掺氢天然气的管道输运特性仿真与分析 被引量：2

1

作者 封德彬 王文 马凡华 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期390-399,共10页

掺氢天然气(HCNG)输送是利用现有天然气管线实现氢气长距离运输的一种可行方案,天然气中因氢气的加入使得输运气体的物性发生明显变化,从而对管道的输运特性造成一定影响。本文对掺氢混合气的流动及换热过程进行了分析建模,对天然气掺... 掺氢天然气(HCNG)输送是利用现有天然气管线实现氢气长距离运输的一种可行方案,天然气中因氢气的加入使得输运气体的物性发生明显变化,从而对管道的输运特性造成一定影响。本文对掺氢混合气的流动及换热过程进行了分析建模,对天然气掺氢管道的运行特性进行了计算分析,并在计算中使用物性快速计算公式代替BWRS方程进行物性求解以提高计算效率。根据计算结果,氢气与天然气混合气体的黏度、密度、体积热值和焦耳-汤姆逊效应系数随着掺氢比例的增加而下降,比热容和压缩因子随掺氢比例的增加而增加;在管道运行中,管输体积流量随掺氢比例的增加而上升,管道压降和管道管存随之下降,管道的能量流量先下降后在大掺氢比后略有回升;管道能量流量恒定时,管道出口压力先降低后略有升高;氢气的加入会削弱长输管线压降导致的温度降低;地面温度对于管输流量和能量流量影响较小。 展开更多

关键词 氢 掺氢天然气 管道输送 掺氢比 数值模拟

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基于支持向量机的氢混天然气发动机性能预测 被引量：4

2

作者 段浩 陈晖 +3 位作者 翟兆阳 韩雨 马凡华 崔亚辉 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1002-1011,共10页

为提高氢混天然气(HCNG)发动机的标定效率,精确预测发动机参数,对一台氢气体积分数为20%的HCNG燃料发动机进行试验研究和性能预测分析。基于高转速低负载工况稳态标定试验数据,采用支持向量机(SVM)方法建立发动机参数关联模型,并利用不... 为提高氢混天然气(HCNG)发动机的标定效率,精确预测发动机参数,对一台氢气体积分数为20%的HCNG燃料发动机进行试验研究和性能预测分析。基于高转速低负载工况稳态标定试验数据,采用支持向量机(SVM)方法建立发动机参数关联模型,并利用不同寻优算法为模型寻找最优参数,以提高各项参数的预测精度。结果显示:若发动机运行于最大扭矩点火正时,则等效天然气比消耗(BSFC)最小,NO_(x)比排放(BSNO_(x))也处于较理想的水平,尤其在增加氢气比例时,这些外特性有更加显著的提升;SVM模型可以较好地描述发动机输入参数与输出参数之前的非线性关系,自变量与因变量之间的相关性较强(决定系数R^(2)均大于0.97),模型的预测精度较高,利用遗传算法得出的最优预测模型具有较高的泛化能力,扭矩、BSFC、BSNO_(x)的平均绝对百分比误差分别仅为1.23%、1.98%、5.43%。 展开更多

关键词 氢混天然气 低负载工况 支持向量机 发动机标定

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纯氢/掺氢天然气管道的减压与调压 被引量：4

3

作者 李玉星 周慧 +5 位作者 朱建鲁 刘翠伟 吕浩 彭薇 芦澍 李璐伶 《油气储运》 CAS 北大核心 2024年第1期21-31,共11页

【目的】调压系统作为连接长输管道与城镇燃气管网的关键环节之一,在实现“氢进万家”中发挥着重要作用,然而氢气与天然气的物性差异会影响调压的工艺控制效果。【方法】采用纯氢/掺氢天然气减压调压实验与调压动态模拟相结合的方式,以... 【目的】调压系统作为连接长输管道与城镇燃气管网的关键环节之一,在实现“氢进万家”中发挥着重要作用,然而氢气与天然气的物性差异会影响调压的工艺控制效果。【方法】采用纯氢/掺氢天然气减压调压实验与调压动态模拟相结合的方式,以稳压精度、响应时间、适用度函数作为判定减压调压系统稳压效果的依据,对掺氢比、流量波动周期、下游流量变化幅度、管输压力及PID参数进行了敏感性分析。【结果】(1)系统波动越频繁、气体流速越大,导致系统受到扰动后波动幅度越大,减压调压系统越不易实现稳压,需对管输纯氢或者掺氢天然气的高流速运动进行限制。(2)调压系统流量有正弦变化的波动,以稳压精度±1.5%为要求,开展减压调压实验时,PID比例参数、积分参数设定在1~2范围时,可基本实现纯氢/掺氢天然气在城镇燃气管道压力范围内的调压。(3)当管输气体流速相同时,纯氢的瞬时波动较天然气更为明显,控制系统的响应时间、适应度函数均随掺氢比的增大而逐渐增加;纯氢的压力瞬时波动可达到纯甲烷的1.15倍,控制系统的响应时间、适应度函数也分别增大为纯甲烷的1.13倍、2.68倍,当氢气与甲烷为相同比例参数、积分参数时,含氢气体更难实现稳压,可根据掺氢比适当降低积分参数或增大比例参数,实现与天然气相同甚至更好的稳压效果。【结论】研究成果可为纯氢/掺氢天然气管道的实际调压过程提供一定的理论参考。(图13,表3,参27) 展开更多

