能源与节能发展战略与技术研究

能源系统是一个复杂的大系统,它的评价是一个多学科交叉的研究问题,涉及管理科学、计算方法、运筹学、经济、能源与环境等诸多研究领域。根据我国的统计体系不完善和数据缺乏的基本国情,能源与节能发展战略的研究将为分析我国未来中长期能源与环境发展态势、预警能源与环境宏观和重大问题,制定我国社会与能源发展长远规划及在能源安全与应急、能源对外合作与节能等重大能源与环境问题上的宏观决策提供科学的理论分析工具。
      
该方向主要研究内容包括:
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能源与环境发展战略与对策研究
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工业系统节能减排战略与对策研究
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温室气体减排基础理论与技术研究
      
近年来获得的主要研究成果有:
      
经济、能源与环境可持续发展战略研究:本研究方向结合我国经济、能源、环境的特征,采用最新的建模理论和系统分析工具,开发了适合我国的能源-环境-经济系统和能源信息管理系统,并探讨了节能减排对策途径和循环经济与低碳经济发展模式等。主要学术成果有:
       a.
根据未确知数学理论,建立了已知信息和数据缺乏的能源环境系统分析、预测及评价理论与方法。该方法针对我国能源与环境统计体系不完善、能源与环境信息匮乏的具体国情,采用复杂大系统思想和灰色理论,研究并建立了适合我国国情的能源环境系统分析理论与方法。
       b.
开发了适合我国国情的经济、能源与环境情景分析、预测及动态最优化模型。该模型包括:能源情景分析预测模型、能源供需预测模型、环境排放预测模型。
       c.
开发了适于能源系统优化非线性、非解析、多目标、非凸特点的全局优化求解方法与模型。具体进行了由能源系统成本函数、优化变量及约束条件组成的优化模型研究和全局优化计算方法研究。
       d.
进行了特殊情景下我国最优能源发展对策研究。即以动态规划能源模型为基本工具,建立了风险决策模型,开发了未来特殊情景下我国能源发展最优策略的理论方法与模型。包括基于国内能源资源的自给自足型最优能源发展策略模型和基于碳减排的最优能源发展策略模型。

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一次能源消费预测最可能发展情景一次能源消费预测可持续发展情景

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可再生能源发展趋势                             石油消费发展趋势

二氧化碳基础物性研究:CO2盐水溶液的密度以及溶解度等基础物性和二氧化碳在原油中的溶解特性是CO2的咸水层封存与驱油强化开采过程中的基础科学问题。本研究方向主要研究CO2在咸水溶液以及溶解在原油中引起的密度变化、CO2在原油中的溶解度特性,针对目前CO2在咸水溶液以及原油中溶解基础物性方面的数据还不是很完善,本研究方向主要应用磁悬浮天平系统对CO2溶解在盐水溶液以及原油中密度变化和溶解度特性进行研究,开发了实验室CO2基础物性研究的磁悬浮天平系统,采用人工配制咸水溶液以及采集实际封存工程场地天然咸水样品,对CO2在咸水样品中的溶解过程进行密度测量和溶解度测量,在大量的实验数据基础上,本项目模拟研究领域也已经开展了大量基础研究,在格子Boltzmann模拟以及CO2溶液相平衡理论方面具有多项研究成果,为后续的相关研究工作开展打下了坚实的实验与模拟研究基础。
      
二氧化碳咸水层封存溶解与输运特性研究:本研究方向以CO2咸水层封存为研究背景,在实验室尺度内对储层条件下CO2水溶液的密度、溶解度等基础物性以及在储层中的运移规律进行研究。基于磁悬浮天平实验设备研发了具有自主知识产权的先进实用的CO2水溶液基础物性测试技术,并对CO2、蒸馏水等进行了预备性实验,实验结果证明实验系统的测量精度能够满足储层条件下CO2水溶液基础物性研究需求,并初步进行了不同CO2质量浓度、不同温度压力条件下CO2水溶液密度的测量,得到了一些初步结论,开发了储层条件下CO2、水运移特性的微观核磁共振测试实验装置,利用该装置对储层多孔介质的骨架结构进行了微观分析。为后续的相关研究工作开展打下了坚实的实验与模拟研究基础。
      
二氧化碳驱油强化开采机理与技术研究:CO2驱油强化开采机理与技术研究方向主要是应用开发的CO2驱油核磁共振成像实验系统对人工填砂岩心以及天然岩心中超临界CO2驱油强化开采过程中的相关驱替机理、多相渗流特性等展开研究,本研究方向主要应用核磁共振成像系统对CO2驱油模拟过程进行微观可视化研究,开发了CO2驱油的磁共振成像实验系统,对CO2在模拟油中的驱替过程进行成像实验,分析驱替过程的驱替前沿移动速度、CO2波及率以及驱替效率等,并在大量的实验数据基础上本项目模拟研究领域也已经开展了大量基础研究,在格子Boltzmann模拟驱替理论方面具有多项研究成果,为后续的相关研究工作开展打下了坚实的实验与模拟研究基础。

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CO2驱替癸烷过程图像

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CO2驱替油过程中信号强度变化

多孔介质内CO2驱替过程数值方法研究与模拟:黏性指进现象广泛存在于油气开采过程中,是多相渗流的重要特征之一。指进现象的出现会导致驱替流体的过早突破,使得波及体积减少,导致原油采收率降低。本研究方向采用LBM方法研究了在单孔隙内以及多孔介质内的非混相驱替过程中的黏性指进现象。着重考察了在重力影响下的黏性指进现象的内在机理,不同的影响因素对于流体流动的影响。考察了不同的毛细管数,流体间黏性比和壁面可润湿性对指进形态和驱替效率的影响。研究发现由于重力的存在,导致指进前缘呈非对称状态,增加流体间的黏度比致使指进现象明显,驱替效率降低。壁面润湿性对指进现象的影响也较为明显,当驱替流体对壁面是润湿的情况下,指进现象被抑制,驱替效率提高。而当驱替流体对壁面是非润湿的情况下,指进现象被增强,驱替效率降低。驱替时间和壁面润湿性相关不大。

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cell内黏性指进现象的模拟
与实验的比较

圆管内水驱癸烷的模拟
与实验的比较

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重力对多孔介质内黏性指进的影响

壁面润湿性对多孔介质内黏性指进的影响