低CO2排放的太阳能/甲醇互补系统热力经济性分析

基于品位匹配和多能源综合梯级利用的原则,本文提出了低CO₂排放的太阳能与化石能源互补发电系统LESOLCC,并对其进行了热力经济性能分析。所提系统以甲醇为燃料,中低温太阳能首先提供甲醇重整反应的反应热,从而转化为富氢合成气的化学能,实现品位提升;其次通过燃烧前对CO₂的捕集,实现燃料的清洁燃烧,最终在高效联合循环中实现其热功转换。结果表明:基本工况下,系统当量效率达到55.1%,比投资为833$/kW,发电成本为0.124$/kWh,回收期17年;与相同化石燃料输入及CO₂捕集水平的尾气捕集CO₂的常规燃气-蒸汽联合循环（CC-Post）相比,发电成本下降了10.1%,充分显示其优越性。     

跨季节土壤蓄冷过冷商超CO2制冷系统性能分析

本文针对商超冷冻冷藏系统节能降碳的需求,提出了跨季节土壤蓄冷过冷商超CO₂制冷系统,通过将冬季的冷能存储于土壤,夏季提取出来用于对气体冷却器出口的流体进行过冷,以改善高环境温度下CO₂制冷系统的性能。基于土壤蓄/释冷系统的热阻–热容模型,建立跨季节土壤蓄冷过冷商超CO₂制冷系统的动态仿真模型,选取北京与哈尔滨作为典型城市,对土壤蓄/释冷系统的温度场进行分析,并进一步对系统热力学性能和能效进行分析。结果表明城市气候对系统蓄/释冷模式影响显著,在环境温度较高的地区采用跨季节土壤蓄冷过冷技术时系统具有更高的过冷度和排气压力,并且系统能效提升更加显著,北京和哈尔滨在典型周内平均COP提升率分别为8.97%和8.33%。     

新型CO2近零排放中低温太阳能化石能源互补系统研究

本文提出了新的CO₂近零排放中低温太阳能化石能源互补系统（ZE-SOLRGT）并对其进行了热力性能分析。该系统在SOLRGT系统基础上引入纯氧燃烧,构成以水为工质的准联合循环。中低温太阳能集热与水蒸发过程相集成,改善了换热匹配,增大了工质流量,提高了输出功与热效率;并通过热化学反应品位得以提升,最终借由燃机循环实现高效热功转换。系统以低能耗实现了CO₂近零排放。研究表明ZF-SOLRGT相对SOLRGT尾气排放（火用）损减少了50.5%,热效率提高了3.6%,实现了CO₂分离与能源高效利用的一体化集成。     

跨临界CO2热泵循环能效、经济性与环境性分析

为研究不同循环初始投资成本、生命周期成本及环境影响因子的区别,以及不同循环在不同运行工况下的性能。建立单级CO₂热泵循环(SSHP)、带回热器的单级CO₂热泵循环(SSICHP)、双级CO₂热泵循环(TSHP)、带回热器的双级CO₂热泵循环(TSICHP)的热力学、经济性和环境性模型,并建立多目标综合评价体系。结果表明：SSICHP、TSHP、TSICHP的热力学性能及环境影响因子较SSHP有所提升,双级压缩的能效比较单级压缩提高15%以上,但初始投资成本增加;在SSHP和TSHP中加入回热器后,初始投资成本分别降低2%、6.6%,生命周期成本分别降低5%、11.2%;SSICHP的经济性较好,TSICHP的能效比及环境性较好。     

采用自然工质的冰场制冷系统性能分析

制冷系统在冰场建筑节能与环保方面有着巨大的潜力。以哈尔滨、北京和广州三城市为例,从热力学性能、运行能耗、经济性以及碳排放四个方面对采用CO₂和NH₃两种自然工质的冰场制冷系统性能进行了分析。结果表明：当室外温度在5℃以下时,CO₂制冷系统的COP高于NH₃制冷系统,双级CO₂系统相对NH₃-CO₂系统和NH₃-CaCl₂系统分别提高12%和25.1%;当室外温度在5—20℃时,CO₂系统和NH₃系统COP相接近;当室外温度高于20℃时,CO₂系统COP相对NH₃系统低46%左右。相对CaCl₂作为载冷剂,CO₂作为载冷剂可减少90%以上的载冷剂泵功。在三个城市的气候条件下,NH₃-CaCl₂系统的初投资最低,NH     

