Pre-feasibility study of stand-alone hybrid energy systems for applications in eco-houses

In light of rising cost of fossil fuels and fears of its depletion, coupled with the increase in energy demand and the rise in pollution levels, governments worldwide have had to look at alternative energy resources. Combining renewable energy generation like solar power with superior storage and conversion technology such as hydrogen storage, fuel cells and batteries offers a potential solution for a stand-alone power system. The aim of this paper was to assess the techno-economic feasibility of using a hybrid energy system with hydrogen fuel cell for application in an eco-house that will be built in Sultan Qaboos University, Muscat, Oman. Actual load data for a typical Omani house of a similar size as the eco-house was considered as the stand-alone load with an average energy consumption of 40 kW/day and 5 kW peak power demand. The National Renewable Energy Laboratory's Hybrid Optimisation Model for Electric Renewable software was used as a sizing and optimisation tool for the system. It was found that the total annual electrical energy production is 42,255 kW and the cost of energy for this hybrid system is 0.582 $/kW. During daylight time, when the solar radiation is high, the photovoltaics (PV) panels supplied most of the load requirements. Moreover, during the evening time the fuel cell mainly serves the house with the help of the batteries. The proposed system is capable of providing the required energy to the eco-house during the whole year using only the solar irradiance as the primary source.     

Hydrothermal-treated Pt/Al2O3 as an excellent catalyst for toluene total oxidation

The preparation of highly active supported noble metal catalysts with a low noble metal loading has always been the ultimate goal of researchers working on catalysis. Hydrothermally treated Pt/Al₂O₃ (Pt/Al₂O₃-H) exhibits better catalytic activity than that (Pt/Al₂O₃-C) treated via the conventional calcination approach. At the high space velocity of 100,000 mL/(g∙hr), the temperature that correspond to 50% toluene conversion (T₅₀) of Pt/Al₂O₃-H is 115°C lower than that of Pt/Al₂O₃-C, and the turnover frequency (TOF) value can reach 0.0756 sec⁻¹. The mechanism by which the hydrothermal approach enhances Pt/Al₂O₃ activity has been investigated. The structure associated with the high catalytic activity of Pt nanoparticles (NPs) can be retained via hydrothermal treatment. Furthermore, the support is transformed to AlO(OH) with numerous surface hydroxyl groups, which in turn can facilitate the adsorption of toluene. And the synergistic effects of Pt NPs and AlO(OH) increases the contents of Pt in oxidation state and active oxygen, which are beneficial for toluene oxidation.     

石墨烯/聚苯胺修饰阴极对反硝化MFC性能影响

反硝化生物阴极微生物燃料电池（MFC）以电极为电子供体,在自养条件下完成硝酸盐去除过程.本研究以碳布（CC）为基底材料,分别制备获得还原氧化石墨烯修饰（rGO-CC）,聚苯胺修饰（PANI-CC）及二者复合修饰的CC电极（rGO/PANI-CC）,并考察其作为阴极材料对反硝化生物阴极MFC产电脱氮性能的影响.扫描电镜结果显示,rGO-CC和PANI-CC的碳纤维分别被片层状rGO和网状PANI覆盖,而rGO/PANI-CC表面呈现PANI在附着rGO的碳纤维上团聚的形貌,均增大了碳布的比表面积.循环伏安测试显示,rGO/PANI-CC具有最高的电化学活性.以rGO-CC,PANI-CC和rGO/PANI-CC为阴极构建MFC的产电能力分别提高了82%,24%和41%,其阴极对NO₃^--N的去除能力增强了23%,9%和13%.16S rDNA测序结果揭示修饰后电极表面微生物的多样性下降,Stappia和Pacacoccus属微生物的丰度增加.     

