贫燃预混燃烧室混氢燃烧性能研究

为加快实现碳中和，传统化石燃料燃气轮机逐步向含氢气燃料转型，因此需要掌握燃料中氢气对燃气轮机燃烧室性能影响，为燃气轮机燃氢化奠定理论基础。本文以国内某型现役低排放燃气轮机燃烧室参数与结构为例，采用氢气甲烷混合燃料燃烧，研究混氢比例对燃烧室性能影响。研究表明：氢气体积占比低于30%时，燃烧室喷嘴无回火；燃料中氢气占比由0增加至30%，燃烧室总压损失升高11%,NOx排放(@15%O₂干基)升高31%，火焰筒上游区域温度略有升高，燃烧效率升高，出口温度场均匀性几乎无变化。     

加速碳中和的能源载体和动力总成技术

由于“巴黎协定”和中国碳中和的气候保护目标及对能源独立的追求，需要加速对节能减排和二氧化碳中和的技术研究与开发。目前，在汽车动力系统的节能减排与碳中和方面，主要有3种发展概念：电池驱动；燃料电池驱动；基于二氧化碳中和的内燃机可持续合成燃料驱动。根据能源使用的生命周期，将效率因素简化归纳为决策因素，在时间上无法反映出减少二氧化碳排放及减少化石能源的需求。与必要的能源供应相比，可再生能源的区域可用性有限，因此须以成本效益优势的方式来解决化石能源大规模替代的技术与基础建设问题。除了直接使用可再生电力外，绿色氢气和衍生的合成燃料可以大大加快化石能源的替代。短期内，合成燃料可以实施到全球的现有车辆上（约12亿辆），并持续增加混合汽油、柴油或天然气的混合比例，直到化石能源完全被绿色的氢气、合成燃料或电力所取代。介绍了氢气动力系统（H₂内燃机和燃料电池动力系统）与合成燃料相关的技术解决方案。     

氨/氢燃料射流点火船用发动机燃烧特性

为突破氨在发动机中的燃烧局限性,促进氨燃料高效快速燃烧,提出了一种利用氢气射流火焰点燃氨燃料的方案。通过向主动式预燃室供给氢气,进气道内预混氨/氢燃料,实现氨在大缸径船用发动机上的稳定高效燃烧。基于数值模拟计算方法,在改进了Otomo氨/氢机理基础上,探究了进气温度、掺混氢气的质量分数和主燃室当量比对氨/氢燃料着火与燃烧特性的影响。研究结果表明,射流火焰可以在主燃烧室形成燃烧所需的热力学环境和高活性热射流。在当量比为0.4、不掺混氢气的条件下,450 K进气温度可以实现氨燃料发动机的稀薄燃烧,在掺混氢气的质量分数较低时,射流点火对火焰发展促进作用更显著;掺混氢气的质量分数提高至10.0%可以使燃烧相位提前18°,但爆震风险增加;在进气温度为320 K和掺混氢气的质量分数为2.5%条件下,主燃室在当量比最小为0.45时可正常着火,但随着更接近理论空燃比的燃烧,指示热效率略有提升,主动预燃室氢射流点火的燃烧模式在实现氨发动机高效快速燃烧方面具有良好的潜力。     

化石燃料环境友好工业路线开发

提出了化石燃料环境友好的工业开发路线。将化石燃料碳氢化合物在一定工艺过程条件转化为H2和CO_2,将CO_2转化为CO_2含量最高的稳定固体产品三嗪醇C_3H_3N_3O_3,部分H_2再进行发电,这是一条化石燃料环境友好的能源工业路线;将二氧化碳封存产品三嗪醇继续合成低碳排放的三嗪类高分子材料是一条化石燃料环境友好的材料工业路线。阐述了化石燃料环境友好工业路线的关键工艺过程,并从能耗及产品应用等方面分析了该路线的优点,该路线从源头上控制了二氧化碳排放,是一条化石燃料环境友好的工业路线。     

