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2024年 第11卷 第5期
2024, 11(5): 1-14.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.01
摘要:
目的 碳利用技术可以将CO2转化为燃料、化学品和建材等有价值产品，是一种减缓气候变化、促进资源循环利用的创新科技手段。气候效益和经济性评估是目前碳利用技术分析的难点，也是其技术发展和推广的关键。 方法 文章从背景分析、基准线选择、边界划分及指标计算等角度，综合构建了一个用于量化分析碳利用减排效益和经济性的方法学。并利用该方法学对4种典型CO2利用技术的单位减排量、平准化减排成本和单位减排收益等关键指标进行了分析。 结果 研究表明：CO2强化石油开采（CO2-EOR）的单位减排量为1.62～5.85 t CO2/t油。当桶油价格在390元左右时，不同注采比条件下CO2-EOR的单位减排收益为2～1152元/t CO2。CO2加绿氢制甲醇的单位减排量为4.89 t CO2/t甲醇，单位减排收益为负值，即仍需18～833元/t CO2的补贴或同等碳价格水平的支持才能实现减排的盈亏平衡。CO2钢渣固碳技术用于生产建筑材料的单位减排量为0.94 t CO2/t钢渣微粉，单位减排收益为36～164元/t CO2；CO2养殖微藻用于生产生物柴油的单位减排量为0.36 t CO2/t微藻粉，其单位减排收益可达3万~9万元/t CO2。除文章重点研究的指标外，实际的项目决策还需考虑技术稳定性、市场环境和资源条件等因素对经济性的影响。 结论 不同碳利用技术在不同情景下的减排效果和适用性各异，为确保发挥其积极减排作用，需完善制度建设，推动其融入碳市场，并评估其实际气候影响，以支持具备气候效益的技术。
2024, 11(5): 15-25.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.02
摘要:
目的 旨在探讨面向碳中和背景下直接空气捕碳（Direct Air Capture，DAC）技术的发展现状、应用案例及其经济性评估，以期为我国实现碳减排目标提供参考。 方法 文章综述了DAC技术的工作原理、类型、运用案例，并分析了其在国内外的发展情况。通过比较不同研究中的成本数据，评估了DAC技术的经济性，并讨论了当前面临的挑战与可能的解决措施。 结果 研究发现，DAC技术能有效从空气中捕集CO2，具有布置灵活、可与可再生能源结合等优点。但其商业化应用仍受到高成本、高能耗和大规模部署的技术挑战的限制。国内外的案例分析揭示DAC技术在实际应用中的效率和成本问题亟待解决，同时也显示了通过技术改进和政策支持可能实现的优化潜力。 结论 尽管存在挑战，DAC技术仍是实现碳中和目标的潜在储备技术，尤其对中国等面临严峻碳减排压力的国家具有重要意义。需要集中研究力量开发更高效、低成本的吸收/吸附剂，改进系统设计，降低能源消耗，并积极探索与可再生能源的结合使用。政府的政策支持和社会的广泛认可也是实现DAC技术商业化的关键因素。通过这些措施可以推动DAC技术的发展和应用，助力实现碳减排和环境保护的双重目标。
2024, 11(5): 26-36.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.03
摘要:
目的 能源安全前提下的绿色低碳转型与工业结构调整是浙江省“碳达峰碳中和”工作面临的严峻挑战。由于浙江省煤电发电量占比较高，碳捕集利用与封存技术（CCUS）有望在浙江省能源与工业等领域的双碳技术体系中扮演重要角色，是实现化石能源大规模低碳利用的重要技术选择。 方法 从CO2捕集、输送、利用与封存方面综述了浙江省CCUS技术的研究进展，介绍了浙江省CCUS工程示范项目的开展情况；总结了CCUS全链条各环节主要技术的特点，简要分析了当前CCUS技术发展的问题；展望了CCUS技术在浙江省的发展前景，并提出了发展建议。 结果 浙江省在CCUS各环节，特别是CO2捕集方面拥有良好的技术储备。省内全流程示范项目工艺路线多样，捕集侧包括燃烧前和燃烧后捕集，利用与封存侧涵盖生物、矿化、化工利用及地质封存，各环节技术成熟度差异化较明显。项目规模较小，初投资和运行成本普遍较高，空间分布分散，不利于形成产业集群。 结论 需准确把握浙江省重点领域CCUS潜力和源汇条件，因地制宜推广CCUS集成项目，持续开展技术研发，并在激励机制、政策法规、商业模式等方面予以保障。
