2022年, 第10卷, 第5期　
刊出日期：2022-10-31

  

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  质子交换膜水电解中气-液两相传输的模拟研究

  李港, 韩波

  新能源进展. 2022, 10(5): 393-399. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.001

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  两相传输是影响质子交换膜水电解系统性能的关键因素。为掌握质子交换膜水电解单元中多孔扩散层内气液两相传输规律,基于数值重构的三维多孔扩散层结构,采用格子Boltzmann两相流动模型模拟研究了扩散层内两相传输过程,详细分析了扩散层孔隙率和表面接触角对气泡传输与分布的影响。数值模拟结果表明：孔隙率减小会明显降低气体渗透率,从而导致气泡难以在扩散层内找到有效传输通道。接触角的增大不仅增加了气泡在界面堆积的风险,也减缓了气泡在孔隙内的传输速度。从孔隙尺度水平初步掌握了质子交换膜水电解单元多孔扩散层内两相传输规律,可为高性能水电解系统设计和优化提供理论支撑。
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  基于电-力-声多物理场耦合数值模型的含水合物多孔介质声速和衰减特性研究

  徐源, 张欢欢, 邢兰昌, 魏伟, 韩维峰, 魏周拓, 邓少贵

  新能源进展. 2022, 10(5): 400-409. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.002

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  在物理模拟实验中对水合物微观赋存模式和饱和度进行准确控制和评价尚存在技术困难,仅依赖实验技术研究含水合物沉积物声学特性、建立储层参数解释模型存在局限性。采用基于有限元的数字岩石物理技术,针对悬浮、接触和胶结三种典型的水合物微观赋存模式分别建立多孔介质的三维电-力-声多物理场耦合模型,考察了微观赋存模式和水合物饱和度对多孔介质声速和衰减的影响规律,对比了声速数值模拟与理论模型计算结果,建立了声波衰减参数与水合物饱和度之间的关系式。研究结果表明：（1）对于三种水合物赋存模式,由于水合物相比孔隙水具有更高的弹性模量,多孔介质的声速随着水合物饱和度的增大而增大;水合物的存在导致声波在传播过程中遇到更多不连续的声阻抗界面,声衰减随着水合物饱和度的增大而近似线性增大;（2）悬浮和接触赋存模式条件下,水合物饱和度对多孔介质的声速和衰减影响规律基本一致;对于相同的水合物饱和度,胶结模式条件下含水合物多孔介质具有更高的声速和更小的声衰减;（3）通过合理选择参数值,利用权重方程与Lee改进的Biot-Gassmann Theory（BGTL）模型估算的含悬浮和接触模式水合物多孔介质的声速较为准确;通过等效介质理论模型C计算的含胶结模式水合物多孔介质的声速更为准确。研究结果可为获取复杂条件下含水合物沉积物的声学特性提供数值建模方法,为基于声波测井数据的水合物储层精细评价提供理论支撑。
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  多孔基无机玻璃-熔盐复合相变材料蓄热性能的实验研究

  罗沛, 于九洲, 沈国清, 张世平, 李惊涛

  新能源进展. 2022, 10(5): 410-418. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.003

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  基于熔融浸渗法和黏结封装法,以多孔基作为基体材料,分别采用无机玻璃粉与熔盐作为相变材料开展实验,探究储热样本的最佳制备工艺流程。考察了复合相变蓄热体的显微结构及物相组成特征,分析了复合相变蓄热材料的质量损失率,并对蓄热体进行蓄热性能分析及高温抗压强度测试。实验结果表明,采用黏结封装法,以氯化钠作为相变材料,加盖圆柱形三角孔蜂窝陶瓷基体作为载体,设定6.5℃/min的升温速率,烧结温度至800℃,保温30 min,可制备蓄热性能较为优异的复合相变蓄热材料。复合相变蓄热材料的蓄热密度为445.5 kJ/kg,该蓄热体在800℃条件下高温抗压强度达到75.9 MPa,具有良好的蓄热性能和力学性能。
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  锂离子电池用（聚）离子液体电解质

  刘书畅, 骆萱, 张灵志

  新能源进展. 2022, 10(5): 419-430. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.004

