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ISSN 1009-1742 (Print)
ISSN 2096-0034 (Online)
CN 11-4421/G3
Formerly Known as Chinese Journal of Engineering Science.
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  • 2018年, 第20卷 第3期 出版日期:2018-10-08
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    Orginal Article
    我国能源技术革命体系战略研究
    李立浧, 饶宏, 许爱东, 郭晓斌, 白浩
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 1-8.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.001
    摘要   PDF (636KB)

    为了推进能源技术革命,中国工程院于 2015 年启动了“我国能源技术革命体系战略研究”重大咨询项目。本文从核能、风能、太阳能、储能、油气、煤炭、水能、生物质能、智能电网与能源网融合九大能源技术领域开展咨询调查研究,系统分析了各领域的能源技术现状,明确提出了构建以可再生能源为主体,终端能源以电能为主,多能多网融合互补的技术体系,制定了前瞻性技术(2020)、创新性技术(2030)和颠覆性技术(2050)三阶段发展的能源技术路线,最后提出推动能源技术革命的战略建议,为我国研究制订能源相关规划和政策提供了科学支撑。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    我国能源技术革命形势及方向分析
    饶宏, 李立浧, 郭晓斌, 许爱东, 白浩
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 9-16.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.002
    摘要   PDF (815KB)

    能源技术革命是助推能源消费、供给、体制革命和加强国际合作的基础,是实现清洁低碳、安全高效可持续的现代能源体系的支撑,是建设创新型国家的重要内容。本文阐述了我国的能源形势与面临的挑战,以2020 年、2030 年、2050 年三个不同发展时期作为时间节点,研究了未来的能源结构。分析总结了技术发展的共同趋势,即实现多领域能源技术协同并进。明确了技术发展方向,即实现能源技术的跨越式发展和引领,构建中国特色的能源技术创新体系。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    核能技术方向研究及发展路线图
    杜祥琬, 叶奇蓁, 徐銤, 万元熙, 彭先觉, 苏罡, 杨勇, 高翔, 师学明
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 17-24.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.003
    摘要   PDF (317KB)

    笔者按照核能技术成熟度将课题分解为热堆、快堆和四代堆、受控核聚变科学技术三个专题,采取专题调研、交叉讨论、系统综合的方法开展研究。分析了核能技术发展的现状、我国核能的安全性、核能技术的发展方向,并给出了核能技术发展路线图。建议以第三代自主压水堆为依托,安全、高效、规模化发展核能;加快第四代核能系统研发,解决核燃料增殖与高水平放射性核素嬗变;积极发展模块化小堆,开拓核能应用范围;努力探索聚变能源。预期到2030 年核电运行1.5×108 kW,在建5×107 kW;到2050 年快堆和压水堆匹配发展。我国核能发展存在前端和后端能力不足、核心技术研发力量分散、竞争大于合作的局面,建议整合国内资源,组建核能国家实验室,集中力量推进我国核能产业健康、快速发展。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    可控核聚变科学技术前沿问题和进展
    高翔, 万元熙, 丁宁, 彭先觉
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 25-31.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.004
    摘要   PDF (1188KB)

    可控核聚变能源是未来理想的清洁能源。国际磁约束聚变界近期研究的焦点是国际热核聚变实验堆(ITER)项目。本文介绍了ITER 计划的科学目标和工程技术目标中的前沿问题,提出了我国磁约束聚变近期、中期和远期技术目标,制定了中国磁约束聚变发展路线图。在惯性约束聚变(ICF)领域,Z 箍缩作为能源更具潜力。美国Sandia 国家实验室Z/ZR 装置的实验进展显著。我国在Z 箍缩辐射源物理和驱动ICF 技术路线,尤其是在驱动器与Z 箍缩负载能量耦合物理方面开展了大量基础研究。笔者建议我国继续执行ITER国际合作计划,全面掌握聚变实验堆技术;积极推进中国聚变工程试验堆(CFETR)主机关键部件研发、适时启动CFETR 项目的全面建设;支持新一代大电流脉冲功率实验平台建设,尽快实现Z 箍缩聚变点火,探索Z 箍缩驱动惯性约束聚变裂变混合堆。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    我国基于快堆的可持续核能系统发展思考
    杨勇, 王静, 徐銤
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 32-38.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.005
    摘要   PDF (2586KB)