2024, 11(5): 37-49.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.04
摘要:
目的 作为CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）中重要的碳捕集手段，变压吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）捕集CO2技术受到广泛应用。但过高的捕集能耗和运行成本制约了技术的推广和落地，如何精准地依据实际情况选择合适的捕集技术并降低捕集能耗尤为重要。 方法 针对国内外变压吸附技术的基础研究与技术应用进行了讨论，并以某石化企业采用PSA技术捕集CO2的实际应用案例，分析了该技术在石化行业应用的经济性和前景。 结果 在文章案例中，采用PSA吸附捕集CO2技术的项目对煤制氢装置净化单元、低温甲醇洗单元产出的约80万t中浓度碳源进行捕集封存，针对73.9%浓度的CO2原料气，装置实现了96%的CO2回收率以及98%的捕集纯度，在杂质气体方面，H2S、CH4及CH3OH均控制在0.015%以下，可实现约56 kWh/t CO2的捕集电耗。研究发现，变压吸附技术具备吸附剂再生能耗低、压阻低、工艺连续及吸附剂稳定性强的优势，表现出技术与经济可行性。由于变压吸附以物理吸附为主，因此PSA对于低浓度的原料气CO2处理可能会面临能耗较高且富集浓度不足的问题。 结论 综上，PSA捕集CO2技术适宜用于中浓度碳源的处理，在未来石化、水泥等行业中排放的尾气处理上具有潜力。
2024, 11(5): 50-56.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.05
摘要:
目的 二氧化碳捕集、利用和封存是实现全球温室气体净零排放的重要举措。二氧化碳加氢催化合成甲醇是碳的有效利用方式之一，将二氧化碳转化为重要燃料、化工产品甲醇，还可与电解水制氢结合，将产物甲醇作为氢气的储存载体。 方法 通过Aspen Plus模拟软件构建二氧化碳加氢催化制甲醇工艺模型，对于30万t/a的甲醇生产规模，考虑氢源来自电解水制氢，详细分析了温度、压力、二氧化碳/氢气进料比对甲醇产量的影响。 结果 模拟计算结果表明：合成温度为250 ℃，二氧化碳/氢气进料比为7.33时，甲醇产量最高；考虑直接与电解水过程结合，合成压力选取5 MPa是合理的；氢气的含水量对甲醇的产量有一定影响，原料氢气每增加100 kg/h的含水量，甲醇产量仅降低0.1%。 结论 通过模拟确定了二氧化碳加氢合成甲醇系统关键工艺参数的选取依据，证明了电解水得到的氢气不经过干燥、压缩处理，直接与甲醇合成工艺结合的可行性，新能源制氢耦合二氧化碳加氢合成甲醇工艺是具有应用前景的甲醇合成技术。
2024, 11(5): 57-62.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.06
摘要:
目的 文章旨在深入分析和完善我国的碳定价机制，以更有效地促进社会向绿色低碳转型，同时在全球碳达峰、碳中和进程中提升我国的领导力和主动权。 方法 通过综合梳理全球碳定价机制的当前状况与未来趋势，深入剖析了我国现有碳定价机制存在与总体气候政策目标关联不足、碳市场产权性质不明确、市场主体不活跃等不足。进一步探讨了碳价上涨对我国减排效果和能源供应保障的潜在影响。 结果 结合我国国情，文章给出了利用碳市场碳配额、碳税、碳市场与碳税协调、碳金融构建我国碳定价机制的策略方向与对应举措。 结论 在明晰我国碳定价机制发展思路的基础上，为我国在国际碳定价机制上赢得更多话语权提供了国内电证碳市场协同、提升我国绿证“纯度”、参与推进国际碳市场互认进程、合作促进各国间碳定价协调机制建立等对策参考。