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  锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域,然而商用锂离子电池中含有大量易燃的碳酸酯类有机溶剂,容易造成安全隐患。离子液体具有蒸汽压低、化学结构设计多样性、热稳定性及电化学稳定性优异等优点,可以用来代替易燃有机溶剂,在电化学储能领域具有广阔的应用前景。聚离子液体是一类聚合物重复单元上含有阴、阳离子的新型聚合物电解质材料,兼具离子液体和聚合物固态电解质不漏液、易于加工的优势。根据离子液体和聚离子液体化学结构的设计合成及其在锂离子电池中的应用形式,综述了近年来离子液体电解质的研究进展,并提出了离子液体电解质未来的应用挑战和发展方向。
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  公共建筑储热式地热供暖系统多目标协同优化

  黄思浩, 赵小双, 王令宝, 卜宪标, 李华山

  新能源进展. 2022, 10(5): 431-439. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.005

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  储热技术是解决办公建筑地热供暖系统供需难以良好匹配及提高地热能利用率的有效手段之一,然而储热装置的引入将增加供暖系统的投资与维护成本,在一定程度上使系统发展受限。以位于河北省沧州地区的某办公建筑为研究对象,构建了储热式地热供暖系统模型,以综合成本、地热能利用率与碳排放量为优化目标,对系统设备选型及运行策略开展协同优化设计。研究表明,与基准系统相比,增设储热水箱可以明显改善地热供暖系统的性能;合理地控制储热水箱储、放热与热泵机组运行是降低系统成本与碳排放量、提高地热能利用率的关键。在此基础上,确定了储热式地热供暖系统的最优运行策略以及对应的设备选型优化参数。最优运行策略下相较于基准系统综合成本降低30.24%,日均地热能利用率提高11.12%,碳排放量减少46.65%。
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  主动防护的锂离子电池内短路概率估算

  陈明彪, 黎华玲, 宋文吉, 冯自平

  新能源进展. 2022, 10(5): 440-446. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.006

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  锂离子电池内短路引起的热安全问题,是影响其进一步发展的关键问题。提出一种预测内短路发生概率的主动防护方法,通过建立内短路概率估算模型,利用蒙特卡罗法计算概率,并分析不同因素对内短路发生概率的影响。结果发现：（1）离子电导率对发生内短路概率有较大影响。循环次数为3 500次且温度为10℃时,当离子电导率分别为参考值的1倍和2倍时,内短路发生概率分别为70.6%和30.8%。（2）必要锂枝晶体积越大,则发生内短路的概率越低。（3）通过概率估算结果可建立安全区间。相对安全区间和危险区间,其分界线类似弧线。研究结果可为主动规避内短路提供新思路。
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  天然气水合物开发的水平井控水控砂完井研究进展

  卢静生, 林德才, 李栋梁, 梁德青, 张逸群, 吴思婷, 何勇, 史伶俐

  新能源进展. 2022, 10(5): 447-455. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.007

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  2020年第二次南海水合物试采证明水平井是实现产业化的重要途径,计划在2030年南海天然气水合物商业开发中补齐粤港澳大湾区天然气供给的短板。但我国海洋水合物甜点多赋存在高含水、边底水丰富的非成岩泥质粉砂储层,水平井开发过程中储层水（排液）易携泥砂（出砂）脊进突入井筒导致产量降低,水平井控水控砂完井是产业化的瓶颈问题之一。针对第二次水平井开发水合物出现的新问题,分析了海洋天然气水合物储层开发过程中的水平井非均衡排液出砂情况,总结了国内外水平井控水控砂实验、模拟和现场的进展,提出了水平井开采水合物控水控砂的难点及我国面临的挑战。分析结果表明,天然气水合物储层开发的水平井控水控砂与常规油气开发存在共性问题,也有其自身分解特点及其赋存的非成岩储层有关的特性问题。针对我国海域天然气水合物储层间各向异性明显、潜在的“四气合采”和“碳封存”,对水合物水平井控水控砂抽取和注入提出了具体的研究思路及建议,以期推动海洋天然气水合物产业化开发进程。
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  考虑热储特征的地热梯级供暖系统经济性及环境效益

  李华山, 赵小双, 黄思浩, 卜宪标, 王令宝

  新能源进展. 2022, 10(5): 456-462. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.008

