性在部件间的耦合匹配原则;热经济学理论在低品位余热余能利用上的应用;全面考虑能量利用效率、投资成本、运行经济性等多准则的节能设计评价理论;低品位能源品位、数量、载体成本等与最佳利用模式的对应关系等。

②工业过程余热余能利用技术及集成

工业过程余热余能梯级利用系统方法;工业过程余热余能品位提升技术;低品位乏气高效利用新技术;中低温余热利用中的强化传热技术;中低温热能利用中相变材料的选取及热物性确定;低温余热发电系统参数优化及系统集成。

 

4基于低品位能源利用的多能互补分布式能源系统理论及技术

      分布式能源系统能够合理利用我国丰富的可再生能源,降低经济发展对化石燃料的依赖程度,减少化石燃料使用对环境污染和生态破坏。分布式能源系统是我国大电厂大电网集中式供电系统的重要补充,是提高我国能源综合利用效率的重要手段,对我国能源的可持续发展具有非常重要的意义。本方向主要以解决西部城镇化建设中能源利用问题的决策、组织和管理问题,促进经济、科技、社会的协调发展为目标,以辅助决策为目的,采用定性分析与定量分析相结合的方法,深入开展分布式能源系统集成、能源经济学及能源利用的模拟与仿真等研究。重点研究内容为:

① 合于西部城镇的可持续分布式能源系统的关键基础、热经济学问题

基于可再生能源的多能综合互补利用系统动力学;多尺度实时模拟及控制方法;非线性动态时变系统的建模方法及控制策略;实时仿真及实时/离线协同仿真方法;典型分布复合能源系统的协调控制技术、自适应模糊控制技术与过程反演。

针对可持续分布式能源系统的实际,基于热经济学理论,开展不同运行条件下低品位分布式能源系统的多目标优化和参数分析;拓展热经济学理论在可持续分布式能源系统中的应用研究;建立考虑能量利用效率、投资成本、运行经济性、环境效益等多准则的节能设计评价新理论。

②西部农村及城镇分布式能源系统集成

建立适合西部城镇的基于化石能源/可再生能源互补的分布式冷热电联产系统,研究系统的集成机理和优化理论,研究多能源供给的小型动力技术、基于烟气余热驱动的热泵/制冷/除湿以及蓄能技术;分布式能源中制冷(热)及蓄能技术;分布式燃料电池发电技术;适合于西部农村聚居地基于生物质能的分布式供能系统;农村可再生能源高技能人才培养等。

 



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