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

可靠稳定能源供给是国家安全的重要保障。低碳绿色能源发展是社会可持续发展的重大需求，也是“碳达峰和碳中和”目标实现的主要抓手，其中清洁转化的过程强化是能源高效利用的关键途径。依托于2009年创立的能源化工研究中心及后续发展的华北电力大学-爱丁堡大学中英二氧化碳联合研究中心和热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室等研发平台，2022年组建新的低碳能源过程强化研究所。

本研究所围绕含碳固体燃料清洁转化与利用、新型化学储能材料和单元设备以及热电生产过程节能减排等关键技术，采用化学工程与技术、动力工程及工程热物理、环境科学与工程及系统科学与工程等多学科交叉方法，研究能源与环境可持续发展相关过程中物质转化、能量转换和过程强化的共性方法和关键技术。

本研究所主要成员在能源低碳转化与过程强化方面具有独特的研究基础和技术储备。近年来，团队成员先后牵头或参与了国家科技部（973计划、863计划和国家重点研发计划）和基金委（重点项目、国际合作项目、面上项目和青年项目）及省部级和企业委托项目50余项。在圆满完成项目任务基础上，取得了若干应用理论和关键技术突破，其中在燃煤机组清洁高效利用方面获得了山西省科技进步一等奖（难燃煤燃烧发电机组nox超低排放关键技术及应用）和国家科技进步二等奖（煤矸石煤泥清洁高效利用关键技术及应用），在农林废弃生物质资源化利用方面获得了教育部自然科学二等奖（生物质热解气化多相流动反应机制和应用基础）和国家科技进步二等奖（农林剩余物多途径热解气化联产炭材料关键技术开发），在燃煤机组及非电行业烟气重金属检测和控制方面获得了中国电力科学技术奖三等奖（溴化钙添加与fgd 协同脱汞技术研究）和北京市科学技术三等奖（钢铁烧结烟气汞污染检测及控制技术示范），通过与科研院所、企业和其他高校合作，上述技术形成了完整的产学研用一体化团队，实现了工业化示范，主流技术已达到产业化应用。此外，在锂/钠电池、超级电容、电池热管理及百兆瓦时级电化学储能系统方面与福建巨电、航天科工和华润电力等展开了科技合作研究，在微反应器工艺产业技术方面与江苏长青农化和澳门南粤天然药物等开展了制药制剂工艺合作研究，部分已实现产业化应用，取得了良好的经济和社会效益；在二氧化碳捕获及利用方面，牵头承担并圆满完成了2010年度基金委中英合作项目，目前正在与相关企业商谈后续工程放大事宜。

根据国家“双碳”发展的重大需要，本研究所以低碳、清洁、高效和灵活火力发电为重点，开展相关应用基础研究、关键技术开发及示范推广应用的相关工作，旨在为我国能源与环境的可持续发展及减污降碳贡献力量。

二、主要研究方向和领域

1、微流体反应与过程强化

微结构器件的创新设计与先进制造技术，微流体强化混合、热质传递和化学反应及其在传感检测等方面的应用，微反应器在能源转化的过程节能以及高端化学品制备本质安全工艺中的应用。

2、电化学能源单元及系统

锂/钠/铝离子电池和超级电容器的先进储能材料绿色合成及器件性能优化，电化学储能系统优化设计及热管理，电催化水分解制氢系统及氢燃料电池相关的关键技术。

3、固体含碳废弃物资源化利用

微波强化城市污泥/煤泥定向热解，低温等离子体强化热解气制氢及工业尾气中vocs治理，热、电、光三者协同催化高选择性合成高附加值有机物及相关的催化剂开发，农林剩余生物质流化床制备合成气放大与优化。

4、二氧化碳捕集与利用（ccus）

低成本二氧化碳固相吸附剂及高效矿化捕集，低温等离子体与催化耦合的二氧化碳还原，低温二氧化碳太阳能光电和光热转换制备甲醇和甲烷化转化，以及上述相关过程的多相反应器开发与燃煤机组的系统集成。

5、燃煤电厂烟气污染物控制及脱硫废水资源化利用

选择性催化还原（scr）和选择性非催化还原（sncr）脱硝技术强化，湿法脱硫技术强化，汞/砷/硒/铅等重金属全流程现场测试及形态转换分析及调控，烟气中重金属吸附材料开发，底渣和飞灰中重金属的地聚物固化技术，脱硫废水资源化利用技术，循环流化床机组内城市污泥或煤矸石等低热值燃料清洁高效掺烧技术。

三、师资力量

研究所目前拥有教授4人，副教授5人，讲师2人。招收动力工程及工程热物理和动力工程博士研究生，化学工程、动力工程及工程热物理、储能科学与工程、环境科学与工程、动力工程和环境工程等硕士研究生，目前在读博士10余人，硕士研究生80余人。

四、研发平台

低碳能源过程强化研究所主要依托“热电生产过程污染物监测与控制北京市重点实验室”，拥有以下研究平台。

（1）基础物性测试平台

大容量电芯充放电关键性能、电化学工作站、固体燃料制样及基础物性、碳氢燃料热化学转化（热解、气化和燃烧）的气体及热解的液体主要成分、烟气分析及气体中三氧化硫含量、气液固及浆液中典型重金属含量及其形态、二氧化碳吸附材料性能、流化床内多点压力及颗粒速度和浓度测试仪等等

（2）实验研究平台

燃料电池实验装置、扣式电池制备及测试、不同形状及规模常压和加压冷态及热态流化床、热分析与热化学转化试验装置、烟气脱硫和脱硝实验装置、二氧化碳吸附剂制备与捕获实验装置、不同温度及容量燃烧/气化/合成实验装置、微波加热装置、低温等离子体强化装置、等等

（3）高性能计算工作站

拥有较强的计算资源，配有超微高性能集群系统及10台高性能工作站，高性能集群计算系统拥有8个计算节点，20个cpu，282个核心，共享内存1848g。可开展多相流数值模拟、多场耦合模拟、分子动力学模拟等高强度计算任务。

（4）现场测试平台

现场测试平台仪器包括烟气综合分析仪（testo 335）2台、烟气采样器clean air net 30（30b吸附法）2套购置 2套自制购置、烟气采样器clean air ohm（安大略法）2套购置 2套自制、烟气粉尘取样装置（自制）等等。

五、学术交流与国际合作

研究所在微流体反应与过程强化、电化学能源单元及系统、固体含碳废弃物资源化利用、二氧化碳捕集与利用及燃煤电厂烟气污染物控制及脱硫废水资源化利用等方面开展了广泛深入的实验研究和数值仿真，牵头或参与了50余项国家级、省部级科研项目，包括国家863计划项目、高等学校学科创新引智计划、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金国际合作项目以及企业委托项目等。

研究所与澳大利亚西澳大学、美国马里兰大学、法国国家科研中心、德国宇航中心、卡尔斯鲁厄理工学院、慕尼黑工业大学和慕尼黑大学、俄罗斯圣彼得堡国立大学以及英国牛津大学、伦敦大学学院、爱丁堡大学、帝国理工大学和阿尔斯特大学等同行形成了国际化的研究团队；与国内相关领域的高等学校、科研机构及电力行业也有长期稳定的合作关系。形成了国际化和产学研用相结合的研发模式，促进了科研成果的转化进程。相关研究成果已获国家科技进步二等奖两项、山西省技术进步一等奖和教育部自然科学二等奖等省部级奖励多项，担任3种sci二区以上期刊客座主编，等等。