加氢站储氢设施物理爆炸与蒸汽云爆炸的事故后果影响研究

利用中国安科院CASST-QRA 计算分析储氢瓶组、氢长气管拖车发生物理爆炸事故的后果,结果表明,若站内设施依据国家标准给定的防火间距进行建设,死亡半径和多米诺事故的影响将会覆盖加氢机（加注区）、站房、放散管、氢气长管拖车位（储氢瓶组）、氢压缩机区域内设备设施;若依据设计院设计给定的防火间距进行建设,储氢瓶组死亡半径的影响将会覆盖到氢气长管拖车（位）、氢压缩机,而氢气长管拖车（位）死亡半径的影响将会覆盖到储氢瓶组、站房、放散管,多米诺事故影响将会覆盖到氢气长管拖车位或储氢瓶组、氢压缩机,并且都会导致二次事故的发生. 储氢瓶组整体破裂发生蒸汽云爆炸事故的结果为,依据规范和拟建站设计给出的防火距离进行建设均能满足对防火间距的要求.     

Ⅱ型二元氢气水合物相边界条件测定及分解焓计算

针对水合物法储氢存在相平衡数据较少及其分解焓直接实验测定非常困难的问题,在已有的高压可视蓝宝石反应釜中测定了环戊烷/丙酮/叔丁胺/四氢呋喃-水-氢气三组分体系中的水合物相边界条件,并结合Clausius-Clapeyron方程计算确定了4种Ⅱ型二元氢气水合物的分解焓.结果表明:含环戊烷/丙酮/叔丁胺/四氢呋喃的Ⅱ型二元氢气水合物的相平衡压力可降低至纯氢气水合物同温度下相平衡压力的1/10甚至更多.二元氢气水合物的分解焓与添加剂和相平衡温度有关,对于同一种添加剂,随着相平衡温度的升高,所得到的二元氢气水合物分解焓增加.二元氢气水合物相平衡边界和分解焓的测定对进一步研究和开发水合物法储氢技术具有重要价值.     

镁基固态储氢材料研究进展

 镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH₂的热分解放氢焓值高（75 kJ/mol H₂）,造成其放氢温度较高、动力学差; MgH₂的水解过程中,由于常温水解产物Mg（OH）₂逐渐包裹在MgH₂表面,阻隔了MgH₂与水的接触,从而导致水解产氢效率较低。近年来,大量研究工作聚焦于改善MgH₂的热解/水解供氢性能及实际应用,已经取得了大量成果。针对目前国内外镁基固态储氢材料的研发,总结了材料/结构改性、反应条件对镁基储氢材料的热解/水解性能的影响,重点阐述了固态镁基储氢材料组成成分-微观结构-储放氢性能之间的关系,并对镁基储氢系统及实际应用场景进行了归纳。未来通过镁基固态储运氢技术的发展,将实现氢气的高安全、高效及大规模储运,助力中国氢能产业的发展。     

基于NSGA-Ⅱ的二氧化碳氢化反应热力学多目标优化

二氧化碳氢化合成低碳烯烃反应是化学储能技术路径中重要的单元反应,二氧化碳首先与由可再生能源获得的氢气进行化学反应合成低碳烯烃,随后通过齐聚反应将能量储存到清洁燃料中。以二氧化碳氢化合成低碳烯烃反应为研究对象,使用Gibbs自由能最小化方法进行了平衡热力学分析,得到反应温度、反应压力、进料气H₂与CO₂的物质的量比对CO₂平衡转化率、低碳烯烃选择性及平衡组分的影响;基于统计学理论建立了反应参数对CO₂平衡转化率、低碳烯烃选择性和反应系统中H₂O平衡摩尔分数的回归函数模型;最后采用基于快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化方法对反应系统性能进行多目标优化。结果表明：从提高反应系统性能和降低催化剂水解失效风险角度进行的多目标优化与CO₂平衡转化率最大的单目标优化相比,H₂O的平衡摩尔分数从47.2%减少到24.9%;与低碳烯烃选择性最大的单目标优化相比,H₂O的平衡摩尔分数从51.1%减少到18.7%;与H₂O平衡摩尔分数最小的单目标优化相比,CO₂平衡转化率和低碳烯烃选择性从64.9%和8.7%分别提高到72.9%和58.6%。     

Ⅳ复合高压储氢瓶参数化有限元分析（英文）

Ⅳ型复合高压储氢瓶是当前车载储氢应用的主要研究目标,建立了Ⅳ型复合高压氢瓶的参数化建模方法。其次,通过有限元模型进行静态力学分析,得到不同材料不同部位的应力分布结果,在工作压力下最大的等效应力分布位于圆筒和瓶底部之间的过渡部分。研究了碳纤维缠绕角度,缠绕方法和碳纤维弹性模量对碳纤维缠绕层的影响,这三个因素中最重要的是碳纤维层的缠绕顺序,其次是碳纤维的弹性模量和缠绕角度。     

