生物质能分布式利用发展趋势分析

分布式生物质能源技术对原料种类适应性强,项目规模灵活、可满足特殊用户的需求,在小规模下具有更好的经济性,更易于商业化发展,符合生物质资源特点和我国国情。生物质能分布式利用方式主要包括生物质成型燃料和生物燃气两方面,关键技术包括生物质成型燃料加工及燃烧、大中型沼气工程技术、生物质气化热解及燃气利用等。我国分布式生物质能源技术目前主要处于进行技术完善和应用示范阶段,预计到2030年前大部分关键技术将基本成熟,具备产业化的条件。我国分布式生物质能产业发展的主要方向是传统燃煤燃气替代、城镇/农村清洁生活能源供应和农村生态环境保护,发展重点是服务节能减排战略,利用生物质实现部分替代工业燃料,减少燃煤/燃油带来的污染,同时围绕国家新型城镇化战略,为新农村建设提供可持续的清洁能源,提高农村生态环境保护水平。目前制约分布式生物质能产业发展的最主要瓶颈是经济性和可靠性,国家应在技术创新和政策支持方面增加投入,将生物质能的环境效益和社会效益转化为成本效益,推动生物质能分布式利用产业的发展。     

未来先进核裂变能——TMSR核能系统

钍基熔盐堆(TMSR)核能系统项目是中科院未来10年先导研究专项之一,其研究目标是研发第四代裂变反应堆核能系统,计划至2020年之前建成2MW钍基熔盐实验堆,形成支撑未来TMSR核能系统发展的若干技术研发能力,并解决钍铀燃料循环和钍基熔盐堆相关重大技术挑战,研制出工业示范级钍基熔盐堆,实现钍资源的有效使用和核能的综合利用。钍基核燃料具有232Th/233U转换效率高、在热中子堆中也能增殖、产生较少的高毒性放射性核素、有利于防核扩散等优点,但也面临燃料制备困难、232U衰变子核的强γ辐射给乏燃料处理和燃料再加工带来的困难、钍铀转换反应链中间核233Pa会吸收堆内中子从而影响233U产量。核燃料利用的工作模式有开环模式、改进的开环模式和闭环模式。熔盐堆是第四代反应堆的6个候选堆型之一,非常适合用作钍铀燃料循环,熔盐堆加上干法在线分离技术有可能实现完全的钍铀燃料闭式循环。本世纪初提出的氟盐冷却高温堆(Fluoride salt-cooled High temperature Reactors,FHRs),用氟化熔盐作为冷却剂,采用TRISO燃料颗粒作为核燃料,其中球床型氟盐冷却高温堆可以在改进的开环模式实现钍铀燃料循环。熔盐堆良好的高温特性使其成为核能非电应用主要候选者之一,反应堆产生的高温热可直接用于页岩油开采和高温制氢等工业领域。     

燃油锅炉系统节能降耗

锅炉用于生产二次能源——蒸汽或热水,是我们生产和生活不可或缺的一种能动设备,然而其在使用过程中消耗大量的能源,降低锅炉的能耗已成为当今世界的主攻课题。燃油锅炉的热力系统包括蒸汽发生系统、蒸汽输送系统、水处理系统、燃油系统。因此,降低燃油锅炉耗能可从蒸汽发生系统、蒸汽输送系统、水处理系统、燃油系统四方面系统地考虑。     

中国荒漠化地区发展生物柴油的最优选择——微藻

为了应对能源危机和环境压力,考虑我国广大荒漠化地区耕地少、日照充足和缺水的特征,如何选择生物柴油原料是一个亟待解决的问题。主要从微藻特性与荒漠化地区契合度、微藻生物柴油技术路线图、能耗与碳排放三个方面系统论述了微藻适宜作为荒漠化地区发展生物柴油原料的原因。得出结论：①微藻光合作用效率高、含油量大、占地少等特点适宜荒漠化地区培养;②微藻制备生物柴油各阶段技术已经成熟,延伸产业链增加副产品能有效地弥补成本损失;③利用生命周期理论,计算1t微藻生物柴油大致消耗1.77t标准煤,排放4.92tCO2,其中微藻生产阶段能耗最多,但该过程大致能吸收0.72tCO2,具有良好的环境效益。因此,荒漠化地区发展微藻生物柴油是一种有效缓解能源危机和环境压力的解决途径     