关键词 氢气 掺氢天然气 调压 减压 PID 最优值

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考虑阶梯式碳交易机制的混氢天然气综合能源系统低碳经济运行

4

作者 范宏 杨忠权 夏世威 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期624-635,I0008,共13页

氢能是实现“双碳”目标的重要能源载体,碳捕集技术是能源行业减排的重要技术手段.将氢气、天然气掺混形成混氢天然气,可以实现氢能的有效输运与利用,同时应用碳捕集技术对火电机组进行改造,有助于推动可再生能源的大规模消纳并降低碳... 氢能是实现“双碳”目标的重要能源载体,碳捕集技术是能源行业减排的重要技术手段.将氢气、天然气掺混形成混氢天然气,可以实现氢能的有效输运与利用,同时应用碳捕集技术对火电机组进行改造,有助于推动可再生能源的大规模消纳并降低碳排放水平.在此背景下,建立制氢设备和燃料电池的精细模型,针对系统碳排放问题,建立碳捕集火电机组的碳排放、出力模型以及掺氢热电联产的数学模型,并引入阶梯式碳交易机制控制碳排放.基于此,以购能成本、碳排放成本、弃风成本和碳封存成本之和最低为目标,计及管网掺氢比、碳捕集等约束,建立混氢天然气综合能源系统优化调度模型,采用粒子群算法结合CPLEX求解.通过不同场景对所构建的模型进行分析,验证调度模型在推进低碳经济发展方面的优势. 展开更多

关键词 混氢天然气 风电消纳 综合能源系统 低碳经济

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“碳达峰、碳中和”目标下混氢天然气技术应用前景分析 被引量：61

5

作者 邱玥 周苏洋 +2 位作者 顾伟 潘光胜 陈晓刚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期1301-1320,共20页

氢能是我国实现“2030年前碳达峰,2060年前碳中和”的重要能源载体,基础设施发展动力不足是制约其大规模发展的重要因素。将氢气与天然气掺混形成混氢天然气(hydrogen enriched compressed natural gas,HCNG),并注入全国天然气管网,能... 氢能是我国实现“2030年前碳达峰,2060年前碳中和”的重要能源载体,基础设施发展动力不足是制约其大规模发展的重要因素。将氢气与天然气掺混形成混氢天然气(hydrogen enriched compressed natural gas,HCNG),并注入全国天然气管网,能够实现氢能的跨省区输运和利用,从而有效促进可再生能源的大规模消纳,助力“双碳”目标的早日实现。为此,该文全面探究混氢天然气技术在我国的应用前景。首先,从多角度评估氢能在我国碳减排进程中的发展潜力,并针对混氢天然气供应链的关键环节开展技术经济分析;随后,展望混氢天然气在我国能源系统的中长期发展路径;最后,阐述混氢天然气技术发展过程中一系列待研究的关键问题。 展开更多

关键词 碳达峰 碳中和 混氢天然气 电制氢 技术经济分析 应用前景

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考虑混氢天然气的综合能源系统低碳经济调度 被引量：21

6

作者 康丽虹 贾燕冰 +2 位作者 谢栋 田丰 王子辉 《电网与清洁能源》 CSCD 北大核心 2023年第7期108-117,共10页

提出考虑混氢天然气的电-气综合能源系统低碳经济调度策略,协同调度P2G设备中电制H2和电制CH4 2种电-气转换过程,以混氢天燃气(hydrogen enriched compressed natural gas,HCNG)的形式满足终端燃气需求,以改善系统的运行性能。经改进的I... 提出考虑混氢天然气的电-气综合能源系统低碳经济调度策略,协同调度P2G设备中电制H2和电制CH4 2种电-气转换过程,以混氢天燃气(hydrogen enriched compressed natural gas,HCNG)的形式满足终端燃气需求,以改善系统的运行性能。经改进的IEEE 14节点电力网和比利时20节点天然气网耦合系统进行验证,结果表明,所提IEGS调度策略可在提高风电转换效率、实现碳减排的同时,保障用气需求,提升系统运行的经济性。 展开更多