通风压力及泄露位置对燃料电池汽车氢气小孔泄露的影响

对氢气小孔泄露问题进行了理论分析,并利用Simulink和Fluent软件分别对氢气小孔泄露问题进行仿真。结果表明：温度对氢气小孔泄露的影响不显著,而氢气压力和储氢空间对氢气小孔泄漏的影响较大;主动通风可抑制车内氢气泄露;密闭空间内氢气泄露具有泄露点聚集特性,并且受重力影响氢气在高处聚集。     

低温推进剂加注管道流动特性模拟研究

以某航天低温推进剂加注系统为研究对象,按照加注系统实际尺寸建立了低温推进剂真空加注管路三维仿真模型.依据实际加注工序与参数,利用Fluent仿真模拟软件研究了推进剂在不同的进/出口压力下的加注动态特性.模拟结果表明,加注管道进/出口压力对加注效率有直接影响,在出口压力一定时,进口压力越大,加注管道进口速度越大;随着加注过程进行,出口压力逐渐升高,加注管道出口速度变小;管道特性模拟结果和试验结果吻合度较高.该方法可用于加注系统方案的设计及加注工艺参数的优化.     

动态氢气系统的静态分割综合与系统优化

针对炼厂生产工艺参数波动导致的氢气系统动态变化,提出基于氢气系统运行的历史数据进行静态分割综合的优化方法(static partitioning synthesis method,SPSM),建立了以总年度费用最小为目标的数学规划模型。考虑了系统中氢源的氢量和纯度的变化、氢阱需求氢量及氢气纯度范围、氢气压力波动和压缩机选型等因素对动态氢气系统优化的影响。以某炼厂的氢气系统为实例分析阐明了SPSM方法的可行性,并与传统的稳态优化方法进行了对比。SPSM方法考虑了工艺系统参数的波动,优化后导致氢气网络结构趋于复杂。氢气系统结构的复杂性使得氢气系统可适应参数波动,具有较宽的操作窗口。     

铈镍合金的“氢通道”和“氢溢出”效应协同改善氢化镁的储氢性能

氢化镁（MgH₂）因其储氢容量高(7.6wt%)、资源丰富、可逆性好等优势而在能源材料的开发方面得到了越来越多的关注。然而,MgH₂较强的金属–氢键导致其吸放氢反应动力学缓慢、热力学稳定性过高,难以获得广泛的实际应用。本文成功设计并合成了CeNi₅合金,有效改善了MgH₂的储氢性能。研究结果表明,氢化以及湿化学球磨处理后的CeNi₅ 合金呈现片层状结构,MgH₂–CeNi₅复合材料中CeNi₅含量的增加可以有效地降低MgH₂的起始放氢温度。 MgH₂–5wt%CeNi₅复合材料的初始放氢温度为174°C,比纯MgH₂的放氢温度降低了156°C。复合体系在275℃的温度下,10分钟内释放出约6.4wt%的H₂。此外,完全脱氢的样品在175℃的低温下吸收了4.8wt%的H₂,并且吸氢过程的表观活化能从(73.60 ± 1.79)下降到(46.12 ± 7.33) kJ/mol。微观结构分析表明,原位生成的Mg₂Ni/Mg₂NiH₄和CeH_2.73分别展现出“氢通道”和 “氢溢流”效应,从而有效增强了MgH₂–5wt%CeNi₅复合材料的储氢性能。     

沼气水洗技术中解吸工艺对提纯性能的影响分析与优化

以中试规模的25 Nm³/h沼气压力水洗提纯实验系统为基础,耦合填料吸收塔/填料解吸塔和填料吸收塔/旋转解吸床两种工艺,研究解吸工艺对提纯性能的影响以及强化解吸的优化对比。塔/塔系统实验结果表明,当鼓风量Q_a从0增至20 Nm³/h时,吸收塔的分离效率快速上升(产品气CO₂体积分数y₂至3%以下)而后趋向稳定,权衡效率与能耗下Q_a与进气流量G的优化比值在3～4之间。在压力为0.85～1.15 MPa、温度为10～25℃、液气比1∶8～1∶5、进气CO₂体积分数为35%～50%及进气流量为15～30 Nm³/h条件下,分析了解吸对分离性能的影响程度及机理,发现当进水CO₂摩尔分数达0.000 1时相对纯贫液的传质单元数N_OG上升幅度在15.7%～42.8%之间。通过塔/床系统实验得出当转速增至840 r/min时,y₂快速下降至2.02%而后趋向稳定...     

