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一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、技術(shù)分析 火力發(fā)電深度調(diào)峰是目前最易實現(xiàn)且可最大程度緩解新能源引發(fā)電網(wǎng)沖擊問題。火力發(fā)電靈活智能深度調(diào)峰核心問題在于鍋爐的智能燃燒調(diào)整難。為提高火力發(fā)電調(diào)峰響應(yīng)速度以及實現(xiàn)鍋爐的深度調(diào)峰，需要通過有效的實時監(jiān)測手段，獲取鍋爐當前運行的準確運行參數(shù)，實時評估鍋爐運行狀況，并基于調(diào)峰目標開展快速的燃燒優(yōu)化調(diào)整，以解決頻繁調(diào)峰以及深度調(diào)峰可能引發(fā)的鍋爐安全穩(wěn)定運行問題。 本技術(shù)提出了：1）基于物流網(wǎng)的鍋爐輸煤系統(tǒng)“上、配、儲、給”全流程動態(tài)可視化在線監(jiān)測技術(shù)；2）激光拉曼入爐煤質(zhì)在線檢測技術(shù)；3）爐內(nèi)燃燒CO在線監(jiān)測與CO/O2雙參量聯(lián)合控制燃燒技術(shù)；4）飛灰含碳軟/硬耦合在線檢測等核心技術(shù)與裝備；5）基于上述智能檢測技術(shù)的全流程鍋爐靈活智能燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。

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“氣體燃料發(fā)動機高能點火及燃料噴射電控系統(tǒng)”是氣體燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的核心部分。本項目主要應(yīng)用于稀燃天然氣發(fā)動機，ECU系統(tǒng)采用基于寬域氧傳感器的空然比稀燃閉環(huán)反饋及自學(xué)習(xí)控制技術(shù)，精確控制空然比使發(fā)動機在稀薄燃燒狀態(tài)，減小發(fā)動機熱負荷，減小發(fā)動機燃料消耗量；此外，采用高能點火裝置并使用各缸獨立順序點火控制技術(shù)，提高點火能量，使稀燃混合氣燃燒完全，排放污染物減少，發(fā)動機工作穩(wěn)定；采用柔性功率調(diào)節(jié)裝置——電子節(jié)氣門，用以調(diào)節(jié)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)功率以及瞬態(tài)動力性和排放性能，減少瞬態(tài)過程排放。 為了保證氣體發(fā)動機點火正常，其點火所需的能量比汽油機更高，應(yīng)采用高能點火系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高能直接順序點火控制系統(tǒng)，通過晶體管的開關(guān)作用代替?zhèn)鹘y(tǒng)點火系統(tǒng)的斷電器觸點，使初級電流不經(jīng)過觸點，這樣便可增大初級電流的斷開值，減少點火線圈低壓繞組的匝數(shù)和低壓電路電阻，從而提高點火電壓。另外，取消傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中常用的分電器，采用每個火花塞單獨控制方式，直接進行控制，不會因產(chǎn)生火花而消耗部分電磁能量，直接點火方式使得電磁能量得到充分的利用。目前，該系統(tǒng)的功能及性能指標已達國際同類產(chǎn)品水平，發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性指標優(yōu)良，排放限值達國IV標準。 系統(tǒng)構(gòu)成：傳感器有轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器、進氣壓力傳感器、寬域氧傳感器等，執(zhí)行器有噴嘴、點火線圈以及火花塞、電子節(jié)氣門、增壓壓力控制閥等，控制器為高性能16單片機。系統(tǒng)的基本功能是通過發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號、曲軸位置信號等來進行判缸信號的識別、轉(zhuǎn)速的計算，并通過發(fā)動機的運行工況計算各缸點火的時刻以及各缸初級點火線圈的通電時間、噴射時刻及噴射脈寬等，并實現(xiàn)空燃比稀燃閉環(huán)精確控制等。    主要應(yīng)用范圍： “氣體燃料發(fā)動機高能點火及燃料噴射電控系統(tǒng)”主要用于以各種氣體為燃料的內(nèi)燃機，目前國內(nèi)多采用單點燃料噴射系統(tǒng)及理論空燃比控制方式，相對而言控制簡單，點火能量較低。為了滿足發(fā)動機更嚴格的排放和節(jié)能要求，國內(nèi)各大中城市的公交車輛普遍采用天然氣發(fā)動機，氣體發(fā)動機只有采用稀燃方式方能達到要求，稀燃氣體燃料發(fā)動機需要較高的點火能量和燃料噴射要求，因此，“氣體燃料發(fā)動機高能點火及燃料噴射電控系統(tǒng)”具有較廣泛的市場。