新型燃煤发电-CO2捕获-供热一体化系统

本文在深入分析燃煤电站CO₂捕获和汽水系统热平衡的基础上,提出一种新型燃煤发电-CO₂捕获-供热一体化系统。该系统通过汽水流程、碳捕获流程及地暖供热流程的有效集成,实现了系统中、低温余热的高效利用,降低了碳捕获对电厂效率的影响。分析结果显示,本文提出的一体化系统,在CO₂回收率90%时,供电效率可达31.32%,供电效率降低8.96%,而传统化学吸收法碳捕获电站效率惩罚普遍在10～12个百分点或更高。同时,该系统可供热350 MW,全厂（火用）效率达34.49%,全厂热效率高达55.88%;该系统以较少的能耗代价实现高效供电、供热与CO₂减排,为燃煤发电机组碳减排提供了独特的学术思路与技术方案。     

大气气溶胶对远红外窗口辐射致冷的影响

本文针对CO₂减排,讨论了辐射致冷理论的相关问题。由于高层大气或外宇宙空间温度极低,可以此作为冷源,利用8～13μm的大气远红外窗口进行辐射散热,以降低能源消耗和CO₂的排放,削弱温室效应。在量化分析过程中,大气中气体辐射特性与气溶胶粒子辐射特性对其散热效果起到决定性作用。本文对0.2～20μm波段的辐射通过大气层时,由于气溶胶粒子散射和吸收造成的衰减进行了米氏散射模型计算,验证了8～13μm大气远红外窗口在辐射致冷中的关键作用,并针对辐射致冷理论应用于CO₂减排进行了相关理论性分析。     

正弦交流电压驱动低气压CO2放电特性的对比:DBD结构与裸电极结构

火星大气富含CO₂(～95%),对其原位利用具有重要的科学和经济价值.高压放电转化CO₂具有绿色环保、可控程度高、使用寿命长等优势,在火星CO₂资源原位转化利用方面具有应用潜力.本文模拟火星低气压条件下CO₂氛围,针对kHz交流电压驱动两种典型电极结构(有/无阻挡介质)的放电特性开展对比实验研究,并辅以数值仿真分析两种电极结构下CO₂放电产物及其转化途径.结果表明,引入阻挡介质后,由于介质表面累积电荷和空间电荷畸变电场导致放电从半周期单次放电转变为多脉冲放电,不同放电脉冲对应的放电通道随机产生.主要放电产物中,CO依赖阴极位降区边界处电子与CO₂附着分解反应产生,O₂大部分产生于瞬时阳极表面或瞬时阳极侧介质表面电子与CO₂~+复合分解反应.进一步发现,介质引入不改变二者产生位置和主导反应路径,但会降低阴极位降区边界处电子密度和电子温度,使CO产量有所减少;并降低放电功率,使到达瞬时阳极表面和瞬时阳极侧介质表面的C...     

黄土高原半干旱区地表能量不闭合及其对二氧化碳通量的影响

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University, SACOL) 2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况. 不同季节, 白天总体能量平衡比率在0.80左右. 夜间只有0.20左右. 选取不存在局地环流的资料, 考虑土壤热存储和垂直感热平流后, 白天能量平衡比率在85%以上, 春夏秋三季夜间也达到70%, 但冬季夜间能量闭合度仅为29.4%. 白天, 涡动相关系统对湍流热量通量观测的偏差存在季节差异, 冬季低估最多, 秋季次之, 春夏季观测相对较理想; 夜间, 涡动相关系统对湍流热通量严重低估. 湍流热量通量的低估通过空气密度效应修正传递对CO₂通量产生影响, 造成长期净碳交换的不确定性. WPL修正引入的湍流热量误差导致涡动相关系统错误地高估下垫面吸收存储CO₂能力, 全年NEE估计偏高41.2%. 关键词： 黄土高原 涡动相关 能量闭合 密度效应修正     

跨临界CO2热泵空调系统仿真优化研究

为了研究跨临界CO₂热泵空调系统在不同工况下的制热性能,应用MATLAB软件,对带回热器的跨临界CO₂系统进行仿真研究。针对系统内排气压力P_cond、蒸发温度T_evp、气冷器排气温度T_out、过热度ΔT等因素,探究其对系统制热COP的影响。研究结果表明：T_evp、ΔT每升高1℃,系统COP分别上升5%～7%、0.1%～1.3%;T_out每增加1℃,系统COP降低0.17～0.04。通过仿真研究得出,跨临界CO₂系统的最优排气压力P_cond＿opt,并拟合得到其计算关联式。     

CO＿2地质封存中重力对气水两相流动特性影响研究

CO₂地质封存技术是缓解温室气体排放的一种有效手段,亚岩心尺度CO₂-水在多孔介质内的流动实验对阐明CO₂地质封存中的残余捕集过程的封存潜力预测具有重要意义。本文利用高压微流控芯片在毛细管数为2.37×10^-5条件下进行了CO₂驱替纯水的实验,以研究重力对气水两相流动的影响。实时采集到了两相在非均质孔隙内的分布形态和流动特点,进一步的对CO₂饱和度进行了量化和评估了CO₂的封存容量,阐明了重力对CO₂残余捕集过程的影响。     

