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《美国能源部(DOE)报告》

  • 来源专题:中科院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译类型:快报,简报类产品
  • 发布时间:2021-04-12
DOE相关战略规划报告
  • DOE组建国家实验室联盟推进电解槽和燃料电池卡车研发
    guokm
    10月8日,美国能源部(DOE)宣布未来五年将在“H2@Scale”计划框架下投入1亿美元,支持两个由DOE国家实验室主导建立的实验室联盟,以更好地整合国家实验室、高校和产业界研究力量,充分利用国家实验室世界级的科研设施与专业知识联合攻关,以推进氢能和燃料电池关键核心技术突破,进一步提升电解槽和重型卡车用燃料电池性能,并降低成本,加速其在交通运输行业中的部署进程。每个联盟将聚焦各自的核心研究工作,分别为: 1、第一个国家实验室联盟为“百万英里燃料电池卡车”(M2FCT),将由洛斯阿拉莫斯和劳伦斯伯克利两个国家实验室共同领导,致力于卡车用燃料电池研发。重点围绕长途重型卡车应用,开发新的燃料电池技术,以进一步提升燃料电池的性能、耐用性并降低成本,从而加速燃料电池在卡车领域部署进程。 2、第二个国家实验室联盟为“下一代电解槽电解水制氢”(H2NEW),将由国家可再生能源实验室和爱达荷两个国家实验室共同领导,致力于燃料电池电解槽研发。重点是针对重型卡车来开展高性能、低成本的大型电解槽研发,以实现高效低成本产氢,降低氢气成本,使燃料电池卡车具备与传统燃油卡车相当的成本竞争力,促进氢能的部署。

    发布时间: 2021-01-31

  • DOE资助上亿美元加速推进太阳能发电技术研发
    guokm
    美国能源部(DOE)日前宣布资助1.055亿美元用于支持全美遴选的约70个太阳能研发新项目 ,旨在改进太阳能光伏发电和太阳能热发电(CSP)技术,提高光电转换效率和降低发电成本,优化太阳能发电并网流程,提升太阳能电力并入电网的稳定性,并为太阳能产业数字化发展培育相关专业人才,促进太阳能技术和产业的双线快速发展,维持美国在太阳能领域的全球领先地位。本次资助主要关注四大主题领域,具体内容如下: 1先进的太阳能系统集成技术 开发先进的电子电力器件、太阳能+储能技术、光伏集成的传感器技术,从而实现先进的自适应太阳能发电并网系统的研发,以实现太阳能发电高效稳定并网,保障电网的安全、可靠和灵活性。 2新型CSP技术开发 开发新型的高会聚比和极大接收角度聚光器,减少光学畸变提升聚光效率,降低成本;开发热电转化率超过50%的热电循环系统;开发新型的高效传热流体,以匹配新型的聚光器和热电循环系统,从而开发出新型高效的CSP系统,到2030年将发电平准化成本(LCOE)降至5美分/千瓦时。 3光伏器件研发 改进现有的光伏器件制造流程,同时开发新型高效、低成本光伏器件(如钙钛矿、量子点太阳电池),到2030年将光伏发电的LCOE降至3美分/千瓦时。 4太阳能产业劳动力培训 针对未来的太阳能产业数字化发展,对太阳能从业人员进行专业的信息技术培训,同时对退伍军人进行专业技能培训让其在退伍时能够无缝衔接到太阳能产业需求,增加太阳能劳动力,满足太阳能产业发展壮大的劳动力需求。