中国生物质成型燃料产业化问题及实证研究

发展生物质成型燃料,对于优化我国的能源结构、保障能源安全具有重要意义。从资源收集、市场定位、应用推广方面归纳了生物质成型燃料产业的特点,梳理了该产业发展所需经历的萌芽、快速发展、持续发展三个阶段。指出该产业在我国尚处于萌芽阶段,制约其发展的瓶颈问题主要在于观念落后、政策滞后、龙头企业缺少扶持,提出中国生物质成型燃料的市场重点在于替代分散供热市场中的中小型燃煤、燃油、燃气、燃电锅炉。以辉南宏日新能源公司为案例,分析了其建立在资源收集、生物质颗粒燃料加工、锅炉设计与配套、供热服务4个环节之上的产业链运行情况,提出依托中小企业培育龙头企业,重点扩展中小锅炉区域供热市场,是我国生物质成型燃料迅速产业化的合理路径。     

二氧化铀热导率的实验及数值模拟研究评价

二氧化铀是一种稳定的陶瓷燃料,它具有熔点高和物理化学性质稳定的特性,作为核燃料二氧化铀的导热性能将直接影响核燃料芯块内的温度分布和芯块中心的最高温度,分析比较了二氧化铀热导率的实验研究结果和关联式,发现已有实验结果间的差异已经缩小.通过开展非平衡分子动力学模拟分析表明,二氧化铀热导率在中温区模拟较为准确可靠.在低温区时,需对能量输运粒子的动能计算进行量子修正;在高温区,需建立声子能量输运模型、电子气能量输运模型和光子辐射部分的能量输运模型,进一步建立二氧化铀的热导率计算程序.     

氢能与燃料电池发展现状及展望

氢是一种洁净的二次能源载体,氢燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点。氢气是连接可再生能源与传统化石能源的桥梁,通过氢能与燃料电池,可以实现未来洁净能源利用变革的愿景。世界主要发达国家都非常重视氢能的发展。目前,氢能和燃料电池已在部分领域中初步实现商业化。氢能燃料电池和燃料电池车的研究和商业化发展在日本、美国和欧洲较为迅速,他们不断在氢气生产、氢气储存和氢气利用方面进行创新。在氢能和燃料电池方面,中国紧跟世界发达国家的脚步,然而国内氢能和燃料电池产业链的不完善导致电池成本较高。因此,要加强关键材料研究,实现核心材料和部件的工业化和本土化,建立生产线,尽快完成产业链。中国已经在氢能和燃料电池产业链中部署了整车、系统和电堆,但燃料电池零部件的相关公司仍然很少,尤其是基本关键材料和部件,如质子交换膜、碳纸、催化剂、空气压缩机、氢气循环泵等。虽然国内公司已经开始涉及,但与国际先进产品相比,在可靠性和耐用性方面仍然存在很大差距,大多数关键组件仍然依赖进口。此外,氢气生产和运输的高成本、加氢站等基础设施的不完善,以及技术标准、检测体系的不健全,都限制了燃料电池车的发展。我国燃料电池汽车发展路径要通过商用车带动加氢站建设,降低氢气与燃料电池成本;发展氢燃料电池汽车产业集群,促进全产业链发展。在保障措施与政策需求方面,需要加强顶层设计,全面规划氢能燃料电池发展途径;加强研发投入,确保核心技术自主可控;统筹产业布局,引导产业链协调发展;加强标准制定,支撑技术进步与产业发展。文章分析了国内外氢能产业链结构以及氢燃料电池的发展现状,从产业化和技术两方面分析了国内氢能与燃料电池的发展现状及问题,并结合技术与产业特点提出了发展氢能与燃料电池的对策建议,对我国氢能与燃料电池的发展作出了展望。     