水合物法低温封存CO2技术及生成动力学研究进展

基于气体水合物技术低温封存CO₂是目前最具前景的CO₂封存技术之一,该技术对于实现国家双碳战略目标具有积极意义。通过介绍典型水合物结构的详细信息,从水合物法封存CO₂技术、纯水与多孔介质体系CO₂水合物生成动力学方面进行详细综述,分析了水合物生成过程中诱导时间、生成速率、水合物饱和度等参数的规律,以及CO₂水合物生成机理和生成动力学特性实验研究进展。提出了现阶段CO₂水合物生成动力学研究的关键问题应从考虑CO₂水合物生成空间差异性等方面进行突破的建议。研究结论可以为水合物法封存CO₂技术的工程应用提供理论指导和技术支持。     

O2/CO2气氛下循环流化床煤燃烧SO2排放

在热输入功率50 kW的循环流化床O₂/CO₂燃烧试验装置上研究燃煤SO₂排放特性及石灰石脱硫机理。结果发现,未添加石灰石时,O₂/CO₂气氛下SO₂排放量比相同O₂浓度的空气气氛下低;随着O₂浓度的升高,排放量升高。相同钙硫摩尔比下,O₂/CO₂气氛下石灰石的脱硫机理以直接脱硫为主,脱硫效率比空气气氛下高;随着O₂浓度的增加,石灰石脱硫效率提高。     

基于密度泛函理论的CO2吸附微观机理比较研究

为探究吸附法捕获CO₂过程中的微观机理和吸附剂材料间的作用关系,基于密度泛函理论方法,综合比较了典型吸附剂包括煤基官能团、Fe、限域离子液体、Na₂CO₃、SrTiO₃与CO₂的吸附过程和差异性.根据不同计算策略,着重分析比较了吸附能、结构优化参数、吸附构型以及原子分布等参数.结果表明,化学吸附中CO₂分子与吸附面呈平行关系时通常吸附能最大;在一种材料的同类型官能团中,吸附能大小与氧原子的数量呈正相关关系;吸附过程中C-O键的伸长活化会生成一种重要的中间产物CO₂^-.提出在探寻CO₂吸附材料时可以在含氧原子较多的官能团、活性金属表面等方面进一步探究.最后对基于密度泛函理论的CO₂的吸附机理的进一步研究方向进行了展望.     

CO2在气体水合物结构特性的固体核磁共振波谱与拉曼光谱实验研究

天然气水合物是蕴含着巨大能源潜力的非常规能源,2017年和2020年两次我国南海探索性试采的成功,加快了天然气水合物项目的进展。二氧化碳置换开采法,既能开发CH₄,又能封存CO₂。同时水合物法分离烟气中CO₂具有很好的应用前景,而CO₂在气体水合物的微观结构和特性尚不明确,实际应用存在一定的未知影响。为了考察其特性,利用13C固体核磁技术（NMR）和拉曼光谱（Raman）进行CO₂置换CH₄水合物、合成13CO₂-H₂-CP混合水合物实验表征,讨论CO₂在水合物中的定量问题,研究CO₂分子在笼型结构中的分布,探讨CO₂分子在气体水合物中的结构类型和特性。结果表明：（1）利用Raman费米低频共振1 277.5 cm-1峰积分得到CO₂在I型大笼（51262笼）的占有率为0.978 2,CH₄在Ⅰ型小笼（512笼）和大笼（51262笼）的占有率为0.059 3和0.009 5,水合数7.61,Raman费米高频共振1 381.3 m-1峰积分得到CO₂在51262笼的占有率为0.984 3,CH₄在512笼和51262笼的占有率为0.023 7和0.003 3,水合数7.70,CO₂几乎占满了大笼,CO₂气体的加入会导致水合物中,CH₄的大、小笼占有率均大幅度降低,置换后水合数略低于纯甲烷水合物,未标记的CO₂水合物在核磁中较难测出信号,CO₂气体置换后CH₄在小笼的占有率仅0.097 5,大笼占有率为0.317 2,两种方法差异主要原因为核磁的CO₂未出峰。（2）利用拉曼费米低频共振1 273.4 cm-1峰积分得到H₂、CO₂在512笼、CP在51262的占有率分别为0.124 8,0.304 2和0.997 8,水合数9.16;Raman费米高频共振1 380.6 cm-1峰积分得到H₂、CO₂在512笼、CP在51262的占有率分别为0.123 6,0.577 1和0.985 1,水合数7.12。13C标记CO₂分子在水合物中达到较好的固体核磁分辨率,首次确认CO₂在Ⅱ型小笼中的化学位移为124.8 ppm,计算得到CO₂的小笼占有率为0.783 1,CP的大笼占有率为0.971 8,水合数6.70,Raman高频频费米共振峰（1 380.6 cm-1）定量计算与13C NMR结果更接近。（3）对CO₂的13C NMR化学位移进行了归属,并结合Raman与13C NMR的对比分析,为CO₂水合物的13C NMR研究和拉曼定量提供参考。     