    发布时间: 2018-06-04

  • DOE发布氢能计划发展规划提出研发重点及发展目标
    guokm
    2020年11月12日,美国能源部(DOE)发布《氢能计划发展规划》,提出了未来十年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架。该方案更新了DOE早在2002年发布的《国家氢能路线图》以及2004年启动的“氢能计划”提出的战略规划,综合考虑了DOE多个办公室先后发布的氢能相关计划文件,如化石燃料办公室的氢能战略、能效和可再生能源办公室的氢能和燃料电池技术多年期研发计划、核能办公室的氢能相关计划、科学办公室的《氢经济基础研究需求》报告等,明确了氢能发展的核心技术领域、需求和挑战以及研发重点,并提出了氢能计划的主要技术经济指标。关键内容如下: 一、“氢能计划”使命及目标 DOE“氢能计划”使命为:研究、开发和验证氢能转化相关技术(包括燃料电池和燃气轮机),并解决机构和市场壁垒,最终实现跨应用领域的广泛部署。该计划将利用多样化的国内资源开发氢能,以确保丰富、可靠且可负担的清洁能源供应。 “氢能计划”设定了氢能发展到2030年的技术和经济指标,主要包括:①电解槽成本降至300美元/千瓦,运行寿命达到80 000小时,系统转换效率达到65%,工业和电力部门用氢价格降至1美元/千克,交通部门用氢价格降至2美元/千克;②早期市场中交通部门氢气输配成本降至5美元/千克,最终扩大的高价值产品市场中氢气输配成本降至2美元/千克;③车载储氢系统成本在能量密度2.2千瓦时/千克、1.7千瓦时/升下达到8美元/千瓦时,便携式燃料电池电源系统储氢成本在能量密度1千瓦时/千克、1.3千瓦时/升下达到0.5美元/千瓦时,储氢罐用高强度碳纤维成本达到13美元/千克;④用于长途重型卡车的质子交换膜燃料电池系统成本降至80美元/千瓦,运行寿命达到25 000小时,用于固定式发电的固体氧化物燃料电池系统成本降至900美元/千瓦,运行寿命达到40 000小时。 二、氢能系统的技术需求及挑战 1、制氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发成本更低、效率更高、更耐用的电解槽;②重整、气化和热解制氢技术的先进设计;③开发利用可再生能源、化石能源和核能的创新制氢技术,包括混合制氢系统以及原料灵活的方法;④开发从水、化石燃料、生物质和废弃物中生产氢气的高效低成本技术;⑤开发低成本和环境友好的碳捕集、利用和封存(CCUS)技术。 2、输运氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发成本更低、更可靠的氢气分配和输送系统;②开发氢气分配的先进技术和概念,包括液化和化学氢载体;③氢气输运的通行权和许可,以及降低部署输运氢基础设施的投资风险。 3、储氢。该领域的技术需求和挑战为:①开发低成本储氢系统;②开发更高储氢容量、重量和体积更小的储氢介质;③开发大规模储氢设施,包括现场大量应急供应和地质储氢;④优化储氢策略,将氢气存储设施布置于最终用途附近,以满足吞吐量和动态响应要求,并降低投资成本。 4、氢转化。该领域的技术开发需求和挑战为:①开发可大规模生产的低成本、更耐用、更可靠的燃料电池;②开发以高浓度氢气或纯氢为燃料的涡轮机;③开发和示范大规模混合系统。 5、终端应用和综合能源系统。该领域的技术需求和挑战为:①系统集成、测试和验证,以识别和解决各应用的特有挑战;②终端应用的示范,包括钢铁制造、氨生产以及利用氢气和二氧化碳生产合成燃料的技术;③示范电网集成以验证氢用于储能和电网服务。 6、制造和供应链。该领域的技术需求和挑战为:①标准化制造流程、质量控制和优化制造设计;②增材制造和自动化制造工艺;③可回收和减少废物的设计。 7、安全、规范和标准。该领域的技术需求和挑战为:①适用、统一的规范和标准,用于所有终端应用,包括燃烧(如涡轮机)以及燃料电池(如卡车、船舶和铁路等需大规模加注氢气的重型应用);②改进安全信息、分享最佳做法和经验教训。 8、教育和专业人员。该领域的技术需求和挑战为:①针对不同利益相关方的教育资源和培训计划,包括应急响应人员、标准规范人员和技术人员(例如,氢及相关技术的操作、维护和处理);②获得关于氢能相关技术的准确、客观信息。 三、近、中、长期技术开发选项 DOE基于近年来氢能关键技术的成熟度和预期需求,提出了近、中、长期的技术开发选项,具体包括: 1、近期。