复杂能量转换系统的过程模拟和能源-经济-环境分析和评价

燃煤发电厂、碳捕集与封存(CCS)等具有部门和行业领域涉及广、时间和空间尺度跨度大、技术和资金密集、社会经济和环境生态效应关联强等特点，很难仅仅从能源的角度(如煤耗、能效)、或单从环境的角度(如污染物排放)、或单从经济的角度(如发电成本和收益)等来对其进行分析评价、集成优化，必须协同考虑能源、经济或环境的综合影响。长久以来，对流程复杂、系统庞大的燃煤电站的工程热力学分析评价已经积累了非常好的研究，并得到较广泛工业应用，但是从能源-经济-环境的角度对燃煤电站进行综合分析和优化的工作并不常见。我们围绕常规燃煤电站和富氧燃烧电站的稳态和动态过程模拟(仿真)、基于热力学第一和第二定律的火用分析和评价、技术经济评价、(环境)热经济学分析评价等开展工作，其中，过程模拟是热力学分析和热经济学分析的基础，火用分析和技术经济评价是热经济学分析的基础、热经济学分析又是环境热经济学分析的基础。

主要研究工作包括：

(1) 燃煤电站仿真

性能的在线监测、系统的优化控制、故障的实时诊断以及系统的合理设计和安全经济运行都已成为现代大型电厂的挑战性的需要。采用先进的浏览器/服务器/数据库(Browser/Server/Database)三层结构模式，建立远程/本地实时运行海量数据库，以Web技术为核心，搭建远程/本地电厂专家分析平台，实现电厂运行数据的实时监控、在线经济性分析、智能搜索引擎、远程仿真、远程故障诊断、可视化热力学计算等。

基于web的燃煤电站实时监视系统

参考文献：

1. 赵海波^*, 陈胜, 郑楚光, 黄勇理, 向隆刚, 阮曙东. 基于Web的电厂远程/本地专家分析平台. 电力系统自动化, 2004, 28(7): 82-85

2. 赵海波^*, 陈胜, 郑楚光, 阮曙东, 向隆刚, 张超. 基于Web的电厂经济性分析系统.中国电力, 2004, 37(1): 77-80

3. 阮曙东, 赵海波^*, 郑楚光. 基于Internet/本地的锅炉故障模糊诊断专家系统. 华中科技大学学报(自然科学版), 2004, 32(6): 96-98

4. 赵海波^*, 陈胜, 郑楚光, 阮曙东. 电厂远程专家分析平台的建立. 华中科技大学学报(自然科学版), 2003, 31(11): 76-78

5. 赵海波^*, 黄勇理, 陈胜, 向隆刚, 郑楚光. 基于电厂运行数据库的专业智能搜索引擎. 电力自动化设备, 2003, 23(8): 25-28

6. 张超, 赵海波^*, 金波, 郑楚光. 燃煤电厂热力系统建模与仿真. 动力工程学报, 2012, 32(9): 705-711

(2) 复杂能量转换系统的过程模拟

对燃煤火电厂(包括锅炉、汽轮机、发电机等子系统)进行热力学分析的基础是建立起内部互相关联的组件的输入变量和输出变量之间关系的数学描述，即需要建立起主要设备(可分为换热设备、传输设备、膨胀设备和压缩设备)的质量平衡、能量平衡和设备热力特性方程，并联立求解这些数学方程，实现过程模拟。采用商业流程模拟软件对传统燃煤发电厂和富氧燃烧电站等进行稳态和动态过程模拟，为环境热经济学分析奠定基础。在国际上较早实现了富氧燃烧系统的动态过程模拟，涉及锅炉岛、CO₂压缩纯化单元、深冷空分制氧单元等的控制系统设计、动态特性和控制方案选择等。

富氧燃烧电站过程模拟平台

参考文献：

1. Bo Jin, Haibo Zhao^*, Chuguang Zheng. Dynamic simulation for mode switching strategy in a conceptual 600MWe oxy-combustion pulverized-coal-fired boiler. Fuel, 2014, 137, 135-144

2. Jie Xiong, Haibo Zhao^*, Meng Chen, Chuguang Zheng. Simulation study of an 800MWe Oxy-combustion pulverized coal-fired power plant. Energy & Fuels, 2011, 25(5): 2405-2415

3. Bo Jin, Haibo Zhao^*, Chuguang Zheng. Optimization and control for CO2 compression and purification unit in oxy-combustion power plant. Energy, 2015, 83: 416-430

4. Bo Jin, Haibo Zhao^*, Chun Zou^*, Chuguang Zheng. Comprehensive investigation of process characteristics for oxy-steam combustion power plants. Energy Conversion and Management, 2015, 99: 92-101

5. Bo Jin, Haibo Zhao^*, Chuguang Zheng. Plantwide control and operating strategy for air separation unit in oxy-combustion power plants. Energy Conversion and Management, 2015, 106: 782-792

6. Bo Jin, Haibo Zhao^*, Chuguang Zheng. Dynamic modeling and control for pulverized-coal-fired oxy-combustion boiler island. International Journal of Greenhouse Gas Control, 2014, 30, 97-117

(3) 环境热经济学评价与分析

基于过程模拟提供的详细物流和能流信息，对传统燃煤电站和富氧燃烧电站进行火用分析、技术经济评价、基于热经济学结构化理论的环境热经济学分析和评价、故障诊断及运行优化，阐述内部成本形成的热力学过程及其分布规律，为系统的优化设计、高效低成本运行、乃至技术选型和能源政策等提供理论依据。其中，我们重点对富氧燃烧系统进行基于热经济学结构化理论的分析，并首先提出了动态火用分析，获得系统动态演变过程(规划的或意外的)系统火用效率变化，分析不同控制层、控制结构、控制策略对系统性能的影响，优化控制系统设计和系统操控。

富氧燃烧系统的火用分析和热经济学成本分析

动态火用分析策略

参考文献：

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