深地储能研究进展EI北大核心CSCD

深地储能是指将石油、天然气、氢气、压缩空气及CO_(2)等能源或能源物质和氦气等战略稀缺物资储存于深部地层中。盐岩地层是深地储能的优良地质体,是我国实施大规模储能的重要载体之一,目前已经建成金坛盐穴储气库、金坛盐穴压缩空气电站、江汉盐穴储气库等大型深地储能库。我国盐岩具有盐层薄、杂质含量高和夹层多等不利建库地质特征,给利用我国层状盐岩实施大规模能源储备带来系列理论和技术挑战。针对利用层状盐岩地层大规模储能存在的关键理论和技术难题,中国科学院武汉岩土力学研究所经过20余年的持续攻关,在实验装置研发、层状盐岩力学特性研究、储能库建造技术、注气排卤关键技术和运行压力优化方法等方面取得了突破,并在国内多座已建和在建的盐穴储能库中得到推广应用。利用深部盐穴实施天然气、压缩空气、石油和氢气等大规模储备是我国深地储能工程重点发展方向。深地储能涉及多场多相耦合及多尺度等复杂情况,亟需开展储能介质多尺度运移、储能地质体性能演化、深地储能智能建造、深地储能智慧运行等方面的研究,破解制约我国深地储能技术瓶颈中的关键科学问题。深地储能是岩土工程、工程地质和能源储备等学科深度交叉融合的突破口,有望形成新的专业学科。     

多夹层盐穴储气库群间矿柱稳定性研究

以某拟建多夹层盐穴储气库为工程背景,利用FLAC^3D建立了拟建盐穴储气库有限元计算模型,讨论了矿柱宽度、内压、埋深、蠕变时间和相邻盐穴内压差等参数对盐穴储气库间矿柱受力和变形影响规律,分析了在注采气时间同步和不同步工况下矿柱的稳定性。计算结果表明：矿柱中的应力随着埋深和相邻盐穴压差的增加而增加,随着矿柱宽度、内压和蠕变时间的增加而降低,但内压影响不显著;蠕变使得矿柱中应力逐渐变均匀,5 a以后影响不显著;内压差在蠕变过程中使得矿柱的蠕变位移大幅增加;注采气时间不同步模式对矿柱稳定不利,尤其当矿柱宽度较小时更为显著。建议盐穴储气库间矿柱宽度取2~3倍盐穴直径,相邻盐穴间矿柱宽度较小时,尽量不采用注采气时间不同步模式运行。     

深井、超深井套管磨损后剩余强度分析

建立了磨损套管的三维有限元模型,结合N80套管实际尺寸和材料参数,模拟计算了不同磨损形态、磨损长度及深度对磨损后套管剩余强度的影响。计算结果表明,套管磨损深度和壁厚不变时,磨损套管的剩余抗拉强度与磨损长度成指数反比例关系,剩余抗挤强度与磨损长度成指数正比例关系;当磨损长度一定时,套管剩余抗拉强度和抗挤强度随磨损深度的增加而线性降低。根据数值模拟计算结果得到了磨损套管剩余强度与磨损长度、磨损深度之间关系的计算公式,为校核、计算套管磨损后剩余强度提供了参考。     

典型核电国家温室气体排放现状

通过分析全球能源消费数据和核电数据,得到了核电发展最快、核电反应堆关闭最快、核电装机量最大和核电占比最大等特征的典型核电国家。对这些国家的能源结构、电力组成、CO₂排放和核电减排作用进行了深入研究。通过研究得到:电力是各国CO₂排放的主要源头,但单位发电量的CO₂放电量均呈逐年下降趋势,这和各国能源结构调整存在密切关系;美国是人均CO₂排放第一大国,但韩国人均CO₂排放量增速最快;基于煤电CO₂排放因子,2011年全球核电CO₂年减排量约占全球年总排放量8.3%,而中国核电CO₂年减排量占国内总排放量的1.1%。     

Ir_(1-x)Ru_xO_2/Ti析氧阳极的电催化活性研究

以氯铱酸为主要的前驱体,采用加热分解法制备了不同Ru含量的Ir1-xRuxO2/Ti析氧阳极,并采用扫描电镜,循环伏安,恒电流电解,线性极化等测试手段对电极进行表征和测试。电化学测试结果表明当Ir,Ru的摩尔比为3∶2时,500mA.cm-2恒电流水解电位最低,为1.4V(vs.SCE);循环伏安测试表明,Ir0.6Ru0.4O2/Ti的伏安电量亦达到最高,达到1271mC.cm-2,析氧电催化活性点最多。SEM表面形貌进一步证实了Ru的加入使得电极的表面的多孔结构更加明显,当Ir,Ru摩尔比为3∶2时,电极表面颗粒最小,孔隙率最高,亦表明该电极的电化学活性表面积最大,电催化活性最高。     