①制氢:配备CCUS的煤炭、生物质和废弃物气化制氢技术;先进的化石燃料和生物质重整/转化技术;电解制氢技术(低温、高温)。②输运氢:现场制氢配送;气氢长管拖车;液氢槽车。③储氢:高压气态储氢;低温液态储氢。④氢转化:燃气轮机;燃料电池。⑤氢应用:氢制燃料;航空;便携式电源。 2、中期。①输运氢:化学氢载体。②储氢:地质储氢(如洞穴、枯竭油气藏)。③氢转化:先进燃烧;下一代燃料电池。④氢应用:注入天然气管道;分布式固定电源;交通运输;分布式燃料电池热电联产;工业和化学过程;国防、安全和后勤应用。 3、长期。①制氢:先进生物/微生物制氢;先进热/光电化学水解制氢。②输运氢:大规模管道运输和配送。③储氢:基于材料的储氢技术。④氢转化:燃料电池与燃烧混合系统;可逆燃料电池。⑤氢应用:公用事业系统;综合能源系统。 四、关键技术领域研发及示范重点 1、制氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①开发减少铂系金属含量的新型催化剂和电催化剂;②开发分布式和大容量电力系统的模块式气化和电解系统;③开发低成本、耐用的膜和分离材料;④开发新型、耐用、低成本的热化学和光电化学材料;⑤加速应力试验并探索退化机制以提高耐久性;⑥降低自热重整等重整技术的资金成本;⑦改进辅助系统(BOP)组件和子系统,如电力电子、净化和热气体净化;⑧通过组件设计和材料集成实现大规模生产和制造;⑨包括电力和氢的多联产可逆燃料电池系统;⑩系统设计、混合和优化,包括过程强化。 2、输运氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①材料在高压或低温下与氢的相容性;②氢液化的创新技术;③用于氢气储存、运输和释放的载体材料和催化剂;④用于氢气低成本分配的创新组件(如压缩机、储氢罐、加氢机、喷嘴等)。 3、储氢 该领域的研发和示范重点事项包括:①降低材料、组件和系统成本;②开发用于高压罐的低成本高强度碳纤维;③开发与氢气相容的耐久、安全性好的材料;④低温液态储氢和冷/低温压缩储氢的研究、开发和示范;⑤发现和优化储氢材料,以满足重量、体积、动力学和其他性能要求;⑥利用化学氢载体优化储氢效率;⑦以化学载体形式储氢用于氢燃气轮机;⑧地质储氢的识别、评估和论证;⑨氢和氢载体出口的系统分析;⑩研究可广泛部署的储氢技术和终端用途的优化目标;研发用于安全、高效和稳定储氢的传感器和其他技术。 4、氢转化 (1)氢燃烧方面,重点关注如下事项:①在简单循环和组合循环中实现燃料中更高的氢浓度(最高达100%);②研究燃烧行为并优化低NOx燃烧的组件设计;③应用和开发先进计算流体动力学;④开发先进的燃烧室制造技术;⑤开发新材料、涂层和冷却方案;⑥优化转换效率;⑦提高耐用性和寿命,降低成本,包括运维成本;⑧开发系统优化和控制方案;⑨评估和缓解水分对传热和陶瓷退化的影响;⑩开发和测试氢燃烧改装组件;实现碳中性燃料(氨气、乙醇蒸汽)的燃烧。 (2)质子交换膜燃料电池方面,重点关注如下事项:①通过材料研发,降低铂族金属催化剂的负载量;②开发耐高温、低成本、耐用膜材料;③改进组件设计和材料集成,以优化可制造和可扩展的膜电极组件的电极结构;④开发自供燃料的燃料电池所用碳中性燃料的内部重整技术;⑤加速压力测试,探索老化机理以及缓解方法;⑥改进BOP组件,包括压缩机和电力电子设备;⑦开发适用于多种重型车辆的标准化、模块化堆栈和系统;⑧改进混合和优化系统的设计。 (3)固体氧化物燃料电池方面,重点关注如下事项:①研发材料以降低成本并解决高温运行相关问题;②管理燃料电池电堆中的热量和气体流量;③解决堆栈和BOP系统的集成、控制和优化,以实现负荷跟踪和模块化应用;④改进BOP组件,包括压缩机和电力电子设备;⑤开发标准化、模块化堆栈;⑥进一步研究杂质对材料和性能的影响;⑦系统设计、混合和优化,包括可逆燃料电池。 5、终端应用 该领域的研发和示范重点事项包括:①为氢能的特定用途制定严格的目标;②解决各终端应用中的材料兼容性问题;③降低成本,提高工业规模电解槽、燃料电池系统、燃气轮机和发动机以及混合动力系统的耐用性和效率;④组件和系统级的集成和优化,包括BOP系统和组件;⑤集成系统的优化控制,包括网络安全;⑥制造和规模扩大,包括过程强化;⑦协调规范和标准,包括氢气加注协议;⑧开发新的氢能应用的容量扩展模型,以确定其经济性。