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  地热梯级供暖系统在建筑供暖方面具有广阔的应用前景,但投资费用较高,且当前对地热梯级供暖系统的环境效益影响研究尚存在欠缺。建立了考虑热储特征的地热梯级供暖系统数学模型,以河北省雄县的雾迷山组碳酸盐岩热储为例,分析了井距、井深、回灌温度和地热水流量对地热梯级供暖系统平准化供热成本（LCOH）与污染物减排量（AOER）的影响。结果表明,地热梯级供暖系统存在临界井距和经济回灌温度,且在一定工况范围内,增加地热井深度及提高地热水流量有利于提高系统的经济性及环境效益,但改善幅度逐渐减弱。此外,以LCOH最小与AOER最大为目标函数,利用遗传算法对地热梯级供暖系统开展多目标优化,并通过模糊集决策方法确定了给定工况下的最优解决方案。
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  固态发酵产酶反应中体系传热传质行为分析

  邱雨心, 刘云云, 陈世贤, 方崇, 张荣清, 张梦轩

  新能源进展. 2022, 10(5): 463-470. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.009

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  固态发酵是纤维素类生物质转化的有效途径,具有用水量少、容积产率高等优点。固态发酵生产纤维素酶一般是液态发酵酶产量的近3倍,可大幅降低酶的生产成本。在固态发酵过程,微生物在缺水环境中生长,发酵底物和接种物之间存在异质性,导致发酵热量分布不均匀、发酵过程氧气与中间产物不易扩散等问题。基于此,重点对固态发酵反应中体系传热传质方式及其影响因素进行了分析,并探讨其强化方法。根据传热方式,总结了发酵罐适用的导热微分方程及传热模拟方法,并分析气泡和颗粒基质中的传质过程及其限速步骤以及解决传质限速的途径。反应体系传热传质机理研究可促进固态发酵技术产业化应用进程。该研究可为有机废弃物固态发酵技术研究及应用提供一定的理论和技术支持。
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  电催化二氧化碳还原制乙烯铜基催化剂研究进展

  赵丹丹, 郭天宇, 赵瑞花, 杜建平

  新能源进展. 2022, 10(5): 471-476. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.010

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  由太阳能、风能驱动CO₂电化学还原为高附加值的燃料和化学品是缓解温室效应和实现碳减排的方法。铜基催化剂作为CO₂还原为碳氢化合物的催化剂受到广泛的关注,但反应过电位高、目标产物选择性低和催化剂稳定性差等仍是开发铜基催化剂需解决的问题和面临的挑战。简述了电催化还原CO₂为乙烯的反应机理,总结了最近铜基催化剂形貌和晶面调控、缺陷构造、杂原子掺杂以及双金属合金化对其性能影响的研究进展,为电催化CO₂还原制乙烯高效催化剂的研发提供参考。
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  废旧纺织品热解处理的研究进展

  叶美瀛, 陈王觅, 侯佳奇, 戴昕, 李鸣晓, 孟繁华, 席北斗, 童英伟

  新能源进展. 2022, 10(5): 477-484. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.011

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  我国废旧纺织品年产量和存量持续增加,推进废旧纺织品循环利用对节约资源、减污降碳具有重要意义。废旧纺织品富含碳,可成为有前景的可再生能源来源。热解技术被认为是高效回收有机废物能量和化学组分的重要手段之一,利用该技术可将废旧纺织品转化为热解油、生物炭和可燃气等高附加值产品,发展前景广阔。通过简述废旧纺织品种类及基本性质,重点阐述了废旧纺织品热解特性、热解产物分布及应用等研究现状,以期为解决废旧纺织品环境污染、实现资源高效清洁利用提供新方法和新思路。
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  电动汽车V2G调度优化策略的多指标评估方法

  郑鑫, 邱泽晶, 郭松, 廖晖, 黄玉萍, 雷霆

  新能源进展. 2022, 10(5): 485-494. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2022.05.012

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  随着车网互动（V2G）活动频繁,如何评价V2G调度策略效果成为V2G运营的关键问题。从电网调度、电网安全与能源安全等多个角度,提出一种基于V2G调度策略运行效果的多指标评估方法。首先,系统剖析V2G调度系统的运行方式与运行特点,建立基于V2G调度系统的多指标评估框架。其次,从V2G调度策略运行效果层面,围绕可再生能源消纳比率、可调度容量、调度响应时间、负荷平稳度和调度运行经济效益共五个指标,构建V2G调度策略运行效果的多指标评估模型。最后以某区域内的电动汽车集群为案例进行分析,选取某市三个场景区域内常规负荷,分别执行分时电价、停车费减免、可再生能源消纳三种V2G调度策略,对系统调度运行结果实施多指标评估,评估结果验证了电动汽车V2G调度优化策略多指标评估方法的有效性及优越性。