氢能发电及其应用前景

氢能发电系统由氢源、燃料电池和电力变换器及其控制系统组成。随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发展和日趋成熟，氢能发电技术即将获得广泛应用，特别是PEMFC发电系统还具有工作温度低，无烟气排放，伪装性能优良，在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。阐述了氢能发电系统的组成及控制系统结构，介绍了燃料电池工作原理、氢气制备方法、储运方式及金属储氢材料的安全性、电力电子变换技术以及氢能发电技术的研究发现状与应用前景。     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的性能与排放

对缸内直喷火花点火发动机燃用天然气氢气混合燃料时的性能与排放进行了试验研究．研究结果表明：在喷射脉宽一定的条件下，当天然气掺氢比例小时，平均有效压力和热效率有所下降，当掺氢比例达到一定值（即氢的体积分数为5％～10％）后，平均有效压力和热效率增加，此现象在稀混合气条件下更加明显，表明天然气掺氢对稀混合气燃烧过程的改善有显著作用；发动机HC和CO2的排放浓度随天然气中掺氢比例的增加而下降，原因是掺氢增加了混合燃料中氢碳的量的比值和混合气过量空气系数；在稀混合气条件下，发动机的NQ的排放浓度随掺氢比的增加而有所降低，CO的排放浓度基本上不随掺氢量的改变而改变。     

科技界声音

正洁净能源技术是国家能源结构变革的关键,要大力发展煤炭、石油、天然气和非常规油气融合转化利用新路线和新技术,实现化石资源清洁高效转化利用;突破可再生能源规模利用能源转化及综合利用等关键技术,实现可再生能源大规模洁净利用;要大力布局先进核聚变和核裂变的技术研究,实现化石能源、可再生能源和核能互补,构成中国能源未     

甲醇合成影响因素与催化剂的失活问题研究

甲醇是一种基本有机化工产品和环保动力燃料,广泛应用于有机合成、燃料、医药、涂料和国防工业等领域。由二氧化碳与氢气合成甲醇不仅能实现工业生产中碳源的循环利用,减少二氧化碳排放,而且能解决化工和能源领域对甲醇的需求。而实现这一过程的关键技术是高效催化剂的开发。     

2050年我国低碳能源系统的形态、特征描绘和敏感性分析

碳达峰、碳中和目标将加速我国能源系统的低碳转型。为促进全社会的协同行动,需要一个未来低碳能源系统的清晰、完整图景来提供前瞻性引导。而目前,未来低碳能源系统的形态、特征以及敏感性因素尚研究不足。该文发展了一套能源-物质流耦合及敏感性分析方法,建立了2050年低碳能源系统的计量基础,描绘了其整体能源流向和二氧化碳排放源、汇的关系,并分析了其主要组成部分的结构和效率一旦发生变化对二氧化碳排放总量的影响。结果表明,未来低碳能源系统可能将呈现非化石能源为主的一次能源结构和发电结构以及高比例终端电力占比等基本形态,并可能具有电力部门负排放、工业部门排放最大等基本碳排放特征。该系统的碳排放总量对工业部门的电力占比和化石能源发电的效率变化最为敏感,其次是风电占比提高、更多煤电安装碳捕获和封存(carbon capture and sequestration, CCS)及化石能源发电的余热利用等。为此,该文建议严格控制化石能源的终端直接利用,加速电力部门低碳进程,加强探索难减排部门的低碳路径和非化石非电利用,以及大力建设智慧能源系统来保障多能互补。     

氢能将取代石油?--走向"氢经济"时代

当前,人类面临着巨大的能源压力。传统的能源(主要是不可再生的化石燃料)正日趋枯竭,而且化石燃料燃烧后排放的废气造成严重的空气污染,甚至加速了气候变化,因此寻找新的替代能源迫在眉睫。早在19世纪法国科幻小说鼻祖凡尔纳的小说中,预想家们就预言,有朝一日社会将通过以氢为基础的能源而被彻底改造。这种重量很轻的气体是宇宙中最丰富的元素,氢能作为最洁净、高效的新能源,已经引起全世界的广泛关注。各国都加快了对“氢能”的研究,一种以氢能源为基础的“氢经济”开始展露在人们面前。     