    发布时间: 2021-03-28

  • DOE发布《能源部门网络安全多年期规划》强化能源网络安全
    guokm
    美国能源部(DOE)日前发布《能源部门网络安全多年期规划》报告指出 ,在高度互联的数字信息时代,可靠的能源和电力供应对交通运输、水利、通信、金融、食品和农业、应急服务等领域的正常稳定运营至关重要,因此增强美国能源系统的网络韧性,保护其免受网络攻击是国家工作的重中之重。鉴于能源系统面临日益增加的网络风险挑战,为了增强能源系统抵御网络风险的能力,降低网络攻击事件给美国能源系统带来的威胁,该规划提出了DOE未来五年力图实现的能源网络安全三大优先目标,包括:(1)加强能源部门网络安全防范;(2)增强网络安全事件协同响应和恢复能力;(3)加速韧性能源传输系统的变革性技术研究、开发和示范(RD&D),以及实现这些目标将采取的相应行动。主要内容如下: 1、能源领域网络安全发展现状 能源系统所有者和运营商已经整合了先进的数字技术实现了对能源系统物理功能的自动化控制,提高了能源系统性能和适应瞬息万变的发电组合。但数字技术的广泛采用也造成了更大的网络攻击面和恶性网络安全事件发生的几率。网络威胁发生的频率、规模和复杂程度日益提高,网络攻击变得更容易发起。民粹主义分子、犯罪组织和恐怖分子经常性通过网络入侵美国能源系统,企图利用网络漏洞来破坏能源系统。随着不同国家之间的能源系统日益增加的互联互通,跨组织和地理边界的能源系统网络安全事件发生概率也逐步增加。作为回应,政府和私营部门持续增加在网络安全运营和维护方面的支出。尽管防御网络风险的能力有所提高,但能源企业越来越难以应对日益严峻的网络安全攻击。 2、能源领域公私合作伙伴关系至关重要 公共和私营部门共同承担确保能源系统免受网络威胁的责任。能源系统所有者和经营者对保护他们的系统免受各种风险负有主要责任。联邦政府与私营部门形成互补,以帮助减少网络事件可能引发大规模或长期的能源中断的风险,从而保护国家和经济安全。随着民粹主义分子、犯罪组织和恐怖分子越来越多地瞄准能源网络,联邦政府将提供业务指导、技术专家、专业信息和资源,以帮助私营部门保护其能源系统。 3、DOE加强能源领域网络安全的策略 预测和应对最新的网络威胁需要不断努力,也需要更多的资源和人力。鉴于网络威胁的升级,之前的网络安全方法效率不高、效果不佳,也不可持续。因而必须认识到当前的现实:资源有限且网络威胁超过了最佳防御能力。为了抢占网络风险防范先机,需要对当前的网络风险管理做法进行颠覆性改变。为此,《能源网络安全多年期规划》着重采取两大战略举措:一是加强与现有合作伙伴的合作,强化能源网络系统韧性和风险管控能力建设,以应对日益增加的网络威胁;二是开发变革性的解决方案,构建固有安全、有韧性和自我防卫能力的新型能源系统。面对不断变化的网络威胁,公共部门和私营部门应该强化合作,采取协调一致的方式来提高信息的透明度、网络风险管控和事件响应能力,以减少美国能源领域的网络风险。 为了落实上述两大战略举措,规划提出了能源网络安全需要优先发展的三大目标,具体内容如下: 1、加强能源部门网络安全防范 •加强网络信息共享和网络风险态势感知能力:定义网络态势感知信息需求和数据;及时提供风险简报,并提高私营部门信息的接触许可程度;在国家/地方利益相关方制定能源保障规划中增加网络安全防范工作比重;建立有效的国家和国际合作伙伴关系。 •开发和改进双向、实时、机器对机器的信息共享工具:推动能源部门参与网络安全风险信息共享计划(CRISP);提升CRISP的能力,以监测、分析和分享网络风险威胁指标;开发一个虚拟的恶意软件取证分析平台。 •强化风险管控能力:更新网络安全能力成熟度模型(C2M2)和风险管理流程(RMP);与电力合作社和公共电力公司合作,塑造能源部门网络安全文化。 •减少关键的网络安全供应链漏洞和风险:建立能源传输系统测试和分析能力。 2、增强网络攻击事件协同响应和快速恢复能力 •为能源领域建立协同的国家网络安全事件应对能力:开发网络安全事件应对流程和应急预案,并利用技术能力来增加网络互助功能。 •开展网络事故应对培训,改善事故报告:培训应急反应人员,更新事故报告流程。 •实施网络安全事件应对流程和协议:建立年度网络安全事件应对演习计划;增加与非联邦政府利益相关方的网络演习。 3、加速韧性能源传输系统的变革性技术研发与示范 •研究、开发和示范创新的工具和技术,以预防、发现和减轻当今能源传输系统的网络安全事件。 •研究和开发变革性的网络安全工具和技术:预测未来能源领域的网络攻击情景,并从一开始就将网络安全设计嵌入新兴的能源传输系统设备;使未来的系统和组件具有网络安全自主意识,能够自动预防、发现和减轻网络安全事件。 •在国家实验室建立战略核心能力,并建立大学合作机制,致力于提升能源传输系统的网络安全性能。

