华北电力大学能源动力与机械工程学院-37000dcm威尼斯

一、发展历史与概况

本研究所基于低品位能源多相流与传热北京市重点实验室及黄大年式团队建立而成，从徐进良教授2009年4月调入华北电力大学开始建设。研究所瞄准国际学术前沿和国家重大需求，围绕大型热力发电、新能源利用中的能效提升及过程强化，在多相流传热传质、火力发电低品位能源利用、太阳能吸热及热化学、先进动力循环（有机朗肯循环orc及跨临界co2发电）、先进换热设备及高热流密度设备冷却等方面开展深入研究。2010年主持 “锅炉烟气余热深度利用”科技部973项目，建立了热源与orc耦合方法，提出了临界温度工质筛选准则，国家发改委批文重点推广锅炉烟气余热利用系统。2011年成立低品位能源多相流与传热北京市重点实验室，2013年在多相流与传热传质研究上获教育部自然科学一等奖。2017年牵头主持国家重点研发计划“超临界二氧化碳发电”项目，提出sco2锅炉模块化设计思路，解决了大压降难题，发明能量复叠利用原理，成果入选科技部重点成果，为建设我国燃煤sco2发电平台提供了支撑。2018年团队入选全国首届黄大年式“热科学与工程”教师团队，2021年获中国电力科学技术杰出贡献奖。

近十余年来，研究所不断发展，围绕火力发电系统、工业余热利用、太阳能利用等国家需求，在优势方向上进一步延伸，融合材料科学、化学学科中的原理与方法，构建多尺度能量传递转换系统，解决节能及新能源利用中的重大战略需求，并致力建立从基础到应用的科教产融通发展模式，实现了从“能量传递创所”到“动力系统强所”的历史性跨越，肩负起新时代引领支撑能源系统低碳转型的历史重任。 研究所主持或参与国家重点研发计划、重大专项、国家自然科学基金重大、创新研究群体、重点基金等多项国家及企业委托项目。在火力发电系统节能减排、超临界二氧化碳燃煤发电、低品位能源多相流、太阳能光热利用、发电系统灵活调峰等方面取得突破，省部级科技成果奖、中国电力科学技术杰出贡献奖、北京市教育教学奖、高新技术成果交易会优秀产品奖等多项，多项专利实现成果转化，为能源转型和电力行业技术进步做出突出贡献。

研究所积极培育和引进优秀人才，形成了一只由教育部**、国家**获得者、欧盟“玛丽居里”学者、霍英东青年基金获得者等高水平人才队伍，形成了一支具有持续创新能力和较高学术影响力的研究队伍。重视本科生和研究生科技创新能力的培养，多名本科生和研究生获得全国大学生节能减排大赛特等奖、陈学俊优秀论文奖、吴仲华优秀研究生奖、国际会议论文奖、校长奖学金等优异成绩。一批优秀毕业生已经成为能源电力行业的骨干专业技术人才。

研究所在国家能源发电领域起到了重要基础支撑、科技引领和人才培养作用，初步确立了在相关领域的引领地位，在国内外产生了较大影响。现任所长徐进良教授为教育部**，国家杰出青年科学基金获得者，是多个国际杂志的编委、是6个国家及省部级重点实验室学术委员会委员；在国际会议上做特邀报告50次，多次举办国际学术会议或分会，发表权威国际期刊论文300余篇，他引6000余次，连续6年获得中国高被引学者等。

二、研究方向与研究领域

1. 超临界二氧化碳发电

超临界二氧化碳循环热力学优化理论及技术；包括先进发电系统构建理论、基于复杂系统构建方法进行sco2发电系统热学优化与评价、sco2循环与太阳能、核能、燃煤等热源耦合的一体化设计技术等。超临界二氧化碳循环关键部件设计及运行技术；包括sco2锅炉、透平、回热器设计方法与全工况/全流程系统集成技术、高温高压超紧凑微通道换热器关键装备等。超临界二氧化碳循环非稳态特性分析方法及技术；包括：非设计工况下的效率损失机制、系统关键部件控制方法与系统一体化控制技术、快速调峰过程中设备安全性预测技术等。

2. 燃煤电站调峰

燃煤电厂机炉解耦，包括融合储热的燃煤发电系统及热力学循环；储热系统可用能损失分级控制原理和方法。燃煤-储热发电系统集成，包括燃煤锅炉-储热系统能量传递与转换关键技术；燃煤火力发电储热系统综合热学优化方法及评价理论。汽水-熔融盐换热器的流动传热过程及强化传热，包括汽水-熔融盐换热器内流动传热性能及规律；基于流型调控理论的强化传热技术及高温高压汽水-熔融盐换热器新构型研发。储热熔融盐配方研发，包括宽温域高热容熔盐配方研发及传热过程；熔融盐对金属表面冲蚀机理及影响因素。

3. 中低温有机朗肯循环发电技术

针对中低温热能高效利用，开展多种热源（地热、工业余热、太阳能集热、生物质焚烧）驱动的有机朗肯循环（orc）发电研究，包括orc系统热力学分析、设计与优化；orc机组运行特性测试与分布式orc发电系统集成；orc系统稳态/动态仿真与控制策略研究；orc耦合海水淡化系统开发；非共沸混合工质orc系统浓度调控；新型循环构型开发与设计；基于orc的冷热电水多联供系统开发；基于orc的储能系统热力学设计与优化。

