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《洁净煤技术》“2060碳中和”栏目

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》常规栏目“2060碳中和”。

行业视野: 碳中和
类别; 104个
关键词; 113位
专家; 21篇
论文; 18091IP
点击量; 8790次
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质子交换膜燃料电池挡板结构优化

作者(Author)：苏丹丹, 孙峰, 张志国, 殷宇捷, 庞彬, 董小平

摘要：质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）流道结构优化能提高反应气体质量传输效率和电流密度，是改善PEMFC输出性能的有效方法。建立PEMFC单直流道几何模型，通过在流道内添加梯形挡板研究了挡板倾角对反应气体传输特性的影响。结果表明，在流道内添加挡板，可明显提高流道内反应气体流速并促进反应气体由流道向扩散层的质量传输；增大对称和非对称梯形挡板的前、后倾角，可有效增大挡板下方O2质量分数，提高气体扩散层中反应气体通量，强化反应气体质量传输；与对称梯形挡板相比，前倾角75°、后倾角60°或前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板强化反应气体质量传输的效果更佳；PEMFC扩散层与催化层中的O2摩尔分数随挡板数量增加而显著提高，且在挡板对应区域出现反应气体浓度波峰；PEMFC输出性能随流道内挡板数量增加而提升。流道内添加11个前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板时PEMFC峰值功率密度为0.435 W/cm2，比无挡板时提高6.6%。此外，工作电压U=0.1 V时，无挡板流道的电流密度为1.57 A/cm2，挡板数量为11时,电流密度为1.80 A/cm2，提升约14.6%，研究结果为后续PEMFC流场优化提供了理论和技术借鉴。

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2022年第08期

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碳中和目标下发电领域低碳转型路径

作者(Author)：胡道成, 张帅, 韩涛, 郑旭帆, 顾永正, 徐冬

摘要：“碳达峰、碳中和”目标为我国发电领域低碳转型科技创新指明了方向和路径，在全球能源电力行业创新发展的背景下，发电领域向低碳化、清洁化、智能化、电气化、市场化、国际化发展成为必然趋势。分析了我国发电领域在煤炭清洁高效发电、可再生能源发电、核能、先进储能、氢能等方向的低碳转型科技创新现状、存在问题以及未来技术发展路径。为适应以新能源为主的新型电力系统，我国煤电机组正由传统主体电源逐步向基础电源转变，但国内大部分机组按照基本负荷设计，负荷调节范围、变负荷速率等关键指标与国外差距较大，且存在老机组效率低、碳排放高等问题，未来还需加大灵活智能发电、超高参数燃煤发电、新型高效燃煤发电、碳捕集利用和封存（CCUS）技术的攻关；我国水电技术已实现全面提升，形成了全产业链的整合能力，还需在高水头大容量和超低水头发电机组、安全高效运行和智慧电站关键技术方面发力；我国风电技术从风机设计制造、风电场开发运维、设备检测认证到标准体系建设等方面进行了全面研究部署并取得突破，还需向大型化、轻量化、低成本风力发电方向攻关，推动新一代信息技术应用，提高关键部件国产化率；光伏发电技术基本与世界同步，高效、低成本是技术主攻方向，光热发电技术在系统设计、集成运行等方面与国外差距明显，还需开发大容量、高参数、长时间储热、低成本的光热发电技术；地热发电和海洋能发电处于基础研究或技术研发和验证阶段，仍需加大技术研发和工程示范；我国已拥有完整的核燃料循环和核工业体系，核电技术走在世界前列，但在基础技术、工艺、材料、软件等方面卡脖子问题仍存在，还需在先进核能系统、核能综合利用方面加强研究，坚持走闭式核燃料循环技术路线，持续改进核能利用安全性；当前我国储能正向“规模化发展”迈进，但储能产业距离整体健康发展仍有差距，储能技术仍需向安全性、长寿命、低成本、规模化方向发展；氢能已形成完整产业链，但氢气主要来自灰氢，未来发展与大规模光伏发电或风力发电配套的电解水制绿氢技术将成为重点。

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洁净煤技术

2022年第07期

741

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CO2地质利用与封存的关键技术清单

作者(Author)：魏宁, 刘胜男, 李小春, 张贤, 贾国伟, 魏凤, 胡元武

摘要：CO2地质利用与封存（CGUS）是化石资源利用行业实现大规模低碳利用和碳中和的托底技术。为攻克该技术规模化减排的关键技术难点，开展关键技术识别与评价研究十分必要。采用专家评估与调研方法对CO2地质利用与封存技术进行分类，分析共性技术与特性技术的主要特点与研发方向，依据技术不可替代性、高效安全性、技术成熟度(TRLs)差距、发展潜力等多目标评价与筛选，形成关键技术清单；并对场地表征与监测技术进行分析，最后分类给出提升关键技术的研发方向与策略建议。CGUS关键技术主要集中在场地表征与筛选、场地评估与风险评价、场地监测与预警、地下资源处理、碳封存与资源增采协同等技术大类层次上。总体而言，我国CO2地质利用与封存技术处于研发示范阶段，现有技术体系基本可满足CO2-EOR与EWR大规模示范工程的需求；但部分关键技术与国际水平存在一定差距，还有一些技术在全球范围内不成熟，大规模实施CGUS技术前必须突破。场地监测技术是涉及CGUS安全性与有效性的关键技术，现有技术水平与CGUS规模化示范工程需求之间存在较大差距，需进一步研发和验证，特别需要适应CO2环境和深地环境，提高耐久性、监测精度和结果解释可靠性。关键技术研发方向包括但不限于：高精度地层层序勘探、储盖层与岩性解释、地震勘探技术及数据解释技术、地层数据聚合技术、地下储盖层空间地质模型、场地性能模拟与地层评价技术、基于精细表征的导向钻完井技术和相应装备、抗CO2腐蚀的井下和地表设备、一体化。