    发布时间: 2018-07-20

  • 美国能源部发布实现低成本生物燃料的综合战略
    guokm
    近日,美国能源部生物能源技术办公室(BETO)发布了《实现低成本生物燃料的综合战略》 报告,提出降低生物燃料成本的五个关键战略,以实现2美元/加仑汽油当量的成本目标。主要战略包括:开发高效生物炼油;改进工艺设计:利用现有基础设施;降低原料成本;开发高价值产品。同时,报告针对上述五方面提出了关键的研发需求。报告要点如下: 一、实现低成本生物燃料的关键战略 1、开发原子效率高的生物炼油厂以最大化原料利用率。利用生物炼油厂原料的所有成分并采用有效的转化策略,提高各种先进燃料和产品生产策略的经济可行性。 2、强化工艺设计以降低资本和运营成本。通过改进工艺集成或新颖的加工路线来降低设施资本成本和运营成本,以提高盈利能力。 3、利用现有基础设施。与其他加工设施集成并重复利用设备,以降低资本和运营成本。同时,利用石油精炼行业可用的设备和加工基础设施,降低反应器、催化剂和相关工艺升级的支出。 4、降低原料成本。利用废物和低品质原料以大大降低原料成本。其他降低原料成本的策略包括:原料生产和利用多样化;使用综合园林管理策略;减少转换材料在收获、收集和储存期间的损失;增强供应系统集约化。 5、开发具有短期市场影响的高价值生物质产品。开发高价值生物衍生燃料和化学品可以加速从研发到市场的过渡。主要策略包括:研究具有目标性能的燃料以提高效率并降低总燃料消耗成本;利用生物质的优势,例如含氧燃料和产品;开发可与当前燃料一起使用并增强石油基掺混油性能的产品;开发航空和海运燃料。 二、关键领域研发需求 1、提高原子效率 (1)木质素改性用于生物化学转化过程:开发木质素降解和改性的综合策略,以最大限度提高产品生产的碳利用率。开发灵活的有机体可将各种降解产物改性为最终产品。集成降解与改性过程以提高产率、降低成本。 (2)木质素改性用于生物化学转化过程:探索木质素改性的替代策略,包括化学催化转化为燃料和化学品。考虑多种木质素改性策略以及一系列潜在产品。开发针对特定产品的低成本耐用催化剂。 开发低成本转化方法,将残余固体分馏生产多种最终产品。 (3)对来自不同过程废物流的沼气进行提纯净化:将废物碳转化为增值副产品和燃料。了解废物沼气和其他不可冷凝碳流的生物改性的成分和净化要求。通过代谢工程提高微生物稳定性并提高产量。开发反应器输运模型,以提高基质的有效质量传递并优化用于生物转化的反应器设计。 (4)不同工艺的催化升级:提高增值副产品的催化剂选择性。了解选择性和相关分离工艺的限制,以满足所需副产品的纯度要求。对于水相碳的热催化或生物提质,开发能够耐受并转化一系列抑制性有机物(尤其是在较高浓度下)的催化剂。将实验研究与建模相结合,以提高对反应机理、催化剂设计和工艺限制的全面理解,从而提高产量。 2、强化工艺设计 (1)生物化学转化过程的生物质降解:优化生物质降解过程。利用过程仿真、基础研究和计算模型来确定新型生物质降解和水解产物调节操作的最佳条件。探索在碳水化合物和木质素加工的集成过程中最大化与下游操作的协同作用。 (2)生物化学转化过程中高效转化和产品回收的协同作用:提高生物化学衍生中间体转化、分离和改性的产量并最小化成本。寻求加快生物代谢工程的策略,以实现糖/木质素的生物转化,以及改进催化剂和反应条件,以高选择性、高产量快速将中间体转化为最终产品。降低中间体和最终产品的分离和净化成本。 (3)混合水热液化转化过程的高效综合方法:最大限度地提高不同最终产品的碳利用率。通过提高水相碳的回收率来提高整体水热液化产量。继续开发分离策略,以改善油品质量,从而降低加氢处理的成本和/或实现水热液化生产的中间体的炼油厂整合。确定潜在的副产品开发机会。 (4)热化学转化过程的原料多样化:设计利用低成本/低品质原料的策略。了解高矿物质含量的低成本原料对转化率和产量的影响,并在催化快速热解过程中设计有效的缓解策略。对不同原料进行系统实验分析,以了解成分对催化快速热解的影响。探索通过对操作单元进行组合来强化过程。使用更小型模块化系统生产低成本催化快速热解中间体,并使用集中式设施和/或通过炼油厂整合来降低资本成本。 (5)热化学转化过程中催化剂的功能和稳定性:通过基础研究和开发提高催化剂性能。开发催化剂以提高气流床和固定床系统中催化快速热解油的产量和品质。增加在线时间,减少再生时间,并减少催化剂成本和固定床系统中的贵金属负载。通过反应器建模以有效利用催化剂并扩大工艺规模。整合计算模型和实验,以开发功能强大的催化剂,最大限度地提高产量,并改善油品质量。 (6)热化学转化过程的副产品开发:开发高质量副产品。从催化快速热解油中开发副产品,如酚醛树脂。利用催化快速热解油中的含氧化合物开发由于成本和工艺限制而未能开发或商业化的其他产品。