4. 太阳能光热转换与利用

开展太阳能光热转换研究，建立光流体多相流体系，通过对物理化学层面的纳米功能材料设计，及其工程反应器和流体介质的多物理场耦合与跨尺度问题研究，实现太阳能的高效转换与利用，并有效揭示能量转换过程的基本特征与规律，为相应物理过程及工程应用提供理论依据。包括光与物质相互作用、热等离激元学、光驱微纳米机器人、海水淡化与矿物回收、人工光合作用/太阳能制氢与co2催化转化、太阳能增肥制造/光热合成氨等。

5. 多相流传热及强化

开展多相流传热及强化研究，包括超临界co2的流动及换热，利用拟沸腾的概念，将超临界区域的流体分为类气和类液区域进行分析，重新认识了超临界换热。有机工质强化换热，采取流型调控的概念，将内插丝网应用了冷凝传热管中，实现了蒸汽和液体的有效分离，强化了冷凝换热。透平叶片的气雾冷却，提出在冷却气体中加入雾滴的方式，利用雾滴蒸发吸收大量热量的方式实现透平叶片的高效冷却。

6. 相分离传热调控原理及先进热管技术

针对高新技术对超高热流密度散热、相变传热强化、流动减阻、流动不稳定性抑制等需求，原创原位相分离方法，进行多尺度粉末烧结、热扩散焊、激光刻蚀等微纳表面设计与制备，研发高效冷凝器、微通道散热器、反重力热管、自适应回路热管、超薄热管等先进热管理技术，并应用于空冷岛、ai电子芯片、5g通信基站、大功率led、手机、储能电站散热等。

三、师资力量

四、研发平台

研究所依托“电站能量传递转换与系统教育部重点实验室”和“低品位能源多相流与传热北京市重点实验室”，实验室拥有以下实验条件：

（1）高温高压超临界co2流动传热实验平台

运行参数范围广，压力可达25 mpa、温度可达500℃、热流密度可达400 kw/m2、管径2-20 mm，适用于半周或全周加热。可满足高温高压sco2传热数据获取、机理研究及工程设计需求。

（2）微纳加工、测量及实验台

具有完备的微纳加工、检测及测量仪器，包括红外激光打标机、紫外激光打标机、箱式烧结炉、管式气氛炉、超声波铝丝焊机等微细结构加工设备；表面张力仪、接触角仪、数字粘度计、导热系数仪、3d轮廓仪等物性及微纳表征设备；以及piv流场测试系统、红外热成像仪、彩色高速摄影仪、横河数据采集仪、同步采集控制器等仪器。

团队拥有微通道流动与传热实验台，由闭式循环回路系统和高速检测采集系统组成，采用光学信号与压力、温度、流量等电子信号同步测量，可对微尺度沸腾和冷凝传热进行研究，对流型、传热及压降进行全面和精确分析。

（3）太阳能模拟器实验台

团队已建高辐照度集聚式太阳能模拟器，可用于太阳能热发电、太阳能热化学制氢、高温光催化污染物处理等实验。模拟器功率70 kw，自动控制，光源为短弧氙灯，可在直径60 mm焦平面内汇聚20 kw辐射能量，辐照度峰值高达15 mw/m2，最高温度~3000 k（图31）。模拟器配有水冷反射镜、光帘及精密光学平台，可实现水平及垂直聚焦光源照射实验段，满足不同实验要求。

（4）有机朗肯循环（orc）热功转换实验台

团队建造了百千瓦级orc集成发电机组，适用于150℃以下的低温热源，r245fa为循环工质，热功率为100 kw，运行压力为1.0 mpa左右，膨胀机最大输出功为~6 kw。该实验台可获得冷热源温度、流量、负载等众多参数变化对orc系统运行特性与输出性能的影响规律，以及膨胀机热功转换效率、蒸发器和冷凝器换热效率对orc系统性能的影响规律。

（5）高性能计算工作站

团队拥有较强的计算资源，配有曙光高性能集群系统及10台高性能dell工作站，曙光高性能集群计算系统拥有20个计算节点，20个cpu，200个核。可开展分子动力学模拟、数值模拟、机器学习等高强度计算任务。

五、学术情况与合作

团队主持科技部973、国家自然科学重点基金、国际合作、国家自然科学基金等国家级项目近30余项，获6项国家及省部级科技奖励，获得2012年度教育部自然科学一等奖，中国电力科学技术杰出贡献奖及劳动奖章。研制的led冷却器获得北京市新产品金奖，流型调控换热器获得美国专利授权及第十九届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖。指导研究生多次获得国家奖学金、吴仲华优秀学生奖、国际会议及工程热物理年会优秀论文奖等。为了更好的促进科学研究和技术交流，实验室积极开展对外交流与合作，主持召开2014年国际传热研讨会和2018年第一届二氧化碳先进动力系统国际会议，徐进良教授被聘为诺丁汉大学荣誉教授，程永攀教授获得欧盟玛丽居里基金资助。团队与10多家高等院校、科研院所及企业进行合作，包括国家能源集团、河北省电力勘测设计研究院、中兴通讯有限公司、微铭科技股份有限公司等。在“双碳”目标引领下，研究所将在能源低碳转型领域开展创新技术研究，实现多学科交叉融合研究、技术转移及工程化应用。