煤炭地下气化与制氢:技术集成与工艺耦合法

为了寻求清洁能源。充分利用煤炭资源，采用煤炭地下气化技术，通过应用膜分离法及PSA相结合方法来提高煤炭地下气化煤气中氢气质量分数。对于浓度低的，先用膜分离使其“提浓”，再进行PSA吸附，使其“提纯”。会得到高纯度氢气，同时其成本远远低于其他提氢方法。结果表明。煤炭地下气化方式制氢气是化石燃料制氢气的有效途径之一。     

基于氢气/柴油RCCI燃烧的热效率与损失联合优化

随着石油资源的匮乏、排放法规的日益严苛以及碳达峰、碳中和目标的提出，内燃机急需实现高效清洁燃烧，所以可再生无碳清洁燃料氢气与高效低排放燃烧模式反应活性控制压燃(RCCI)逐渐成为研究热点.通过将KIVA-3V程序与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)耦合，对氢气/柴油RCCI燃烧进行了参数优化，以实现等效指示燃油消耗率(EISFC)与■损失的最小化，确定了不同初始参数对■损失的影响规律及作用机理.结果表明，由于等效指示燃油消耗率随着燃烧温度非单调性变化，等效指示燃油消耗率和■损失之间呈现明显的此消彼长关系，所以很难同时实现等效指示燃油消耗率和■损失的最小化.基于化学反应路径、燃烧温度与燃烧持续期对■损失的影响，提高预混能量比与柴油第一次喷射比例可以有效降低■损失.     

蓝藻氢代谢相关酶的研究进展

化石能源的不可再生性以及其对环境的影响,使得探索新能源代替传统能源尤为重要.氢气具高效、环保、可再生的特性,是一种理想的能源.相比许多其它氢气制备方法,生物产氢不仅可以大规模、低成本,而且可减少环境污染,节约不可再生资源,因而越来越受到瞩目.蓝藻是一类良好的生物制氢材料,其氢代谢由固氮酶和氢化酶共同完成.固氮酶复合体由固氮还原酶和固氮酶组成,氢气是固氮过程中的副产物,可以被吸收氢化酶氧化.双向氢化酶既可以吸收氢也可以释放氢气.研究这两类酶的分子生物学特性,对生物产氢的发展有重大意义.     

天然气掺氢火花点火发动机性能与排放研究

在一台燃用CNG／H2混合燃料的火花点火发动机上，开发了一个电子控制单元（ECU）来控制发动机点火提前角和混合气浓度，并研究了不同掺氢比（氢气的体积分数分别为0%、10％、20％和26％）对发动机性能和排放的影响．研究结果表明：天然气掺氢后发动机功率和有效热效率有所降低；在相同过量空气系数下，随着掺氢比的增加，发动机的最佳点火提前角推迟，HC、CO2排放得到降低，NOx排放有所增加．掺氢后可以提高发动机的稀燃极限，在稀燃下可以得到较低的HC、CO、CO2和NOx排放。     

利用废弃物发酵制备生物氢气研究现状与发展前景

氢气被公认为一种未来的替代能源,它具有能量转化率高,燃烧无污染,可以循环利用等特性。随着世界范围内能源危机的加剧,氢气必将成为化石燃料的最终替代品。利用废气物发酵制氢,不仅能有效的处理污染物缓解环境压力,而且能够得到清洁的氢气能源,因此具有良好的发展潜力。文章总结了目前国内外利用废弃物生物发酵产氢研究进展,并对其发展前景进行展望。     