通过生物和催化途径探索合成气中的其他副产物。 (7)在所有转换过程中共用和利用现有工业基础设施:调查通过工业共生降低资本成本和运营成本的机会。最大限度地利用现有工业设施,包括炼油设施、废水处理和锅炉系统。此外,生物炼油厂可按符合工业共生的方式布局,以便利用附近的现有设施。 3、整合炼油设施 (1)开发适用于生物质衍生中间体和石油的新型催化剂。设计催化剂以提高生物质衍生中间体的产量和燃料品质,从而提高炼油厂的性能和利润率。 (2)了解原料对生物油成分的影响和与石油原料的共加工性。了解原料对生物油/生物原油组分的影响,以确定与石油原料的共加工性。 (3)开发新方法解决由于生物质衍生中间体中的碱金属和其他杂质引起的催化剂失活。炼油厂整合的一个主要不确定性是引入炼油厂不常见的成分,包括氧化剂和碱金属。了解这些成分对炼油厂运营的影响,开发缓解方法以降低风险。 (4)开发预测能力,基于生物质衍生中间体和石油燃料品质来调整运行条件。了解生物质衍生中间体对炼油厂转化的影响,以降低风险和不确定性,并促进将生物质衍生中间体应用于现有的石油精炼基础设施。 (5)准确测定联合加工燃料中的生物碳含量。开发并验证用于评估燃料产品中生物碳含量的准确、可靠且经济的方法,以促进炼油厂的生物燃料联合加工。 (6)通过成分分析准确评估生物油的质量和稳定性。由于羰基和酸的缩合反应,生物油/生物原油可能会随时间发生反应,这些反应将会增加粘度。需确定这些生物中间体的变化过程,开发稳定油品的方法,以在炼油厂进行联合加工之前进行运输和储存。 4、降低原料成本 (1)降低农场生物质供应成本:通过特定能源作物和低成本、低品质生物质资源来增加生物质原料供应。通过基础研究和供应系统建模来确定合适的能源作物和生物质废物源,以降低生物质原料的净获取成本。寻求降低收获和收集成本的策略,以及下游预处理和混合方法,以提供满足条件的低成本原料。 (2)开发土地综合管理方式:通过可持续的生产方式提高种植者的盈利能力,同时整合高产量能源作物以提高生物质利用率。利用计算模型和研究来最大化种植者的盈利能力和生物质生产的可持续性。发展高效生态系统服务的认证量化,根据景观布置、土壤特性、田地几何形状以及农民提供生态系统服务的补偿机制而开发,从而提高长期可持续性,减少原料生产所需的分配成本。 (3)提高生物质产量稳定性:开发新的策略和技术,以减少收获、收集和储存期间原材料的损失。利用基础研究和供应系统建模确定技术和方法,最大限度地将收获的碳原料输送到生物炼油厂。基于各种生物质的收获特性进行优化以开发供应系统,使成本最小化,同时最大限度地提高供应稳定性。 (4)量化原料的规模经济性。由于价格、可变性和不确定性随需求的增加而增加,需要确定原料的规模经济性。在增加生物炼油厂规模和数量的情况下,需要考虑需求的增加。需要对原料进行分析,以根据生物炼油厂数量来量化价格和风险,表征特定区域和路径的原料经济可用性,并提供降低原料交付成本的策略。 (5)最大化已交付生物质的价值:确定和开发技术和策略,利用生物质储存和预处理方法从已弃用或不利于转化的生物质组分中获取价值。通过基础研究、供应系统建模和市场分析明确副产品、技术和市场,以抵消碳损失成本。在权衡成本时,确定在预处理过程中产生的生物质组织和组分在其他市场中具有较高的相对价值。 (6)原料品质分级:制定分级标准以使原料价值与品质相关联。通过基础研究、供应系统建模和市场分析确定各种原料品质属性对成本和产量的影响,以及市场应用所需的品质特性。开发商业生物质分级系统,并探索利用现有商品原料处理基础设施的途径。 5、开发具有市场影响力的产品 (1)燃料和发动机的协同优化:增强对燃料/性能关系的理解,以提高各种发动机的效率。目前的工作主要集中在火花点火发动机上,确定有助于提高整体效率的性能,生物质混合燃料可以帮助实现此类改进。未来应扩展到中型和重型发动机的性能改进,这将有助于将生物质转化策略扩展至生产具有市场影响力的混合燃料。 (2)航空燃料:通过整合高性能生物基航空燃料来提高发动机效率。开发替代航空燃料,以备将来在现有燃烧硬件设备中使用。探索研发替代航空燃料(如含氧成分)和发动机燃烧系统的共同优化,以增强燃料系统/发动机的可接受性并改善飞机性能。 (3)高性能生物产品:利用生物质独特的化学性质生产性能优越的材料和化学品。通过基础研发和第一性原理计算分析了解结构-性能的关系,以识别具有理想性能的产品。鉴于生物质具备生产性能优越的化学品和产品的潜力,从经济性角度探索可行的路径和产品。 (4)废物转化为能源:开发将废物流转化为增值产品和燃料的方法。了解用于水热液化和生物废物转化为能源的策略(例如厌氧消化技术)。了解区域废物的规模效应和混合效应,通过模块化降低资本成本、利用水热液化水相碳以及炼油厂共同加工水热液化生物原油等方法以降低成本。