Energy management strategy for parallel hybrid electric vehicles based on approximate dynamic programming and velocity forecast

In parallel hybrid electric vehicles (HEVs), the power split between the engine and the electric motor as well as the gear shift in the gearbox determines the overall energy efficiency. In this paper an adaptive energy management strategy with velocity forecast is proposed to optimize the fuel consumption in parallel HEVs, which is formulated into a mixed-integer optimization problem. Approximate dynamic programming with a novel actor-gear-critic design is presented for simultaneously controlling the power split and gear shift online. The power split as a continuous variable is determined from an actor network to realize the energy distribution between two power sources. The gear shift as a discrete variable is obtained from a gear network to adjust the gear ratio in the gearbox. The concept enables an online learning of the energy management strategy for different driving behaviors without the requirement of a system model and the driving cycle. Simulation results indicate that the proposed strategy achieves close fuel economy compared with the optimal solutions resulting from dynamic programming. Furthermore, a multi-stage neural network is introduced for velocity forecast, providing a computationally efficient training framework with good prediction performance. The velocity prediction is finally combined with the energy management strategy for an effective application and fuel economy.     

丰田FCHV-4型燃料电池汽车的结构特性分析

丰田汽车公司开发的FCHV-4型采用燃料电池和辅助电池作为混合动力系统的能源,极大提高能源转换效率,使汽车具有良好的性能相应。燃料电池与牵引电机逆变器直接相连,与辅助电池和DC/DC器串联。该燃料电池汽车的效率为传统内燃机汽车的3倍。     

生物质燃料特性与炉具设计

随着化石能源价格日益高涨,高煤价给农民日常生活用能消费造成了沉重的经济负担。与民用燃煤炉相比,直燃式生物炉以农作物秸秆为燃料,经济环保,属可再生能源利用,发展前景广阔。为提高农村生物质能开发利用,促进民用生物质炊事采暖炉具行业发展,作者对生物质燃料直燃特点及燃烧过程进行了分析,针对其特性提出了民用生物质炊事采暖炉的设计要点。     

Stress,Oxidative Injury and Disease

The living system on earth is largely using oxygen for burning metabolic fuel for energy. The toxicity of oxygen is largely due to the formation of free radicals in living systems. Stress is also responsible for the generation of free radicals. The evidence for the involvement of free radicals and oxidative injury in producing metabolic disturbance, maladjustment and many diseases has been accumulating since long. It is largely believed that the root cause of many chronic diseases is stress induced free radicals and resultant oxidative injury.     

技术锁定视角下的专利价值影响因素分析

[目的/意义]燃料电池作为新能源产业的核心部件，培育并评价其高价值专利对于我国突破国外“技术锁定”，对实现技术创新驱动新能源产业发展具有重大意义。[方法/过程]基于INNOJOY专利数据库，选取了燃料电池作为研究对象，采用主客观赋权方法与Cox比例风险回归模型等探究了技术锁定视角下的专利价值的影响因素。[结果/结论]结果表明：（1）技术锁定对专利价值的抑制作用显著；（2）引证数、被引证数与同族数均对专利价值的促进作用显著，权利要求数对专利价值的抑制作用显著，而IPC分类数对专利价值不具有显著效应。在丰富了专利价值研究的同时，为我国突破“技术锁定”，进而实现专利强国的目标提供相应建议。     

Control rules extraction and parameters optimization of energy management for bus series-parallel AMT hybrid powertrain