氢气的低温制备和存储

氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源,被公认为最有可能取代现有的煤炭和石油体系作为未来全球经济的能源基础。尤其是将氢气与质子交换膜燃料电池(PEMFCs)联用,将氢气的化学能高效转化为电能,用于航空航天、交通运输以及其他固定和移动能量提供体系中。但是氢气化学性质活泼,氢气的储存和输运成为氢燃料电池应用乃至整个氢能源体系的瓶颈。一种有效解决上述难题的方法是将氢气存储于高的氢质量含量液体燃料如甲醇中,在需要时通过水和甲醇的液相重整反应,原位释放氢气供燃料电池使用,而这一过程能够实现的关键在于高效甲醇水重整催化剂的开发。为克服这一难题,本研究团队有目的性的设计合成了一种铂—碳化钼双功能催化剂,在190℃时,催化产氢速率高达18,046 mol_(H2)/(mol_(Pt)×h),活性较传统铂基催化剂提升了两个数量级。该研究成果为氢气的低温制备、高效存储运输以及燃料电池的原位供氢提供了全新的思路。     

金属有机框架基材料电解水制氢研究进展

化石燃料的应用带来了温室效应等环境问题。氢能源被认为是代替化石燃料的清洁能源之一。电解水制氢对环境不产生二次污染,因此,探索用于析氢反应的高效电催化剂是人类积极面对的课题。金属有机框架(Metal Organic Framework,MOF)基材料在电解水过程中具有良好的催化性能,有望代替贵金属电极。着重综述了MOF基材料的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)性能,总结分析了当前设计此类MOF基电极材料的新思想。     

CO2减排情景下中国能源发展若干问题

全球应对气候变化对中国社会经济发展带来越来越大的压力。按中国目前大力推进节能和优化能源结构的战略,到2020年能源消费和相应CO2排放仍会有较快增长,其后尽管增长速度放缓,但2050年前尚不能实现CO2排放的零增长。如果采取强力措施力图到2030年左右实现CO2排放零增长,并考虑改善国家能源安全,降低石油供应的对外依存度,除超常规发展低碳能源供应技术外,尚需大力发展与清洁煤发电相结合的碳埋存技术和煤基液态燃料,但这将降低能源系统的效率并导致能源总需求量的上升,同时也会大幅提高能源供应系统的成本。面对日益紧迫的全球减排温室气体形势,中国需要对外努力争取合理的碳排放空间,对内则应积极应对,大力推进能源领域的技术创新,尽快形成核能、风能、生物质发电和纤维素乙醇等低碳能源技术的大规模产业化的体系,为全球减缓温室气体排放做出积极贡献。     

湍流热伴流中氢气与乙炔射流自着火实验

氢燃料燃气轮机是碳中和目标下氢燃料发电的关键设备,因此探究湍流热伴流中氢气自着火特征以及与碳氢燃料间的差异具有重要意义。该文采用湍流热伴流自着火实验系统,通过获取火焰图像和OH自由基分布,对比分析了氢气和乙炔在自着火类型、结构等方面的差异。结果表明：受氢气的高扩散系数和高火焰传播速度影响,氢气随机着火分布区域较紧凑,OH自由基分布较连续,同时难以观测到独立自着火核。此外,相较于乙炔,氢气自着火抬升高度对燃料射流速度敏感性较低,自着火位置波动性较弱。基于氢气射流自着火特征,该文还改进了自着火抬升高度预测模型,并证明了火焰传播在氢气射流自着火火焰稳定方面的重要作用。     

多金属氧酸盐修饰的TiO2纳米线用于增强光电催化氧析出

通过光电催化水分解产生高能氢气可以将太阳能转换为化学能,解决近年来由于化石能源滥用带来的环境污染和能源短缺问题,而且开发新型光电催化先进材料,提高水分解产氢效率和太阳能的转换效率是实现氢能源工业化应用的必要基础.本文研究多金属氧酸盐(POM)负载的TiO2纳米线复合电极材料,结果表明:POM的加入可提升TiO2自身载流...