    发布时间: 2020-11-09

  • DOE资助超3000万美元推进固态氧化物燃料电池技术研发
    wukan
    3月15日,美国能源部(DOE)宣布资助3250万美元用于“煤基固态氧化物燃料电池技术(SOFC)”研发项目 ,旨在开发经济、高效的新型SOFC技术,加速SOFC技术的商业化,解决传统燃煤电厂发电效率低和污染严重问题,从而降低能源消耗和减少有害气体的排放。本次资助项目涵盖四大技术主题,包括:(1)固体氧化物燃料电池高温阳极循环鼓风机;(2)利用高成本效益的氧化铝奥氏体钢制造阻挡构件减少电厂配套设施的铬蒸发扩散;(3)用于分布式发电的兆瓦级SOFC发电技术研发和技术经济评估;(4)SOFC发电装置核心技术研发

    发布时间: 2018-04-23

  • DOE投入1570万美元开发煤炭新用途
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    近期,美国能源部(DOE)陆续投入1570万美元,支持开发高性能煤基材料,以扩展煤炭作为碳基材料来源在建筑、基础设施等方面的新用途。具体内容如下: 一、用于建筑、基础设施等煤基新材料开发 12月10日,DOE宣布在“先进煤炭加工”计划下,投入870万美元支持14个煤基新材料开发项目,以应用于建筑、基础设施等领域: 1、用于住宅/商业建筑的煤基新材料。包括:①开发轻质、高性能和可扩展的煤基建筑复合材料,含煤量高达95%(质量分数),物理、化学和热性能超过普通硅酸盐水泥,整体加工成本低于10美元/吨;②开发煤基纤维水泥板替代新材料,进行实验室规模挤压试验以评估材料性能和技术可行性,并开发分子动力学模拟以预测材料特性;③开发煤基砖块,将使用无烟煤和塑料废料粘合剂制造煤基砖块,并分析技术经济性和进行市场调查;④开发高性能煤基商用新型复合建筑面板材料,将以煤为主要原料开发原型刚性板,进行性能测试并制定扩大生产规模的计划,同时验证制造成本;⑤开发高性能环保煤基建筑材料,将利用煤热解产物开发建筑材料,包括混凝土砖和碳基结构件,含碳量低于70%(质量分数),以生产具有低成本和低碳足迹的建筑材料。 2、用于基础设施的煤基组件。包括:①开发煤塑复合材料管道基础设施组件,含碳量为70%、含煤量为51%,比现有塑料管道具有更佳的成本、性能和环境效益;②开发用于基础设施产品的轻质高强度煤基建筑材料,比同类商业产品更轻、更结实耐用和耐磨,可实现更大的建筑设计自由度;③利用煤基固体碳材料开发下一代多功能智能路面,将开发和示范可用于野外的多功能智能路面,通过煤基固体碳材料建造和改善沥青路面。 3、煤基高价值碳产品。包括:①开发煤转化为石墨烯的低成本技术,将应用过程工程、在线监测、人工智能和模块化工业设计,示范将煤转化为高质量石墨烯生产设备(250吨/天)的技术经济可行性;②开发将煤转化为石墨烯的简易技术,尝试采用一种突破性的闪光焦耳加热(FJH)工艺,将不同种类的煤转化为高质量石墨烯,并利用人工智能技术进行优化,评估其技术经济性,以促进该技术的商业化;③利用褐煤生产锂离子电池负极碳材料,将以褐煤制备的沥青为主要原料,生产用于锂离子电池的高性能硅碳(Si-C)复合材料,评估基于该材料的电极性能并与商用电极比较,研究小试规模生产的可行性;④利用煤炭生产高质量多功能碳量子点,将开发一种新型、边界、低温、经济高效且环保的技术,以生产高价值煤基量子点,进行两个应用样例的评估,如用于太阳电池和光催化。 4、煤基碳泡沫的连续不间断生产。包括:①开发大气压环境下煤基碳泡沫产品的连续加工工艺,显著降低生产成本,为建立大规模生产平台奠定基础。 5、碳基建筑原型的设计、研究、开发、验证和制造。包括:①开发使用碳基建筑材料的模块化房屋,将使用含碳量至少71%的碳基材料,具备轻质、安装快、设计灵活等优点。 二、碳基建筑原型设计、验证和制造 12月14日,DOE宣布投入700万美元,支持设计、开发、验证和制造碳基建筑原型。本次招标重点针对一个技术主题:利用碳基材料设计和建造部分建筑结构。将通过原型设计,最大限度利用新型碳基产品。建筑原型将使用含碳量至少70%的建筑材料,其中一半以上必须由煤炭生产。将通过原型设计和制造,示范碳基建筑材料的技术和经济可行性,包括抗弯强度、浸出和氧化行为、热稳定性、水吸附性等。