关键词 电-气综合能源系统 电转气 混氢天然气 风电消纳 低碳经济调度

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考虑电解槽组合运行的风电-氢能-HCNG耦合网络容量优化配置 被引量：15

7

作者 杨紫娟 田雪沁 +1 位作者 吴伟丽 袁铁江 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期76-85,共10页

纯氢运输成本高是阻碍电制氢消纳可再生能源技术发展的因素之一。采用混氢天然气(HCNG)技术,将氢气直接掺入天然气管道运输,能有效降低运输成本。针对管道掺氢时掺氢比控制问题和制氢设备容量配置问题,建立了风电-氢能-HCNG耦合网络。... 纯氢运输成本高是阻碍电制氢消纳可再生能源技术发展的因素之一。采用混氢天然气(HCNG)技术,将氢气直接掺入天然气管道运输,能有效降低运输成本。针对管道掺氢时掺氢比控制问题和制氢设备容量配置问题,建立了风电-氢能-HCNG耦合网络。在分析电解槽单体过载效率特性基础上,对多电解槽模块化集成的电制氢系统运行特性进行分析,进一步提出多电解槽双层轮值协调运行策略。以系统收益最大为目标,考虑系统中功率、氢气平衡及各设备运行约束,建立了能够满足掺氢需求的氢能系统容量配置模型,并采用MATLAB调用CPLEX进行求解。通过算例分析和比较验证了管道掺氢在长距离输氢中的经济性及可行性,基于电解槽运行特性的双层轮值策略能够均衡电解槽运行时长、降低容量配置需求、减小投资成本。 展开更多

关键词 氢储能 混氢天然气 碱性电解槽 协调运行 容量优化

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考虑碳排放和混合燃烧特性的氢混燃机精细化建模及应用 被引量：5

8

作者 谢敏 叶佳南 +3 位作者 何知纯 何润泉 刘明波 宁楠 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期4319-4339,共21页

随着混氢天然气技术发展,氢混燃机成为未来电-混氢天然气城市综合能源系统的关键技术节点。为此,该文分别对混氢天然气网和氢混燃机进行特性分析,并搭建考虑多气体组分混合的混氢天然气网与氢混燃机耦合架构。从多学科信息融合角度出发... 随着混氢天然气技术发展,氢混燃机成为未来电-混氢天然气城市综合能源系统的关键技术节点。为此,该文分别对混氢天然气网和氢混燃机进行特性分析,并搭建考虑多气体组分混合的混氢天然气网与氢混燃机耦合架构。从多学科信息融合角度出发,采用阿伦尼乌斯方程和系统热力学分别对氢混燃机的碳排放和混合燃烧出力特性精细化建模,并基于实例参考范围验证所提模型的合理性。在此基础上,将氢混燃机模型应用到优化调度中,以系统总运行成本最低为目标函数,计及城市配电网、混氢天然气网以及用户单元内部运行约束,建立电-混氢天然气城市综合能源系统优化调度模型。以耦合混氢天然气系统的某实际城市配电网为算例进行验证,结果表明,基于电转气的天然气网掺氢运输和本地储氢供应均能有效提高电网的可再生能源消纳水平,其风电利用率之差不超过2.12%,但前者的总运行成本比后者少4.31%,能够降低系统总运行成本的同时有效促进用户侧低碳减排。 展开更多

关键词 混氢天然气 氢混燃机 碳排放 混合燃烧 阿伦尼乌斯方程 系统热力学 城市综合能源系统

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受限空间掺氢天然气泄漏与燃爆特性研究综述 被引量：6

9

作者 马青峰 韩辉 +4 位作者 李玉星 孔莹莹 刘翠伟 常曦文 王赛磊 《油气与新能源》 2023年第1期117-128,共12页

将氢气掺入现有的城市燃气管道系统,能够实现氢气的较大规模输送,但同时也带来了更严峻的安全挑战。掺氢天然气在管道输送过程中如果发生连续泄漏,在城市燃气管廊和终端用户等受限空间容易形成危险气体积聚,氢气的高泄漏速率和扩散性、... 将氢气掺入现有的城市燃气管道系统,能够实现氢气的较大规模输送,但同时也带来了更严峻的安全挑战。掺氢天然气在管道输送过程中如果发生连续泄漏,在城市燃气管廊和终端用户等受限空间容易形成危险气体积聚,氢气的高泄漏速率和扩散性、纯氢和掺氢天然气较大的燃爆浓度范围可能导致掺氢天然气在受限空间内的安全风险更大,伤害后果更严重。为此,围绕掺氢天然气在受限空间内的安全问题,综述了其在受限空间的泄漏积聚、燃烧爆炸特性和安全评价方面的研究进展,指出了目前面临的问题与挑战。建议未来应加强对掺氢天然气在特定应用场景下的泄漏扩散特性研究,深入研究掺氢天然气管道和临氢设备燃烧爆炸事故的特性和演化规律;安全评价方面可采用数据驱动、机理仿真的方法形成有效的掺氢天然气泄漏爆炸评价方法。 展开更多