热采井预应力隔热管柱最佳胀率设计

根据预应力隔热管在制造、下入和注蒸汽等工况下的受力变形特点,建立了基于最佳胀率原理的隔热管内、外管设计计算力学模型,推导出相应工况下隔热管在井口和井底封隔器位置处的最大胀率、最小胀率和比例胀率的计算公式。利用Visual Basic语言编制了相应的计算软件,对胜利油田多口热采井预应力隔热管进行了计算分析,得到了不同下入深度和注汽温度时隔热管最佳胀率设计值。结果表明,最佳胀率设计方法可以满足注蒸汽条件下隔热管强度设计要求;在下入工况下,井口隔热管内外管胀率随下入深度增加而线性减少;在注汽工况下,隔热管的胀率要比下入工况下的增加显著;建议在隔热管胀率设计时要以注汽时隔热管受力为基准,采用比例胀率方法进行设计。     

油藏降压过程中压力分布的流固耦合数值模拟

在油藏降压开采过程中,渗透率和孔隙度等油藏参数随着油藏压力降低而发生动态变化,同时油藏参数的变化又会影响到油藏压力的分布.建立油藏降压过程中孔隙度、渗透率与油藏压力间的函数关系,并结合渗流力学和岩石力学理论,得到油藏降压过程中流固耦合的数学模型,同时利用Visual Basic计算机语言编制了相应计算软件,对胜利油区某区块降压过程进行了数值模拟计算.计算结果表明,在油藏降压过程中,流固耦合作用会减缓油藏降压速度;渗透率越小,流固耦合作用对油藏压力分布影响越明显;排液速度越大,流固耦合作用对井底流压影响越大.因此,在油藏降压开采参数设计时要充分考虑到流固耦合作用的影响.     

直接甲醇燃料电池膜电极稳定性的研究

直接甲醇燃料电池(DMFC)运行过程中膜电极的稳定性是其商业化的关键问题之一。采用加热喷雾法制备膜电极并对其稳定性进行研究。结果表明,膜电极的电池性能经过连续极化后略有下降,但下降幅度不大,电压衰减速率仅1.0mV/h左右;经过25h恒电流放电,欧姆阻抗和传质阻抗都呈上升趋势,说明电池的欧姆极化损失加大、传质阻力上升。SEM测试结果表明,经过长时间恒电流放电后,膜电极催化层与电解质膜、扩散层及催化层等之间发生剥离,造成传质阻力上升和膜电极结构破坏,使电池性能衰退。循环伏安测试结果表明,经长时间放电运行后,阳极和阴极的氢脱附峰的积分面积减小,说明膜电极阴阳极催化层的电化学活性表面积降低。     

分支参数对煤层气羽状水平井产能的影响规律

根据煤储层中三维气-水两相流动特性,考虑主井眼与分支井眼井眼内变质量管流,建立了煤层气羽状水平井产能预测模型,利用C++计算机语言编制相应计算软件,并通过与现场监测值进行对比验证本文模型计算结果的正确性。分析了分支对称性、分支点位置、分支与主井眼夹角、分支长度与数量等参数对煤层气羽状水平井单位长度产能分布的影响规律。计算结果表明：笔者建立的计算模型具有较高精度,可以满足现场实际工程需要。主井眼单位长度产能整体呈现两端高、中间低的特征;在主支与分支交汇点处,主井眼单位长度产能出现局部下降。分支井单位长度产能沿程分布呈现跟端低、指端高,中间逐渐增大的特点。分支沿主井眼对称分布时,分支位置处主井眼单位长度产能与非对称分布时相比下降的更快;分支节点由主支跟端向指端移动,主井眼单位长度产能峰值点从指端向跟端发生转变;分支与主支夹角对主井眼单位长度产能影响较小;主井眼单位长度产能随着分支长度与数量的增加而降低。分支节点距离主井眼跟端越远,分支井单位长度产能越大;分支井单位长度产能随着分支与主井眼夹角角度、分支长度的增加而增加,随着分支数量的增加而逐渐降低。