復(fù)合垃圾衍生燃料制造技術(shù)是開發(fā)低成本、高固硫率和防潮抗水型，適用于工業(yè)鍋爐燃用的復(fù)合垃圾衍生燃料，可以適量加入粘結(jié)劑或根據(jù)生物質(zhì)具體性能對其進行生物化學(xué)預(yù)處理以適當提高其粘結(jié)力；可將復(fù)合垃圾衍生燃料的灰分、水分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、燃料比、粒徑大小、焦渣特性、熱變形特性等調(diào)整到有利于燃燒的最佳值，大幅度降低生產(chǎn)成本，使之發(fā)展成先進的高效清潔燃料。 該工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是制備出適合我國現(xiàn)有鍋爐燃燒的新型垃圾衍生燃料。RDF制備過程中摻入一定量的煤，不僅有利于提高熱值，均勻分配物料，同時還可以起到助粘的作用；同時，壓制成型塊燃料，使其具有統(tǒng)一形狀和規(guī)格，易實現(xiàn)成型時添加固硫、脫氯劑及催化劑等，再配套合適的燃燒設(shè)備，既有利于高效燃燒又能減少污染。該處理方式，可為國內(nèi)垃圾提供一條新型資源化解決途徑，這樣既節(jié)省了處理垃圾的處理費和供熱燃料費，又減少了固體廢棄物。 本研究利用生物質(zhì)型煤生產(chǎn)工藝來進行了 C-RDF 成型制備研究。復(fù)合垃圾衍生燃料爐前成型是指直接使用煤場的動力配煤，在不添加或添加少量粘結(jié)劑的條件下，由置于鍋爐旁的成型機成型后直接下落到爐排上，供鍋爐燃用。 垃圾衍生燃料成型工藝主要分為三個工序，即原料制備、攪拌成型和固結(jié)干燥。3個環(huán)節(jié)中重點在于原料制備環(huán)節(jié)。 垃圾衍生燃料之所以能在爐內(nèi)燃燒過程中取得較散煤好的經(jīng)濟和環(huán)境效益，是由于燃料個體形狀規(guī)格，使垃圾衍生燃料層具有均勻分布的空隙率，且其單個空隙容積較大，有利于可燃氣體的反應(yīng)。燃料層的空隙率大則通風(fēng)阻力小，有助于降低風(fēng)機電耗和結(jié)渣程度。

目前，市場上的火鍋燃料以固體酒精為主，一般以甲醇、乙醇為主要原料。為了降低成本，市場上出售的多數(shù)是以甲醇為原料的固體酒精。在燃燒過程中甲醇的揮發(fā)不僅給人的眼睛帶來刺激，而且容易引起身體的不適，甚至中毒的危險。另外采用易揮發(fā)性的液體作為主要原料，給產(chǎn)品帶來了一些缺點，如儲存穩(wěn)定性不好、易燃液體易滲漏，容易引起火災(zāi)，安全性很差。針對這樣的因素，經(jīng)過多年的努力，研制出一種高能固體燃料。這種燃料為純固體塊狀產(chǎn)品，使用安全，儲存無任何危險性，可在家庭、酒店、宿舍、辦公室使用，是目前固體酒精火鍋燃料的替代品。

近日，上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授汪宏斌團隊開發(fā)的氫燃料電池?zé)o人機及無人小車載新型金屬氫燃料電池電堆，通過進一步降低動力系統(tǒng)自重提高能效，使其續(xù)航時間長達2小時，滿足10000平方米空間連續(xù)作業(yè)，且搭載氣瓶充氣只需3-5分鐘，大大縮短了充電時間。 隨著新冠疫情暴發(fā)，各地防疫工作迅速展開，無人機以及無人小車廣泛應(yīng)用于短途物資配送、消毒液噴灑、廣播宣傳、布控監(jiān)測等多個領(lǐng)域。傳統(tǒng)機型多采用鋰電池系統(tǒng)作為動力，工作時長短且充電時間長，影響防疫工作效率。相較于鋰電池動力系統(tǒng)，氫燃料電池具有清潔環(huán)保、能量密度高、充氣快、安全等性能優(yōu)勢，能夠滿足無人機及小車長時間、高強度作業(yè)。 目前，汪宏斌團隊開發(fā)的氫燃料電池?zé)o人機及小車搭載消毒裝置,已經(jīng)應(yīng)用于地方疫情防控工作中，形成了一套以氫燃料電池作為動力系統(tǒng)、高續(xù)航、高效率的“陸-空”立體無人防控系統(tǒng)。 浙江省金華市智能制造產(chǎn)業(yè)園的企業(yè)復(fù)工前夕，氫燃料電池?zé)o人機在園區(qū)內(nèi)進行了全面消毒作業(yè)。此次用于消毒作業(yè)的無人機搭載了1.5Kw金屬電堆，配置了15kg消毒液，續(xù)航里程達2小時。除此之外，無人機還在金華市多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道、社區(qū)內(nèi)進行了廣播宣傳和消毒作業(yè)，大大節(jié)省了防疫期間的用人成本，減少了人員聚集帶來的疫情傳播風(fēng)險。點擊查看原文