关键词 掺氢天然气 管道输送 泄漏积聚 燃烧爆炸 安全评价

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计及氢气-天然气混输的气电综合能源系统动态最优能流计算 被引量：5

10

作者 刘文昕 方家琨 +2 位作者 胡可崴 钟治垚 艾小猛 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第S01期1-17,共17页

利用可再生能源电解水制氢并注入天然气管道进行跨区域输运和利用,能够有效改善“三弃”现象,助力能源系统低碳转型。然而,氢气与天然气物化性质存在较大差异,掺氢后气网各管道、节点气质不均一,压力、流量等运行工况发生显著变化。该... 利用可再生能源电解水制氢并注入天然气管道进行跨区域输运和利用,能够有效改善“三弃”现象,助力能源系统低碳转型。然而,氢气与天然气物化性质存在较大差异,掺氢后气网各管道、节点气质不均一,压力、流量等运行工况发生显著变化。该文建立了含掺氢环节的气电综合能源系统动态最优能流模型,重点推导了计及分布参数效应的混氢天然气动态潮流方程,反映节点处氢气质量分数与气体流速的定量关系和传输网络中各管道气质差异,揭示掺氢后气网动态过程的关键特征。同时,为降低优化问题求解难度,将模型中难以处理的双线性项等价重构为具有物理意义的新变量,并采用低掺氢比假设等简化方法进一步消除模型非线性,从而将非凸非线性问题转换为线性规划问题。该模型在反映异质气体注入对系统能流分布的影响的同时能够适应大规模优化问题的求解要求。最后通过仿真算例验证了所提模型的合理性和有效性。 展开更多

关键词 混氢天然气 混氢气电综合能源系统 动态最优能流计算 协调运行策略

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天然气发动机掺氢20%时瞬态排放性能研究 被引量：5

11

作者 马凡华 王业富 +2 位作者 丁尚芬 江龙 汪俊君 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期8-12,16,共6页

对天然气发动机掺氢20%(体积比)的瞬态性能进行了研究。主要研究包括不同催化器ETC循环排放的对比、不同加速加浓因子的排放对比以及20%天然气掺氢发动机(HCNG)与纯天然气发动机的排放对比。试验结果表明:三种催化器都能使天然气掺氢发... 对天然气发动机掺氢20%(体积比)的瞬态性能进行了研究。主要研究包括不同催化器ETC循环排放的对比、不同加速加浓因子的排放对比以及20%天然气掺氢发动机(HCNG)与纯天然气发动机的排放对比。试验结果表明:三种催化器都能使天然气掺氢发动机排放达到环境友好型汽车标准。随着加速加浓因子的增大,发动机扭矩跟随性越好,但会造成各种排放同时上升,特别是NOx上升幅度很大。三种氧化型催化转化器转化效率大小排序为:ECOCATⅡ型>国产催化器>ECOCATⅠ型。对于这三种催化器来说,随着催化效率的提高,排气阻力加大,发动机动力性下降,燃料消耗率上升。掺入20%氢气后,在不带催化器的情况下,NOx、CO、NMHC、CH4排放和燃料消耗率相对于原天然气发动机分别下降51%、36%6、0%4、7%和7%。 展开更多

关键词 内燃机 天然气掺氢发动机 氧化型催化器 瞬态性能 排放

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天然气掺氢发动机燃气供给系统设计与试验研究 被引量：2

12

作者 张朝山 熊树生 +4 位作者 任晓帅 姚红 徐进 谢莲 刘震涛 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1162-1167,共6页

提出了将滑动弧电解制氢装置应用到天然气发动机中,通过电解天然气制氢,轻松实现天然气(CNG)发动机到天然气掺氢(HCNG)发动机的改装。通过自制装置,进行了过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的HCNG对发动机排放特性影响的试验... 提出了将滑动弧电解制氢装置应用到天然气发动机中,通过电解天然气制氢,轻松实现天然气(CNG)发动机到天然气掺氢(HCNG)发动机的改装。通过自制装置,进行了过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的HCNG对发动机排放特性影响的试验研究。结果表明,发动机燃用HCNG,其HC和CO的排放都减少,NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增加或点火提前角的减少,NOx排放会大大减少,排放性能得到优化。同时进行了体积掺氢比20%的HCNG和纯CNG外特性对比试验研究,结果表明,相比纯CNG,燃用掺氢20%HCNG后,其动力性变化不大,燃料消耗率却相应的减少,经济性得到改善。 展开更多

关键词 动力机械工程 天然气掺氢 滑动弧电解制氢 排放 掺氢比

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