    核能是优化我国能源结构,降低二氧化碳排放的重要能源形式之一。近期我国的核能仍然将以压水堆为主,但压水堆的长期发展将带来铀资源缺乏和放射性废物处置的问题。研究表明基于快堆的闭式燃料循环可通过多次的循环有效增殖核燃料,同时具备嬗变6 座以上同等规模压水堆产生的锕系核素(MA)的能力。根据我国快堆 “实验堆– 示范堆– 商用堆”三阶段发展战略,同时结合我国核电起步较晚的国情,建议在2050 年之前主要实施快堆增殖核燃料,在2050 年之后实施MA嬗变的技术路线。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    我国风电开发利用的生态和气候环境效应研究建议
    朱蓉, 石文辉, 王阳, 王伟胜, 黄其励
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 39-43.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.006
    摘要   PDF (223KB)

    截至2017 年,我国风电累计装机容量已连续8 年位居世界第一。未来,我国风电发展依然会维持较高比例增长,在此形势下,迫切需要认清风能资源开发对生态和气候环境的影响,以保证风电可持续性发展。设立国家重大基础科学研究计划,组织开展风电开发的生态和气候效应研究是十分必要的。建议通过观测实验、机理分析、数值模拟、影响评估以及适应和减缓措施研究,提出2050 年我国风电发展的规划布局;研究建立风电项目开发建设对生态和环境影响的评价方法和指标体系;建立国家风能开发区生态和气候环境监测网,并与全国风电场的运行有效联系,利用大数据和人工智能等技术,定期评估整体和局地的生态、气候环境效应。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    风电机组技术现状及发展方向
    许国东, 叶杭冶, 解鸿斌
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 44-50.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.007
    摘要   PDF (253KB)

    风力发电是可再生能源发电的重要形式,也是我国目前重点发展的、具有全球竞争力的战略性新兴产业之一,而风能装备技术的发展则是我国实现可再生能源高比例应用和产业持续健康发展的重要依托。本文详细分析了风电机组技术的发展历程和国内外发展现状,分析了国内外技术的差距与瓶颈,并对风电机组技术在提升结构效率、降低经济成本、增强环境友好性和资源节约利用等方面的发展趋势和市场需求进行了展望。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    我国风电高效利用技术趋势及发展建议
    石文辉, 白宏, 屈姬贤, 王伟胜, 黄其励
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 51-57.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.008
    摘要   PDF (276KB)

    我国风电发展取得了举世瞩目的成绩,风电装机规模和发电量仅次于煤电和水电,正在实现从补充电源向替代电源的转变,未来有望在能源发展中占主导地位。为实现未来我国高比例新能源发展目标,促进风电可持续发展,本文围绕实现我国风电高效利用,阐述了我国目前风电利用现状及存在的问题,从大规模风电集群控制与优化调度、风电综合利用、多能互补利用、分布式接入与控制等几个技术方向,提出了未来我国风电高效利用的技术趋势,从风电与大能源电力系统发展、市场机制建立、行业管理和技术标准制定等方面提出促进风电高效利用的相关建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    电解制氢与氢储能
    俞红梅, 衣宝廉
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 58-65.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.009
    摘要   PDF (1313KB)

    电解水制氢技术在直流电的作用下,将水分解为纯氢和纯氧。氢作为能源载体,可实现无碳能源的循环利用,可以将波动性的可再生能源电力通过“电– 氢– 电(或化工原料)”的方式加以高效利用,兼具绿色与高效的特点,为未来人类社会的能源转化利用提出了新的解决方案。本文基于氢储能的理念,介绍了电解制氢的技术特点,概括了国内外近期质子交换膜水电解技术的发展态势,分析了新型电解水技术的发展方向,并提出了我国未来发展电解制氢技术与氢储能的建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    柔性太阳电池发展研究
    王辉, 曹越先, 冯江山, 杜敏永, 张豆豆, 王开, 秦炜, 刘生忠
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 66-73.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.010
    摘要   PDF (2248KB)

    柔性太阳电池可应用在卫星、飞艇、无人机、单兵装备、光伏建筑一体化以及可穿戴智能设备上,极具发展前景。本文介绍了柔性硅薄膜太阳电池、柔性碲化镉太阳电池、柔性铜铟镓硒太阳电池和柔性钙钛矿太阳电池的电池结构、制备方法和发展现状,分析了柔性太阳电池效率提升以及产业化过程中存在的问题,并从柔性衬底选择、电池效率提升、产业化装备制造等几个方面,对柔性太阳电池下一步发展提出了建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    中国煤炭清洁燃烧技术路线图的初步探讨
    岳光溪, 周大力, 田文龙, 麻林巍, 刘青, 章景皓, 王志轩, 龙辉, 廖海燕
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 74-79.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.011
    摘要   PDF (793KB)