A rule-based energy management strategy, that the control rules are extracted from acknowledged optimal algorithms and its control parameters are optimized offline and corrected online, for a series-parallel hybrid powertrain with an automatic mechanical transmission (AMT) is proposed in this paper to achieve near optimal fuel economy and battery state-of-charge (SOC) balance. Firstly, the dynamic programming (DP) global optimization method is applied to extract driving-mode transition rules and gear shifting rules. Furthermore, an instantaneous equivalent fuel consumption minimizing optimization method (ECMS) is utilized to determinate the engine torque distribution rules during its parallel driving mode. Then selected control parameters of driving-mode switching rules and torque split distribution are optimized based on genetic algorithm (GA) for further fuel consumption improvement. And the adaptive correction of optimized control parameters based on online driving cycle recognition method is discussed also. The simulation results show that this real-time rule-based energy management control strategy associated with the series of optimization approaches comprehensively can achieve a relatively close fuel consumption results to global optimal results and sustain the battery SOC balance after the end of driving cycle without much cycle-depending care.     

The pre-industrial energy crisis and resource scarcity as a source of transition

The historical British ‘timber famine’ of the 18th century is re-examined in the light of contemporary concerns about transitions in energy use. The alternatives of scarcity-induced and opportunity-led transition are considered in relation to the economics of sustainable fuel timber production for industrial uses. The paper finds that the production of timber was an economically sustainable use of land and that observations of timber shortages may have therefore either been claims made by interests favouring the use of coal or the consequence of abandonment of fuel timber cultivation in favour of coal use. The longer-term sustainability of domestic UK sources for industrial timber fuel timber is shown to be problematic. The consequences of the alternative views of the ‘timber famine’ for contemporary policies attempting to promote transition to low carbon or sustainable energy use are examined. In particular, if the present is an echo of the past, opportunity rather than crisis may be the more powerful lever of change.     

改进层次分析法在填埋气体处置技术评选中的应用

填埋气体中的甲烷含量较高,且具有较高的热值,是一种利用价值较高的清洁燃料。如产量较大,加以回收利用,既可以达到温室气体减排目的,又可减缓社会能源需求压力。采用改进的层次分析法(AHP)从经济、技术、环境和社会四个方面建立了一整套评选指标系统,并以三个填埋场为实例,为填埋场选取合适的气体处置方法起到一定的指导作用。     

碳中和愿景下的能源变革

气候变化是当今人类面临的重大挑战之一,已成为全球性的非传统安全问题,严重威胁着人类的生存和可持续发展。我国碳达峰、碳中和承诺的提出,对我国建设人与自然和谐共生的社会主义现代化强国具有重要战略意义。面对我国如期实现碳达峰、碳中和的挑战,文章提出通过能源变革,大力推进能源供给侧的电力脱碳与零碳化、燃料零碳化,以及能源需求侧的能源利用高效化、再电气化和智慧化,构建以新能源为主体,"化石能源+二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)"和核能为保障的未来清洁零碳、安全高效能源体系。     

陇中黄土丘陵区农村生活能源消费的村落差异研究

我国农村生活能源消费的区域差异明显。研究不同类型村落之间农村能源利用的差异性,有利于加强地方政府农村能源政策实施的针对性,真正做到因地制宜。本文通过问卷调查获取相关数据,研究了陇中黄土丘陵地区农村生活能源消费的村落差异。研究结果表明：陇中地区农村家庭生活能源消费的村落差异明显且具有鲜明的组合特征,即丘陵山区以秸秆为主,煤炭、畜粪、太阳能、薪柴和沼气为辅;半山区以煤炭为主,薪草、秸秆、太阳能和薪柴为辅;川区以煤炭主,薪草、秸秆和太阳能。丘陵山区户均消费秸秆最多,川区最少,半山区居中;丘陵山区冬季取暖以煨炕为主,半山区煨炕和火炉取暖并重,川区以火炉取暖为主。本文针对不同类型村落的用能特点,提出相应的农村能源建设模式,即：以＂五配套＂为主的丘陵山区模式,以＂一池三改＂为主的半山区模式,以＂四位一体＂为主的河谷川区模式,从而为地区发展、环境管理提供政策设计的依据。     