Cao吸附CO2系统能耗分析及热集成系统研究

本文以通用流程模拟软件Aspen为平台,对一个600 MW电厂排放的CO₂吸收过程进行了模拟,分析了关键参数对吸收系统性能影响。研究了采用余热锅炉回收系统热量后对整个电厂性能的影响规律,比较了采用25MPa,566/566℃;28MPa,580/580℃和30 MPa,600/600℃三种不同蒸汽参数时整个电厂性能。研究结果表明,采用钙法回收电厂CO₂并合理利用余热后系统效率下降约5个百分点。本文研究成果为基于火电站脱除CO₂提供有益的参考。     

植物叶绿素荧光对CO2反演精度的影响

大气散射效应作为CO₂反演的主要误差源,严重影响了大气CO₂卫星测量的反演精度。氧气在大气中含量稳定,大气CO₂反演方法中常利用氧气的这一特性进行散射校正,其中典型的有光子概率密度函数(PPDF)方法。然而,O₂ A吸收带的光辐射中存在的植物叶绿素荧光会在不同程度上影响PPDF因子的反演,进而限制了CO₂反演精度。由于植被荧光信号较弱,在以往CO₂反演中没有引起足够重视。在调研全球植被荧光分布的基础上,模拟分析了荧光对大气CO₂柱含量(XCO₂)的影响。模拟计算无气溶胶条件下,以及气溶胶和地表反照率两者综合条件下荧光的影响,结果显示,当不考虑气溶胶的影响,荧光强度从0.1增加到1.8(mW·m-2·sr-1·nm-1),会给CO₂的反演结果造成0.1~2 (10-6)的偏差;考虑气溶胶与地表反射率的影响时,会给CO₂的反演结果造成(0.1~3)×10-6的偏差。此研究表明,对于具有高精度需求的CO₂反演,植物叶绿素荧光是一个不可忽略的影响因素。     

基于超音速两相膨胀器的新型CO2热泵与制冷循环研究

综合性能优异的自然工质CO₂在改善环境问题方面具有重要作用。基于环保安全的CO₂,采用制冷效率较高、结构简单、无运动部件的超音速两相膨胀器作为膨胀降温装置,构建新型CO₂热泵与制冷循环,对新循环进行热力学分析和模拟计算研究。结果显示,理想的热泵循环最大热泵系数COP_h为5.83、最大制冷系数COP_c为4.90,展现出良好的制热制冷性能;空调温区工况,新型CO₂制冷循环COP_c为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO₂跨临界制冷循环COP的1.63倍,且系统运行压力降低,安全性可靠性提高;冰箱温区工况,COP_c随STPE入口压力的增大稳定在3.5附近,相对卡诺效率保持在0.78左右。研究表明,基于超音速两相膨胀器的新型CO₂热泵与制冷循环具有一定的发展潜力,为CO₂利用提供一种可能的参考。     

整体煤气化联合循环合成气水合物法分离CO2的分子动力学模拟

利用分子动力学（MD）模拟方法研究整体煤气化联合循环（IGCC）合成气（CO₂/H₂）水合物法分离CO₂的分离机理,系统研究了CO₂水合物、H₂水合物以及合成气水合物法一级分离所得CO₂/H₂混合气体水合物的微观结构及性质.模拟分析n个CO₂或H₂与水合物笼状结构的整体结合能ΔE关键词： 水合物法分离 分子动力学模拟 整体煤气化联合循环合成气 2分离')" href="#">CO₂分离     

滑动弧裂解CO2机理

建立了一维滑动弧裂解CO₂的反应机理模型. 利用对流冷却的特征频率计算横向气流对流引起的等离子体组分损失. 将等离子体密度和温度的数值模拟结果与文献中滑动电弧等离子体反应器的实验数据进行了对比,吻合较好. 模拟结果表明,滑动弧裂解CO₂会产生大量O和O₂等活性助燃粒子以及可燃的CO. 随着对流冷却特征频率的增加,放电过程中最大电子数密度和电子温度减小,CO₂转化率下降. 在整个CO₂裂解机制中e+CO₂→e+CO+O的贡献最大,准稳态中贡献率为90.63%,瞬态中贡献率为98.43%. 反应CO+O+M→CO₂+M对CO₂生成的贡献率最大. 在实际应用中,为提高CO₂转化率,可以通过增大放电电流,增大e+CO₂→e+CO+O的反应速率,同时选择合适的气体流量,避免过大的速度引起CO₂转化率下降.