    在防治污染的迫切要求下,中国必须加快发展煤炭清洁燃烧技术,但当前针对中国煤炭清洁燃烧技术路线图的研究还相对缺乏。本文对我国煤炭利用的结构特点、发展煤炭清洁燃烧技术的重要意义进行了概述,并重点围绕六类煤炭清洁燃烧技术发展的战略思路和目标、国内外技术现状、未来技术方向、重点领域和关键技术等问题进行了初步探讨。在此基础上,描绘了2050 年前中国的煤炭清洁燃烧技术路线图,并给出了相关战略建议。结果表明,近期必须加快在中小型燃煤工业锅炉中应用一批新型循环流化床技术,在民用散烧煤领域推广一批优质型煤和先进炉具,切实减少分散式燃煤污染。从长远来看,政府应加强规划引领,切实提高煤炭用于清洁高效集中发电的比重,并持续研发一批面向未来的绿色煤电技术和系统。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    我国燃煤发电CCS/CCUS 技术发展方向及发展路线图研究
    叶云云, 廖海燕, 王鹏, 王军伟, 李全生
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 80-89.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.012
    摘要   PDF (1024KB)

    我国目前是世界第一大碳排放国,煤炭占我国能源消费碳排放的75% 以上,面临较大的减排压力。本文提出了碳捕获和埋存/ 碳捕获、利用和埋存(CCS/CCUS)技术发展方向,按时间节点制定了我国CO2 捕集技术和输送技术发展路线图、CO2 化工、微藻生物制油和矿化等利用技术发展路线图;对2020、2030、2050 年可能达到的全国碳排放量进行测算,对节能降耗、调整能源结构、CCS/CCUS 技术对CO2 减排的贡献度进行了评估,并提出了推广应用建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    微水头资源开发与发电装置研究现状及趋势
    张玉全, 郑源, 孙科, 杨春霞, 罗红英
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 90-95.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.013
    摘要   PDF (375KB)

    我国水能资源丰富,开发水力发电技术是增加可再生能源供应、优化能源结构、缓解环境问题的优先选择。本文着眼于我国丰富的微水头资源,梳理河流、运河、水库、电厂尾水、管道供水、城市废水、海洋新能源等微水头资源需求和应用特点,总结适合开阔流域和封闭流域特点的两型微水头水力发电水轮机,对形成动势能结合型微水头水轮机设计方法和研究其流动特征和机理提供基础。介绍了微水头资源评估和水力发电水轮机研究的趋势,并对今后研究方向提出了建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    鱼类友好型水轮机设计研究综述
    杨春霞, 郑源, 张玉全, 罗红英
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 96-101.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.014
    摘要   PDF (2032KB)

    当鱼类资源通过常规水轮机时会不可避免地受到损伤。受伤和死亡的鱼类会对水域造成污染,从而制约了水电工程的生态发展。针对鱼类下行过坝的措施及存在的问题,笔者介绍了鱼类通过水轮机流道下行时可能受到的伤害机理,主要分为机械、压力、剪切力和空蚀四种。鱼体的损伤程度与鱼体的种类、尺寸、进入水轮机系统的方式等因素有关。本文根据过鱼损伤机理,提出目前鱼类友好型水轮机设计的主要思路,阐述了传统的水轮机进行鱼类友好设计的准则和典型的鱼类友好型水轮机的设计理念。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    TG-MS 研究生物质组分与聚乙烯共热解特性
    范洪刚, 顾菁, 王亚琢, 袁浩然, 何明阳, 孙富安
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 102-108.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.015
    摘要   PDF (1206KB)