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2022年第06期

1115

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2060年碳中和目标下煤炭保障性需求预测

作者(Author)：王兵, 李璐, 鲜玉娇, 于鹏伟, 郝文超

摘要：碳达峰碳中和目标的提出对煤炭行业碳减排提出了巨大挑战，煤炭行业将面临全方位深度调整，在保障能源安全的前提下有序开展煤炭行业稳健可靠碳减排至关重要。基于煤炭流图和煤炭终端消费部门分析法，识别了煤炭消费重点领域并建立了基于部门情景分析法的煤炭保障性需求预测模型，系统分析预测了碳中和目标下电力、煤化工、钢铁、水泥、热力等部门在基准情景、保障情景和强化保障情景下的煤炭保障性需求，并用类比法论证了结果的可靠性。结果表明：2030、2040、2050年中长期煤炭产能需求量分别为21.2亿～28.7亿、14.0亿～20.9亿和6.6亿～13.1亿t标准煤；2060年基准情景和保障情景下煤炭保障性需求量为2.8亿～6.1亿t标准煤，考虑电力中断加剧和油气安全保障的强化保障情景下煤炭产能需求量将达到7.3亿t；电力部门和煤化工部门对于煤炭产能需求量的影响较大，且具有较高的不确定性，2060年电力部门和煤化工部门的煤炭保障性需求量分别为2.1亿～5.9亿和0.3亿～1.1亿t标准煤；其他工业部门能效提升、工艺优化、产量调整等将减少其煤炭需求，煤炭将由工业燃料向碳基原料转变；对比国际主要国家煤炭发展历程，2060年我国煤炭消费量将分别达到2.9亿和5.6亿～7.6亿t标准煤，本预测结果可信度较高。总量锐减、生产与消费结构优化、产业链延伸和低碳技术发展是碳中和背景下煤炭行业可持续发展的典型特征。面对碳中和背景下煤炭产业的长期发展趋势，煤炭行业应从煤炭产能科学评价、产业链革新、节能减排、保障电力安全和煤炭柔性化供给进行优化。

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洁净煤技术

2022年第05期

1040

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CO2甲烷化镍基催化剂研究进展

作者(Author)：张晓俐, 古芳娜, 苏发兵, 许光文

摘要：CO2甲烷化技术不仅可以实现CO2的循环利用，还能解决CO2排放带来的环境问题。近年来，Ni基催化剂因催化活性好、甲烷选择性高和价格低廉等优点被广泛应用于CO2甲烷化反应中。重点阐述了Ni颗粒的尺寸效应、表面微细结构、载体种类及物理化学性质（碱性位、氧空位、比表面积、孔结构和金属-载体间相互作用）对CO2甲烷化催化剂催化性能的影响，介绍了Ni基双金属合金、结构和电子型助剂对其催化性能的影响，归纳了不同催化剂上CO2甲烷化机理，剖析了Ni基催化剂失活的原因，论述了Ni基催化剂在光热催化CO2甲烷化中的应用，最后对CO2甲烷化催化剂未来研究方向进行了展望。通过对比不同体系获得的研究结果发现，CO2甲烷化反应为结构敏感性反应，Ni颗粒尺寸对催化剂活性有显著影响，然而不同研究得出的最佳Ni颗粒尺寸有明显差异，这可能与不同金属与载体间相互作用或不同制备方法导致的Ni颗粒表面微细结构（如不同晶面、缺陷位等）差异有关，Ni颗粒的尺寸效应有待深入研究；第二金属的加入形成Ni基双金属合金、助剂及研究金属-载体相互作用都有助于开发高稳定性的催化剂；载体表面丰富的碱性位及氧空位，有利于CO2吸附与活化，进而提高催化剂活性。目前，CO2甲烷化反应路径主要分为CO路径和甲酸盐路径，反应遵循的路径可能与反应条件（如温度、压力等）及催化剂表面性质（如羟基丰富度、O2-吸附位点等）有关。然而，关于助剂或载体与Ni物种间的纳米界面结构，以及采用不同助剂和载体对催化剂活性位点及CO2甲烷化反应路径的影响机制，尚缺乏较深入的认知。因此，需借助现场原位成像技术及光谱学技术对催化剂的表界面几何与电子结构进行精细、动态的结构剖析，建立动态结构与性能的构效关系，有利于指导设计合成特定结构的高效Ni基催化剂。

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洁净煤技术

2022年第04期

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