错列距离对被动控制双柱体流致振动特性的影响

针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等多种模态。上游柱体振幅受间距比的影响很小,间距比变化时,最大振动幅值均在约化速度U~*=6时取得。对于下游柱体,振动幅值随间距比大幅变化,尤其是当T=0.6D(D为柱体直径)时。随着来流速度的变化,上下游柱体振幅曲线发生交叉,存在一个临界约化速度U~*_c=7,当U~*U~*_c时,上游柱体振幅低于下游柱体振幅。当T/D0.6、U~*8时,为间隙流主导区。在该区域内,上游柱体脱落的漩涡形成间隙流,附着在下游柱体的表面,使下游柱体的边界层分离提前,柱体振动增强。     

CaCl2的水解反应对固态SiO2显微特征的影响

利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段,并结合热力学理论计算,研究了浸泡在1173 K温度下脱水不完全的CaCl2熔盐中的固态SiO2圆柱样显微特征变化及其原因,初步分析了CaCl2盐的水解反应对固态SiO2电解特性的影响.结果表明,未严格脱水操作的CaCl2盐很容易高温水解,生成的CaO在熔体中的活度只要不低于0.001,即可与SiO2逐级形成CaO·SiO2(CS)、3CaO·2SiO2(C3 S2)和2CaO·SiO2(C2 S)等多种硅酸盐,导致圆柱体外表面的形貌、结构发生较大变化;圆柱体内部渗透进入的熔盐中CaO含量低,形貌变化较小.外表面硅酸盐层的存在使仅内置阴极集流体的固态Si O 2圆柱体电解还原速度减慢和难度增加.     

BLim1/2+(m=6、7)团簇的结构及储氢性能的研究

为开发新型储氢材料提供更为丰富的理论基础,采用B3LYP泛函在6-311++G(d,p)基组水平上对BLi₆⁺超碱团簇和BLi₇²⁺超碱土团簇的稳定性结构、电荷分布等方面进行理论研究,进而研究团簇的储氢性能。结果表明：两个离子团簇均比它们所对应的中性团簇均具有较高的动力学稳定性。两个离子团簇中的每个Li原子同时有效吸附2个氢分子,BLi₆⁺团簇中氢分子在团簇表面平均吸附能为0.969~2.162kCal/mol,储氢质量分数达31.56wt%。而BLi₇⁺团簇中氢分子在团簇表面平均吸附能为1.764~3.714kCal/mol,储氢质量分数达32.21wt%。它们的储氢性能表明BLi₆⁺团簇和BLi₇²⁺团簇均有望成为良好的储氢媒介。     

CNa42+团簇的结构及其储氢性能研究

氢是一种理想的二次能源,它将成为化石燃料最有希望的替代能源之一,也是亟待开发的重要能源。而氢能的储存成本高,危险性大是急需解决的问题。理论上预测CNa_4~(2+)的储氢性能,通过理论分析,发现了每个CNa_4~(2+)团簇最多可与16个H2分子有效结合,获得23.5%的质量储氢密度。在B3LYP理论水平上,H2分子与CNa_4~(2+)团簇的平均相互作用能在2.107～4.948Kcal/mol之间。由于CNa_4~(2+)的质量储氢密度在7.1～23.7wt%之间,符合美国能源部的要求目标(5.5 wt%)。研究结果表明,CNa_4~(2+)在一定环境条件下可逆吸放氢性能良好,可作为潜在的理想高容量储氢材料。     

碱金属锂原子修饰硅原子链团簇的结构和储氢性能

采用密度泛函理论(DFT)方法研究Li2Sim(m=2,4,6)链状团簇结构及其储氢性能。研究结果表明,氢分子在碱金属Li原子修饰的三种硅链结构中均发生吸附,并且每个Li原子都可以吸附多个氢分子,其中两个Li原子修饰Si2链的结构能够吸附氢分子的储氢质量分数达18.6 wt%,氢分子的平均吸附能为1.850 kcal/moL。结果表明,碱金属Li原子修饰的硅链在室温条件下可作为氢气的存储媒介。     

Improvement in hydrogen storage performance of Mg by mechanical grinding with molten salt etching Ti3C2Clx