2024, 11(5): 63-74.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.07
摘要:
目的 红树林生态系统具有极高的固碳能力，是全球碳循环的重要部分。探索其碳汇潜力可促进减缓和适应气候变化，为我国碳达峰与碳中和提供一种潜在的海洋方案。 方法 通过研究红树林蓝碳评估的方法学，开展广东省碳储量和碳汇潜力的估算。广东省红树林碳储量约为3 222.035 kt C，其中植被碳储量约为1 094.465 kt C，土壤碳储量约为2 127.57 kt C。不同红树林群落中，桐花林的植被碳储量含量最高，约为1 508.931 kt C，其次依次为白骨壤、秋茄、无瓣海桑，植被碳储量分别约为1 508.931 kt C、859.115 kt C、193.296 kt C和660.693 kt C。 结果 根据《红树林保护修复专项行动计划（2020－2025年）》，2025年广东省营造红树林55.00 km2，碳汇潜力可增加36.171 kt CO2-e ~99.891kt CO2-e，有较大的碳汇潜力。 结论 研究可为广东省红树林碳汇造林提供科学依据，对我国碳达峰与碳中和事业具有重要意义。
2024, 11(5): 75-85.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.08
摘要:
目的 2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和已被确定为中国经济社会高质量发展的重要战略目标。当前，碳汇是实现碳中和的重要措施之一，有效的碳汇激励政策是实现“碳中和”的保障。 方法 通过梳理国内外生态系统碳汇发展，揭示我国碳汇发展存在的主要问题，对我国碳汇项目建立全面认识。研究碳汇项目参与碳市场交易的机制，明晰获益渠道。并进一步通过试点经验对比分析研究，通过具体问题具体分析的方式，得出相关结论。 结果 结果表明，我国碳汇项目开发以林业碳汇为主，其他碳汇项目开发较少，项目周期以中短期为主，项目开发增速有所放缓。当前我国碳汇发展面临的3个主要问题：（1）开发碳汇的方法学种类少限制多；（2）开发过程长机制不完善；（3）开发后碳市场激励效果不显著。 结论 研究表明我国未来生态系统碳汇工作仍面临巨大挑战。为推动碳汇高质量发展，仍需加快调整与升级碳汇支持政策、加大碳汇科技投入和积极发展“碳汇+”产业。
2024, 11(5): 86-94.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.09
摘要:
目的 新能源汽车的蓬勃发展给高速公路用电负荷带来了更高要求。文章基于我国高速公路用电负荷、光资源禀赋以及适用于高速公路服务区的储能技术分析，研究了光-储-充一体化发展路线的公路交能融合模式的自洽性，并结合工程实例，对公路交能融合模式的可行性进行论证和分析。 方法 通过分析我国公路里程数、新能源汽车市场渗透率、以及公路交通的光储资源，基于新能源汽车增长可能导致的公路用电负荷增长和公路交通的光资源利用空间，得出高速服务区的光储充综合能源利用模式。结合已有交能融合自洽模式的工程示例，对高速公路光-储-充一体化发展模式提出建议。 结果 数据表明，到2025年，全国新能源汽车保有量将超过2 500万辆，新能源车将达到37.5 TWh的电能消耗，电能需求潜力巨大。同时我国道路沿线及周边地区光资源丰富，所蕴含的光伏发电潜力约为1 022.8 TW，而通过测算可得，高速公路的基础设施年均能耗约为17.99 TW。 结论 交通与能源融合的主要路径应从开发基于道路交通自身基础设施的风、光自然资源禀赋，形成自洽供给的交通能源系统入手，从而构建交通系统能源供给分布式、清洁化、可再生、近零排放的系统解决方案。光-储-充一体化的交能融合开发路线能够将可再生能源就地消纳，在推进公路用能清洁化的同时缓解电网压力，潜力巨大。文章可为我国公路交能融合的发展提供一定的理论支撑与借鉴。