    发布时间: 2021-04-11

  • DOE资助1800万美元推进先进核能技术研发
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    11月13日,美国能源部(DOE)宣布投入1800万美元用于支持先进核能技术研发 ,旨在整合联邦政府研究机构、大学与相关企业研究力量,加速新型反应堆系统概念设计和先进核能技术的研究突破,推进美国核电产业发展,提高核电技术的经济效益和安全性。本次资金将通过四种途径进行资助,包括:(1)核能首堆示范预备项目(FOAK),针对存在重大技术和许可证审批风险且到21世纪20年代中后期可能部署的核电厂,进行先进反应堆设计开发和先进技术升级;(2)早期先进反应堆开发项目,提出最能促进先进反应堆设计和技术发展以及商业化的概念和想法;(3)监管支持资助,为解决设计监管问题、监管审查许可证审批的专题报告或论文,以及为了获得先进反应堆设计和能力的认证和许可批准的其他工作提供直接支持。(4)“加速核能创新门户”(GAIN)资金援助。具体内容参见表1。 表1 先进核能技术研发项目具体内容 资助途径 项目描述 资助金额/ 万美元 核能首堆示范预备项目 小型模块化反应堆(SMR)被动安全系统性能集成/单独效果测试程序(第一阶段):开发一套可配置测试平台以测试SMR被动安全系统性能,加速SMR-160及其他SMR的商业化和获取美国核监管委员会(NRC)及国际监管机构许可 162 先进反应堆开发项目 •核设施电缆老化验收标准:制定机械、电气、热和化学状态监测测试验收标准用于电缆老化验收 •Exelon公司沸水反应堆(BWR)建模分析,以预测特征值和热限制:通过反应堆建模工具Virtual Environment for Reactor Applications(VERA)进一步了解Exelon公司的15个BWR堆芯行为,改进BWR堆芯性能(包括反应性和热裕量)预测以降低循环产能和燃料成本 •模块化室内电子束焊接:通过模块化室内电子束焊生产大型厚截面组件 •风险维护自动化平台:开发和运行风险维护自动化试点平台,显著降低核电站运营核维护成本 1430 监管支持资助 美国陆地能源公司-美国核监管委员会(TEUSA-USNRC)一体化熔盐反应堆(IMSR)的预审核 50 GAIN •用于铅基快堆的氧化铝成型奥氏体不锈钢的开发和测试:以解决铅基快堆的关键问题(高温下液体铅的腐蚀性);优化氧化铝成型奥氏体不锈钢用于铅基快堆关键部件材料,如燃料棒包层、热交换器、反应堆内部构件和反应堆容器,ORNL将进行液体铅测试 •评估Elysium公司熔盐快堆的燃料循环技术可行性,主要涉及闭式燃料循环和消除轻水堆废料的相关创新概念研究,包括50年以上无需净化或在不去除锕系元素情况下进行在线净化 •在核试验台上评估NexDefense公司现有核网络安全软件,为商业应用做准备 •在沸水堆和小规模压水堆燃料设计中采用浓缩钆,评估其等离子体分离工艺相关技术和设计改进,以用于钆-157商业浓缩的等离子体分离工艺设备 •进行混合能源系统设计和分析,用核电热电联产取代现有田纳西州金斯波特的电力设施 215

    发布时间: 2019-03-01

  • DOE 1.6亿美元资助推进首批先进反应堆示范计划
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    10月13日,美国能源部(DOE)宣布在“先进反应堆示范计划”(ARDP)框架下向泰拉能源公司和X能源公司资助1.6亿美元,旨在加速美国核能企业的下一代先进核反应堆技术研发和示范工作,建造两个可在7年内投入商业运行的先进反应堆,维持和强化美国在未来全球核电市场的领先地位。本次资助情况具体如下: 1、泰拉能源公司 泰拉能源公司将联合其合作伙伴(包括通用电气、日立公司)开展钠冷快堆示范工作。该类型的反应堆工作温度高,可以储存热能,能够提供灵活的电力输出,有助于解决可再生能源电力输出波动性问题。此外,泰拉能源公司还将建造一个新的核燃料制造设施,以满足反应堆示范工作需求。 确保开展的先进反应堆原型示范项目必须满足美国核能监管委员会(NRC)的设计、选址、许可等标准,并确保新型反应堆能够在签署合作协议之日起的未来5~7年完成NRC的认证、许可审查和监管活动,制定完善的运营流程和完整的操作员培训、完成反应堆建造和示范工作,以确保先进的反应堆能够按计划实现最终商业运营。 2、X能源公司 X能源公司将基于Xe-100反应堆来设计开发并交付一座由4个核电机组组成的新型商用核电站。Xe-100反应堆是一种高温气冷堆,不仅能够提供灵活电力输出,同时也能够为工业热应用(如高温制氢、高温海水淡化等)提供热能;该公司还将建造一座商业规模的三层各向同性碳包覆高丰度低浓铀核燃料制造设施。

    发布时间: 2021-02-11

  • DOE资助160万美元支持高校开展化石能源技术研发
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    2月8日,美国能源部(DOE)化石能源局宣布资助160万美元支持高校(包括煤炭研究院、黑人院校和少数民族机构)开展化石能源技术研究和开发项目 ,旨在支持实验室的大学培训和研究计划,培训下一代科学家和工程师,推动以煤为基础的化石能源资源的相关基础研究和应用创新。资助项目将重点关注两个领域: (1)电厂废水中的煤污染物分离 将支持分析不同燃料、电厂和运行参数对电厂污水中煤污染物形成的影响。这些项目将产生支持优化发电厂环境控制的成果,同时最大限度地降低所需的成本和能源用量。 (2)由机器人技术实现自动化工厂组件检查、分析和修复 选定的项目将在化石燃料电厂使用的几项技术(如自动化、无损评估、机器人和修复)整合方面取得进展。主要关注以下任何或全部子目标: ·机器人检测系统; ·机器人维修系统; ·检测数据的自动化收集和分析。

    发布时间: 2018-04-23

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