Mg-based materials are currently a hot research topic as hydrogen storage materials due to their considerable theoretical hydrogen storage capacity. However, the kinetic performance of hydrogen absorption and desorption of Mg is too slow and requires high temperature, which seriously hinders the application of this material. MXene is a new type of two-dimensional material with significant role in improving thermodynamics and kinetics. In this experiment, a two-dimensional layered MXene containing Cl functional group was prepared by molten salt etching using the Ti-containing MAX phase as the raw material. Then different ratios of Ti₃C₂Cl_x were uniformly dispersed onto the surface of Mg by high energy ball milling. The samples were characterized by hydrogen absorption and desorption kinetics, SEM, XRD, XPS, and DSC to investigate the effect of Ti₃C₂Cl_x on the hydrogen absorption and desorption performance of Mg. The onset hydrogen absorption temperature can be reduced to room temperature and the hydrogen release temperature is reduced by 200 ​°C by doping Ti₃C₂Cl_x. And there is also 5.4 ​wt% hydrogen storage in the isothermal hydrogen absorption test at 400 ​°C. The results of DSC demonstrate that the E_a of Mg+15 ​wt% Ti₃C₂Cl_x was reduced by 12.6% compared to pristine Mg. The ΔH is almost invariable. The results of XPS show that the presence of multivalent Ti promotes electron transfer and thus improves the conversion between Mg²⁺/Mg and H⁻/H. This study provides a guideline for further improving the hydrogen absorption and desorption performance of Mg-based hydrogen storage materials.     

Gas-phase hydrogenation influence on defect behavior in titanium-based hydrogen-storage material

Titanium and its alloys are promising materials for hydrogen storage. However, hydrogen penetration accompanies the exploitation of hydrogen storage alloys. In particular, hydrogen penetration and accumulation in titanium alloys changes their mechanical properties. Therefore, the research works of such materials are mainly focused on improving the reversibility of hydrogen absorption-liberation processes, increasing the thermodynamic characteristics of the alloys, and augmenting their hydrogen storage capacity. In the process of hydrogenation-dehydrogenation, the formed defects both significantly reduce hydrogen storage capacity and can also be used to create effective traps for hydrogen. Therefore, the investigation of hydrogen interaction with structural defects in titanium and its alloys is very important. The present work, the hydrogen-induced formation of defects in the alloys of commercially pure titanium under temperature gas-phase hydrogenation(873 K) has studied by positron lifetime spectroscopy and Doppler broadening spectroscopy. Based on the evolution of positron annihilation parameters τ_f, τ_d, their corresponding intensities If, Idand relative changes of parameters S/S_0 and W/W_0, the peculiarities of hydrogen interaction with titanium lattice defects were investigated in a wide range of hydrogen concentrations from 0.8at% to 32.0at%.     

La0.6CexNd0.4-xNi3.0Co0.2Al0.3(x=0~0.4)合金储氢性能研究

采用电弧炉熔炼方法制备La0.6CexNd0.4-xNi3.0Co0.2Al0.3(x=0～0.4)系列合金,并对合金的储氢性能和电化学性能进行测试。测试结果表明,合金在Ce=0时具有最高的电化学容量(284.2mAh/g)和储氢量(0.93wt%)。Ce的添加会降低合金放电容量,但是能够改善合金的循环稳定性能。     

基于等温活塞换热的空气压缩方法

考虑到使用绝热压缩进行压缩空气储能系统过程中,大量的电力转为热量被耗散,提出了一种利用等温活塞吸收压缩空气中的热量,并把热量排出到缸体底部的液体中的方法,建立了等温活塞传热的无因次化数学模型.提出了影响等温活塞换热的量纲一系数K_a和X_u,分析了量纲一系数对等温活塞压缩系统的影响.采用泡沫铝作为构成等温活塞的材料进行了实例计算,结果表明压缩比为7、转速为1 200 r/min时,压缩效率可提高11%.      

考虑供给与负荷转移的虚拟电厂调度策略

虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统,将分布式发电机组、储能系统、可控负荷、 电动汽车等分布式设备聚合优化并协调参与电力市场和电网运行的特殊电厂。 针对现阶段可再生能源产业的风力、光伏并网发电和优先消纳困难等问题,基于虚拟电厂强通信、高聚合的特性,提出了一种考虑供给与负荷转移的虚拟电厂调度策略,以虚拟电厂整体利润最优为目标函数,从供给侧与需求侧同时强化虚拟电厂的调度弹性。 其中供给转移通过储能设备实现,考虑蓄电池储能系统与氢能存储系统同时参与调度,发挥各自储能优势,负荷转移通过柔性负荷实现,并将所有柔性负荷分为短期、中期、长期 3 类来反映实际情况,以柔性负荷的负荷量与最晚调度时间为类别划分依据。 实验结果表明:储能设备及柔性负荷参与虚拟电厂调度,显著提高了虚拟电厂运行的强健性,增强了新能源的消纳水平,实现了“削峰填谷”的效果,并且在经济性上有着良好的表现。