2024, 11(5): 95-104.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.10
摘要:
目的 交通运输是我国碳排放最大的领域之一，在碳达峰、碳中和目标下，如何构建以能源互联网为基础的新型交通能源综合系统是我国交通运输领域低碳转型的重要命题。 方法 文章聚焦公路交通能源综合系统，对我国新型公路交通能源综合系统的发展目标、政策背景等进行梳理，并讨论其创新与启示。 结果 我国新型公路交通能源综合系统围绕“交通能源-交通经济-交通低碳”的多目标需求，目前已发展出充换电、“光储充”一体、“油气氢电光充储”等多种交通能源综合服务商业模式，相应的协同规划与建设、运行与控制、先进储能、多级协调能源管理等关键技术也正在逐渐发展，但还面临规划、运营、环保等多方面问题，后期应通过扩大市场宣传、破除体制机制障碍、加强技术协同等方式引导新型公路交通能源综合系统快速发展。 结论 探讨我国面向未来的新型公路交通能源综合系统，为我国交通运输领域高质量发展提供一份思考。
2024, 11(5): 105-115.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.11
摘要:
目的 为实现“碳达峰、碳中和”的战略目标，交通行业向绿色化和低碳化转型发展势在必行，交能融合是交通领域达成双碳目标的重要技术路径之一，投资决策模型和商业模式增强了交能融合发展的动力。 方法 通过分析投资估算组成及决策要点，提出经济评价指标和环境效益指标，构建投资决策模型，并从发展路径、框架及典型场景构想等方面对交能融合的商业模式进行探索。 结果 通过对典型交能融合项目的投资可行性分析，验证文中所提交能融合投资模型的有效性。基于我国光资源情况划分的区域，将我国交能融合模式推广分为单项产业融合推广区域、多产业融合推广区域、产业集群融合推广区域。将交能融合商业模式的发展划分为培育、提升和创新3个阶段，并分析了不同阶段的市场定位、投融资主体及方式、运营方式及盈利机制，归纳形成不同阶段的商业模式典型场景，实现商业模式的不断升级。 结论 文章提出的交能融合投资决策模型有助于提高投资者的决策效率和效果，商业模式有助于推动交能融合的市场化发展。
2024, 11(5): 116-122.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.12
摘要:
目的 单列圆锥滚子轴承双支撑的主轴系结构在风电机组中得到了广泛的应用，确定合适的轴承工作游隙，对轴承和主轴系的可靠运行至关重要。 方法 以某中速永磁风电机组主轴系为研究对象，建立了轮毂、主轴、上风向轴承和下风向轴承一体化的动力学分析模型；计算得到了不同轴向游隙下，轴承滚道寿命、承载区域以及最大接触应力的变化趋势。 结果 确定了配对单列圆锥滚子轴承理想的轴向工作游隙范围为−0.74~−0.3 mm。 结论 研究结果对轴承和主轴系的可靠运行具有重大意义，为配对单列圆锥滚子轴承轴向工作游隙的确认提供了方法和参考。
2024, 11(5): 123-131.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.13
摘要:
目的 移动式平台进场安装海上风机的插拔桩施工过程风险大，易影响邻近基础结构的工作性能，甚至导致其失稳破坏。 方法 为厘清桩靴插拔过程对临近基础的影响机理，文章针对类矩形桩靴，采用CEL大变形方法，开展了其在均质和非均质黏土中插拔过程模拟，重点分析了插桩过程对邻近导管架基础产生的附加倾覆角演变机理；并基于大变形模拟结果，利用小变形进一步研究了桩靴拔出后土体软化效应对邻近桶各向极限承载力的影响。 结果 研究结果表明，在桩靴挤土作用下，三桶导管架基础均会发生先顺后逆的转动位移，且随着净间距的增加而逐渐减小。同时，挤土导致的土体软化会使邻近桶各向承载力降低。 结论 受插拔桩靴的影响，非均质土中的三桶导管架的倾覆角度更大，所对应的贯入深度更深。插拔桩靴所造成的软化区域影响范围在均质黏土中水平方向延伸较大，深度方向较小。在均质黏土中，平均强度损失较小，三桶导管架的水平向、转角向的承载力损失较少。在均质和非均质黏土中，竖向承载力折减明显，最大折减系数可达0.72。