能源作物资源现状与发展前景

能源作物是生物质能源发展的基础环节,本文就国内外能源作物研究现状与前景进行综合述评。分析了能源作物的基本概念和分类,明确了适合中国国情的能源作物概念,归纳了当前淀粉与糖料作物、油脂作物和木质纤维素作物三类能源作物研究与应用现状。重点介绍了当前几种受国内外重视的新型能源作物甜高粱(Sorghum bicolor)、木薯(Manihot esculenta)、柳枝稷(Panicum virgatum)、芒属植物(Miscanthusspp.)和柳属植物(Salixspp.)的发展现状和前景。从土地的承载能力和对环境的影响方面分析了中国发展发展能源作物的存在的问题与前景,明确提出,中国要坚持利用边际性土地、与生态恢复相结合发展能源作物的原则。指出中国能源作物种类筛选及品种改良至关重要,选择目标上应重视高光效、多年生、以收获营养器官为收获对象和高度抗逆等特征,以期形成具有地区适应性且收获季节多样化的系列能源作物种类与品种。     

藏北牧区畜粪燃烧与养分流失的生态效应研究

藏北牧区是典型的高寒缺能、生态脆弱地区,长期以来以畜粪为主的能源结构在满足能源消费的同时,畜粪燃烧使得其中的有机质、养分排空,致使室内空气污染和草地物质循环受阻。本研究基于田野调查、实验分析、结合统计数据,分析了1988-2010年藏北牧区那曲、班戈和尼玛3县的牦牛排粪、牛粪燃用的时空过程,评估了牛粪燃用引起的有机质、养分直接排空流失效应。研究表明区域尺度的牛粪排放量主要取决于牦牛存栏数,那曲县、班戈县和尼玛县年均牦牛排粪量分别为15.1、6.5和4.8万t干物质(d M)。牛粪燃用量主要与乡村人口有关,那曲、班戈和尼玛年均牦牛粪燃用量分别为9.0、4.7和3.6万t d M。藏北牧区的牛粪燃用强度(牛粪燃用量与牛粪排放量之比)为70%,其中那曲县61%、班戈县72.2%、尼玛县76.8%。牛粪燃用后95%以上的有机碳、氮都直接释放到大气中了。那曲、班戈和尼玛年均释放的氮为0.19、0.10、0.08万t。与牛粪还田相比,牦牛粪大量燃烧引起土壤有机质和速效磷含量降低,草地初级生产力降低。未来,应该大力发展替代能源、降低牛粪燃用强度,加大牛粪、粪灰还田力度以优化牛粪利用方式,协调牛粪的燃料和肥料功能。     

中国林木生物质能源替代煤炭的减排效益评估

应对全球气候变化的能源转型方案中,生物质能源替代化石燃料是重要的选项,中国资源丰富的林木生物质在替代化石燃料的能源转型中具有重要价值。本文以木质颗粒燃料及传统的化石燃料（煤炭）为研究对象,基于生命周期思想梳理不同能源系统的温室效应排放指标与经济评价指标边界,从传统的生命周期分析与经济指标分析两方面,探讨中国木质颗粒燃料替代煤炭的减排效益和经济效益。结果表明：①木质颗粒燃料替代煤炭供热或供电时,单位能量的供应能耗降低0.01~0.176 MJ,在碳中性假设下,木质颗粒燃料具有显著的碳减排效益;②平均市场价格下,木质颗粒的单位热能成本高于煤炭,即用木质颗粒燃料替代煤炭供能时,单位热能或电能的使用需要付出较高的燃料成本,约为16.06~34.16元;③敏感性分析表明,能量转换率、燃料热值和燃料的价格对替代效益的影响最为显著,提高能源使用效率、降低燃料价格等措施可以大幅度降低燃料替代使用成本,实现环境与经济双赢。生物质能源的开发及利用在未来中国能源结构转型中具有重要地位,本文从碳中性下的净减排、生物质原料问题、提高减排效率和财政补贴等方面提出了针对性建议。