1）質(zhì)子交換膜燃料電池電堆 質(zhì)子交換膜燃料電池是指一類以質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)的燃料電池體系，這種燃料電池也經(jīng)常被稱為固態(tài)聚合物燃料電池，電池中包括質(zhì)子交換膜、催化劑層、氣體擴散層、雙極板，一般將質(zhì)子交換膜、催化劑層及氣體擴散層電極壓成一體，并稱為膜電極集合體。 研究組目前掌握質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的關(guān)鍵技術(shù)，包括各關(guān)鍵材料的結(jié)構(gòu)、特性，并開展了大量研究實驗分析環(huán)境濕度、工作壓力、工作溫度、反應(yīng)氣體條件、燃料利用率和空氣利用率等對電池電壓-電流性能的影響。已有定型產(chǎn)品，具備科技成果的技術(shù)轉(zhuǎn)化能力。 2）車用燃料電池系統(tǒng) 用燃料電池做電源驅(qū)動汽車是電動汽車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。具備產(chǎn)業(yè)化技術(shù)能力。 3）軍用燃料電池系統(tǒng) 軍事上的應(yīng)用是燃料電池最主要的也是最適合的市場之一，其最初就是作為宇宙飛船或潛艇使用的數(shù)千瓦級能源而開發(fā)的。此后,由于各國政府尤其是加拿大、美國和德國對質(zhì)子交換膜燃料電池用于航空航天和軍事領(lǐng)域研究的重視和資助,使得其技術(shù)越來越成熟,性能日益提高。 針對軍事應(yīng)用領(lǐng)域的潛艇動力源、通信指揮系統(tǒng)電源、軍事備用電源、應(yīng)急照明電源以及航空航天領(lǐng)域等，研制一款氫能備用電源產(chǎn)品，采用箱柜式機體外殼，內(nèi)部可根據(jù)需要配置單個或多個質(zhì)子交換膜燃料電池電堆模塊，并外置多個固態(tài)氫存儲裝置，滿足各種用電需求。

小型燃料電池的基本要求應(yīng)是可以室溫快速啟動、工作溫度低、壽命長、比功率和比能量高、燃料和氧化劑便宜易得、易儲存和攜帶（無毒或低毒，或者有毒物無外滲透問題）、且整體體積小等。根據(jù)燃料電池的分類及工作原理，只有低醇類質(zhì)子交換膜燃料電池最接近這一要求。但質(zhì)子交換膜燃料電池商品化必須解決成本和燃料兩大問題。據(jù)報，目前質(zhì)子交換膜燃料電池成本已降至每千瓦數(shù)百美元，通過批量生產(chǎn)和提高技術(shù)水平，還有可能進一步降低成本。最理想的燃料是純氫，但儲氫材料及其安全性仍是極大困難。含一個碳的甲醇（CH3OH）在催化劑的作用下部分氧化、并經(jīng)凈化制富氫，是一個理想的替代氫源，而且原有的加油系統(tǒng)可以共用。但甲醇蒸汽有毒（會造成眼睛失明）且甲醇易滲透污染地下水，因此，直接甲醇燃料電池必須很好地解決密封和環(huán)保處理問題。而這一困難，對于間接甲醇燃料電池就比較容易解決。所謂間接甲醇燃料電池，就是將燃料系統(tǒng)分開，先用甲醇催化氧化制出富氫，而后再進入電池作為燃料。