    为了探索生物质主要组分在与塑料共热解过程中的协同效应和小分子气体产物的变化规律,笔者采用热重- 质谱联用(TG-MS)技术研究纤维素、木聚糖、木质素与聚乙烯的共热解特性。共热解样品的混合比例为1∶1(w/w),TG 实验得到了各单组分以及混合组分的失重区间,通过对单组分TG 数据的拟合得到理论值与实验值,比较得到混合组分在共热解过程中存在协同效应,可促进样品的分解。MS 实验数据表明,在共热解过程中聚乙烯的存在促进了生物质组分的分解,从而使小分子气体产物的产量增加。纤维素热解的小分子产物中H2O 和CO2 的产量增大;木聚糖和聚乙烯在共热解过程中会促进对方分解,H2O,CH4,H2 和C2H4 都有更高的产量;木质素和聚乙烯的共热解过程会促进CO,C2H4 和H2 的产生。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    烘焙对厨余垃圾堆肥特性影响
    杨秋, 顾菁, 王亚琢, 袁浩然, 何明阳, 孙富安
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 109-116.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.016
    摘要   PDF (975KB)

    厨余垃圾数量的不断增加对环境造成了严重影响,目前厨余垃圾堆肥化产生的厨余垃圾堆肥品质较差,并且易对土壤造成污染。本文探讨厨余垃圾堆肥在五个不同烘焙温度(250 ℃、300 ℃、350 ℃、400 ℃和450 ℃)、停留时间30 min 条件下获得固体产物的燃料品质和燃烧特性。结果表明,烘焙对厨余垃圾堆肥样品燃料品质(元素分析、工业分析、热值、Cl含量、质量产率和能量产率)和燃烧特性有明显影响。随着烘焙温度的升高,烘焙固体产物的固定碳和C 含量、热值等提高;Cl 含量降低,可以有效抑制燃烧过程中二噁英前驱体的生成,减少二次污染。烘焙后的厨余垃圾堆肥的燃烧放热主要在固定碳燃烧阶段,总体燃烧放热量增加,燃烧特性改善。厨余垃圾堆肥的烘焙温度宜选择250~300 ℃。烘焙预处理对厨余垃圾堆肥燃料特性有明显的改善作用,可以实现厨余垃圾堆肥无害化、减量化和资源化利用。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    城市能源战略发展指标评价体系研究
    李顺昕, 高峰, 张靖, 张绚, 赵敏, 岳云力
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 117-124.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.017
    摘要   PDF (504KB)

    本文针对城市能源战略发展指标,提出了指标设计的六大原则,构建了城市能源战略发展评价的二级指标体系以及相应的计算模型和方法,及时纳入能源新革命、新技术、新业态、新商业模式,涵盖了能源供给、能源消费、电能替代、能效提升、系统灵活、绿色低碳、创新发展、产业发展、安全可靠、经济效益、能源体制共十一个方面。该指标体系适合我国城市能源战略发展决策,笔者以张家口市为例进行了应用验证,对张家口市2017 年现状进行了评价、对2020 年以及2030 年的能源战略发展进行了预测,指出该市具有较强基础、较大发展潜力以及亟待技术突破的领域,提出了城市能源发展目标和城市能源战略发展建议,为城市能源发展提供了指导方向。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    智能电网与能源网融合中的新材料与新装备技术
    宁圃奇, 韦统振, 肖立业, 齐智平, 严萍
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 125-131.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.018
    摘要   PDF (509KB)

    新材料技术及其新装备作为未来智能电网与能源网融合的重要组成部分,对推动我国能源革命,促进能源转型以及刺激能源行业创新发展具有重大作用。本文以“融合网”为对象,重点探讨了新材料及其新装备的关键技术,并详细分析了发展新材料及其新装备对我国能源战略布局与发展的重要意义。基于国内外发展现状,本文重点讨论了新材料及其新装备在实现“融合网”过程中可能遇到的主要问题,分析了面向“融合网”新材料及其装备的发展趋势与挑战。据此本文在最后提出发展建议,力求助力我国新材料及其新装备的建设,推动“融合网”的深度发展。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    需求侧智慧能源系统关键技术分析
    王成山, 王丹, 李立浧, 贾宏杰, 王伟亮
    中国工程科学. 2018, 20 (3): 132-140.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.03.019
    摘要   PDF (1170KB)

    需求侧智慧能源系统作为能源互联网的重要组成部分,是未来能源系统的重要组织形式,对实现可再生能源分布式就地消纳,提升终端能源利用效率等具有重要意义。本文探讨了需求侧智慧能源系统的构成特点,列举了与需求侧智慧能源系统能源生产、传输、分配、转换、存储、消费等环节相关的关键设备与技术,分析了需求侧智慧能源系统的产业发展模式。最后,进一步针对需求侧智慧能源系统的发展前景,分实验示范阶段、应用推广阶段以及普遍应用、完全市场化阶段进行了阐述。

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