2024, 11(5): 132-139.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.14
摘要:
目的 为满足我国“30、60”的碳达峰、碳中和目标，大量风电、光伏等新能源发电通过变流器接口接入系统，以替代燃煤同步机组出力，极大地影响了电力系统惯量及相应的频率动态特性。 方法 首先分析传统电力系统惯量运动方程及传统发电机扰动后的惯量响应阶段的功频动态过程，再定性讨论了大规模新能源接入后的系统惯性缺失机理。 结果 讨论了国内外常用的集中惯性评价指标，阐述了用系统的总动能和惯性常数作为电网惯性评价指标的依据。 结论 结合某省级电网的新能源开发和消纳的规划，对该省级电网的惯量水平进行了工程化评估，提出了相应的惯量提升建议。
2024, 11(5): 140-148.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.15
摘要:
目的 针对海上换流站的特点，提出海上换流站站用电系统设计方案。 方法 通过分析国内外对海上换流站站用电的要求，结合海上风电场的建设情况及实际需求，提出海上换流站站用电系统的设计方案。 结果 首次提出海上换流站设置站外电源的方案，简约化的接线方案可提高设备利用率和站用电的转换效率，并对其控制保护进行分析，验证该接线方案的实用性和可靠性。对比海上升压站低压配电系统的方案，提出了不设置应急段母线及柴油发电机在出口处并接的优化方案，并通过实例分析海上换流站负荷特性，提出了柴油发电机容量、油箱容量、柴油发电机进线断路器选择的方法。 结论 研究的方案在保证站用电可靠性的前提下进行了优化设计，具有较强的实用性和适用性，为海上换流站站用电系统设计提供指导。
2024, 11(5): 149-158.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.16
摘要:
目的 在现阶段能源紧缺和碳减排双重压力下，以电为中心的清洁能源转型势在必行，在此背景下，电力系统的稳定性、运行管理自动化、智能化将是电力系统发展的必然选择，而人工智能（AI）技术则是实现这一目标的关键手段之一。 方法 首先介绍了国内外电力系统碳排放情况，并在此基础上指出了中国电力系统低碳发展的困局及可行的解决方案，继而论述了AI技术在电力系统发展中的应用与前景。 结果 针对低碳、低能耗电力系统转型，提出了火电行业资本和资源整合、碳捕集技术应用等低碳改造，以及促进清洁能源消纳、平稳替代等一系列电力系统低碳发展路线，并指出在能源转型背景下，AI技术将成为电力系统自动化、智能化平稳运行的关键，能够广泛应用于电力调度、继电保护、电力设备管理、电力系统稳定评估与决策等电力系统运行管理领域，具备广阔的应用前景。 结论 随着第三代AI技术的不断优化甚至第四代AI技术的不断开发，未来其在电力系统中的应用将越来越广泛。
2024, 11(5): 159-167.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.17
摘要:
目的 电动汽车的普及使得人们的出行变得更加环保，但大规模电动汽车充电也增大了电网供电的压力。为了评估电动汽车充电对电网的冲击，构建了一种基于蒙特卡洛法的大集群电动汽车的充电负荷计算方法。 方法 在该方法中，电动汽车根据用途被分为6类：私家车、公交车、出租车、网约车、公务车和物流车。对每一类电动汽车，提取其典型电池性能参数，并建立概率模型描述其出行和充电行为的随机性。再结合各类电动汽车规模的预测，通过随机取样模拟每个电动汽车的日内充电安排，进而确定其日内充电负荷，最后通过聚合方法得到电动汽车集群的总充电负荷。 结果 以2030年南方某省电动汽车集群作为仿真案例。 结论 案例分析表明所提出的方法能够提供各类型电动汽车和整个集群的日内充电负荷。同时在所有电动汽车类型中，公交车的充电负荷峰值最高，达到4 639.5 MW，其次是私家车的负荷峰值，但不到公交车的70%，而出租车的负荷峰值最低。整个电动汽车集群充电高峰在夜晚19:00－23:00，负荷峰值可达10.092 7 GW。