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量轉(zhuǎn)換效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點， 是電動汽車的理想動力源。但燃料電池電動汽車(FCV)的商業(yè)化，必須解決基 于碳載鉗(Pt/C)催化劑FCV的高成本問題。 自2009年美國科學(xué)家在Science雜志報道氮參雜碳納米管(NC)具有潛在 的氧還原(0RR)催化活性以來，化學(xué)家與材料科學(xué)家一直在探尋如何進一步 提高NC材料的0RR催化活性的方法，以代替目前燃料電池發(fā)動機中的Pt/C催化劑。因此，我們的研究團隊基于氮參雜石墨烯(NG)材料，在國際上首次通過 “NG分子結(jié)構(gòu)一NG電導(dǎo)率一0RR催化活性”的關(guān)聯(lián)，找到了該科學(xué)難題的突破 點.我們在分子結(jié)構(gòu)模擬的基礎(chǔ)上，認識到三種氮參雜NG材料中，既唳型和既 咯型具有二維平面結(jié)構(gòu)，使NG保持了石墨烯原有的平面共輾大兀鍵結(jié)構(gòu)，具 有良好的導(dǎo)電性，因而具有優(yōu)異的0RR催化活性；而丁基型NG為三維空間不 平整結(jié)構(gòu)，破壞了石墨烯原有的二維平面共巍大e鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性差，因而0RR 催化活性低。因此，有效的氮參雜應(yīng)以唬唳型和唬咯型為主，盡可能減少甚至 杜絕丁基型NG的形成。我們利用層狀材料(LM)的層間限域效應(yīng)，通過調(diào)制LM 層間距，在LM層間插入苯胺單體，層間聚合，然后熱解的方法，獲得平面氮參雜 達90%以上的NG材料。其催化0RR的半波電位僅比Pt/C催化劑落后60mV,是傳 統(tǒng)方法下獲得的NG材料0RR催化活性的54倍，以該材料為正極催化劑的質(zhì)子 交換膜燃料電池的輸出功率達580mW/cm ,與Pt/C催化劑的0RR活性處于同一 個數(shù)量級，為世界領(lǐng)先水平。我們開發(fā)的此類新型NG材料已經(jīng)具備了在燃料 電池發(fā)動機中完全替代Pt/C催化劑的可能性。LM層間近乎封閉的扁平反應(yīng)空間 不僅克服了傳統(tǒng)開放體系下合成的NG以丁基型為主，導(dǎo)電性差，活性低的弊病， 而且也克服了開放體系下因摻N效率低而導(dǎo)致合成NG成本高的問題。該研究成 果意味著，長期困擾燃料電池實用化的高成本問題將不再是瓶頸問題。

能源危機與環(huán)境污染已成為限制當今人類社會發(fā)展的兩個問題，而解決能源危機與環(huán)境污染的主要手段就是大力發(fā)展新能源技術(shù)。新能源技術(shù)中的燃料電池技術(shù)以其環(huán)境污染少，發(fā)電效率高而得到人們越來越多的重視。在燃料電池中，燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電效率不受卡洛循環(huán)限制。目前最具有應(yīng)用前景的是質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)和固體氧化物燃料電池技術(shù)。燃料電池技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在與新材料的開發(fā)，基于材料的優(yōu)化得到更好的燃料電池產(chǎn)電輸出性能。我們基于固態(tài)離子理論，設(shè)計了一系列燃料電池電極新材料及新結(jié)構(gòu)，以提高電池輸出性能為目的，開發(fā)了一系列高性能的陽極功能材料，陰極層材料與新結(jié)構(gòu)，并取得自主知識產(chǎn)權(quán)，申請發(fā)明專利多項，目前已有9項相關(guān)專利獲得授權(quán)，在國際上發(fā)表大量學(xué)術(shù)論文。在質(zhì)子交換膜燃料電池制備方面，我們開發(fā)了低成本的熱噴涂法制備質(zhì)子交換膜燃料電池的技術(shù)，并取得中國發(fā)明專利的授權(quán)，獲取自主知識產(chǎn)權(quán)，并得到應(yīng)用，成功制備了50-1000 W的質(zhì)子交換膜燃料電池電池堆，并改造后應(yīng)用于便攜式電源設(shè)計與分散發(fā)電。結(jié)合使用儲氫材料罐，可得到一套車用發(fā)電系統(tǒng)；在固體氧化物燃料電池單電池制備方面，我們開發(fā)了一套基于陽極基底流延制備、電解質(zhì)與陰極層噴涂制備共燒結(jié)的單電池制備工藝，并用于制備大面積的平板固體氧化物燃料電池，并組裝了平板電池堆，得到的單電池性能優(yōu)越。在前期科技部863項目的資助下，我們開發(fā)了一系列陽極功能層材料，用于以甲烷、煤層氣以及生物質(zhì)氣為燃料的固體氧化物燃料電池發(fā)電，得到了較好的發(fā)電穩(wěn)定性和溫度適應(yīng)性。目前，我們已經(jīng)開發(fā)了便攜式的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置，可用于便攜式供電與不間斷電源；在前期大量的工作基礎(chǔ)上，我們還開發(fā)了完備的固體氧化物燃料電池材料生產(chǎn)技術(shù)和固體氧化物燃料電池單電池制備技術(shù)，將可以為將來的燃料電池產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。●應(yīng)用前景： 目前燃料電池技術(shù)應(yīng)用的最大障礙在于其高成本、低穩(wěn)定性，隨著人們對新能源技術(shù)進步的要求不斷提高和燃料電池技術(shù)的進步，燃料電池技術(shù)應(yīng)用的市場將越來越大。目前燃料電池的低成本制備在新材料開發(fā)的促進下，取得了較大進展，燃料電池技術(shù)商業(yè)化示范運行目前已在美國、日本、德國等國家開展，技術(shù)成熟之后在世界范圍內(nèi)將會有更大的市場前景。