2024, 11(5): 168-177.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.18
摘要:
目的 随着“双碳”目标的提出及碳市场规模日益扩大，如何管理碳资产、 实现碳资产保值增值成为大型能源企业绿色低碳发展面临的重要问题，文章针对大型能源企业面临形势、管理模式现状、管理体系构建方法等方面进行综述分析，为我国大型能源企业在碳资产管理上提出相关建议。 方法 首先研判了全国碳市场启动与国家核证自愿减排量CCER即将重启背景下能源企业面临形势，而后对当下企业碳资产统一管理模式与分散式管理模式之间的成本差异进行分析，进而提出碳资产管理“四统一”原则、“企业总部-碳资产管理公司-控排企业”三级制度、交易风控“五个原则”体系，通过搭建大型能源企业统一碳资产信息化管理平台，逐步深化数据管理及开发、低碳分析及咨询、市场交易及碳金融3大板块业务，构建碳资产管理业务生态链。 结果 通过对当下能源企业面临形势、发展现状、政策要求进行梳理分析，理清了碳资产管理体系优化方法与未来业务发展方向。 结论 文章综述了双碳背景下大型能源企业碳资产管理体系及业务架构，现阶段管理模式上仍存在分散管理带来的一系列问题，需要从顶层管理、组织实施、资金保障、风控管理、人才保障、激励考核等多途径逐步优化管理，实现碳资产保值和增值目标，助力本土区域乃至全国“双碳”工作顺利开展。
2024, 11(5): 178-190.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.19
摘要:
目的 面对国家“双碳”战略的推进，我国各地区能源将在其独特资源禀赋上，向低碳利用方向发展。为了解低碳能源发展水平，需要对能源低碳利用进行评价研究。 方法 文章首先对能源低碳利用评价对象进行分析；然后对能源低碳利用评价指标进行分类与整理；接着梳理和介绍各评价方法和模型的特点，说明对能源低碳利用评价研究的作用。 结果 能源低碳利用评价对象可分为能源系统评价和区域性能源评价，从能源低碳指标、能源利用指标和能源安全指标3个方面综述了评价指标，合理运用主客观赋权评价方法可以更全面、准确地评估了解能源低碳利用的情况。 结论 当前能源低碳利用评价通常只作为评价指标体系的一部分体现。随着低碳能源的发展、清洁能源占比的提升，低碳能源利用进行评价的重要程度将越来越大。
2024, 11(5): 191-199.
doi: 10.16516/j.ceec.2024.5.20
摘要:
目的 工业园区作为我国工业化与城市化发展的重要载体，在提供大量基础设施和公共服务的同时也成为我国碳排放的主要源头，是实现我国碳达峰、碳中和目标的重要切入点和着力点。为实现工业园区碳排放精细化管理，提出了工业园区碳排放转移过程分析与“双碳”路径优化决策理论研究框架。 方法 首先，分析工业园区范围内能源、工业、建筑、交通、基础设施等业务场景的碳排放特性，建立基于清单分析法的工业园区碳排放核算模型；其次，考虑工业总产值、产业结构、能源结构、能源消耗量等因素对碳排放的影响，建立基于STIRPAT方法的碳排放影响因素分解模型；最后，分析数字化技术赋能绿色低碳转型的作用机理与影响路径，提出“双碳”路径优化决策方案。 结果 以江西省赣州经开区为研究对象，计算2020—2022年工业园区的碳排放量和碳排放强度，识别碳排放量增加的主要影响因素，从产业结构、能源结构、政策制度和平台建设4个方面规划了工业园区“双碳”转型路径。 结论 研究表明，所提模型能够充分提炼工业园区统计数据的信息，具有科学性和有效性，为工业园区“双碳”转型路径决策与园区数字化碳管理工业互联网平台建设提供了理论支撑。