烟气深度余热回收技术对燃气锅炉NOx排放扩散迁移规律的影响研究

运用Fluent计算软件对北京市丰台区某燃气锅炉排放烟气中NOx的转化和扩散过程进行了数值模拟,定量地研究了烟气深度余热回收技术对燃气锅炉排放NOx在大气中的迁移规律产生的影响,并与Screen 3模型模拟的结果进行了对比.研究发现:烟气深度余热回收技术的应用使NOx的最大落地浓度与烟气直排时相比增加了2.5倍,NOx对本地地表的影响面积增大了15750 m2,增加了本地环境污染的风险.结合燃气锅炉的NOx控制技术提出了缓解局部环境风险的解决方案.结果表明,烟气深度余热回收技术与低氮燃烧技术联用,NOx的控制效率达到70%以上时,在有效提升锅炉热效率的同时,可以缓解由于烟温大幅下降造成的本地环境污染恶化的风险.     

晋牛矿1303综放面采空区注氮方案研究及数值模拟

为了合理设计采空区注氮防灭火方案,以晋牛煤矿1303综放工作面为研究对象,通过在采空区进、回风侧布置束管监测系统,连续测定采空区气体浓度变化,划分采空区自燃“三带”分布区域,并基于采空区自燃“三带”划分标准和数值模拟的方法,利用流体力学COMSOL计算软件,研究不同注氮量、注氮位置下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:注氮量和注氮位置参数的变化,对氧化自燃带上界限的影响并不显著,而对氧化自燃带的下界限影响比较显著;最合适的注氮位置应该在距离切顶线30 m左右,运用Origin软件得出注氮量与氧化自燃带宽度呈指数关系,由拟合式计算出最优注氮量为386 m3/h,此时氧化自燃带的宽度为31.5 m。     

火电燃料消费过程对资源环境的影响评估

我国以化石能源为主要燃料的火电生产导致了严重的资源枯竭和环境污染问题,定量评估火电燃料消费对资源环境的影响是区域可持续发展研究的重要内容。在估算火电燃料燃烧及运输、生产过程中排放的主要大气污染物的基础上,利用成分法计算相应的生态足迹,定量评估火电燃料消费过程对资源环境的影响。结果表明：我国1 kW〖DK〗·h火电的燃料消费过程中排放的CO2、CH4、NOx、SO2、烟尘分别为107 kg、993×10-3 kg、646×10-3 kg、260×10-3 kg、202×10-2 kg;全国火电燃料消费占用的生态足迹由2000年的50 67444万hm2,增加到2007年的123 84208万hm2,年均增长1362％;CO2和NOx的生态足迹平均比重高达836％,是影响资源环境的主要因子,SO2、烟尘与CH4三者合计仅164%,对资源环境的冲击相对较小     

Cr/γ-Al_2O_3对乙酸乙酯的催化燃烧

使用浸渍法制备不同负载量的Cr/γ-Al_2O_3催化剂,研究乙酸乙酯的催化燃烧.BET,XRD结果表明,Cr在γ-Al_2O_3上负载存在分散阈值效应,负载量在阈值以下时呈单层分散形式,在超过阈值时Cr形成结晶,实验测得单层分散阈值与理论计算一致.Raman结果表明Cr在单层分散时为Cr~(6+),而在非单层分散时为Cr_2O_3.催化乙酸乙酯燃烧的活性研究显示,阈值效应对催化活性有显著影响:催化活性在单层分散阈值时最好,此时活化能最高,指前因子最大.     

秸秆压块与燃煤供热系统生命周期环境排放对比研究

为证明采用秸秆压块燃料替代煤炭进行供热的可持续性,对秸秆压块和燃煤供热系统的生命周期环境排放进行了对比分析.基于我国2012年投入产出表,构建了投入产出生命周期评价(IO-LCA)和过程生命周期评价(PLCA)相结合的混合生命周期评价(Hybrid-LCA)模型,核算了玉米秸秆压块和燃煤供热系统供应1 GJ热的生命周期CO2、SO2、NOx和PM2.5排放.结果显示,秸秆压块供热系统的生命周期CO2排放量为7 kg·GJ-1热,比燃煤供热排放减少121 kg.此外,秸秆压块供热系统比燃煤供热系统可以分别减少SO2排放98%、NOx排放76%和PM2.5排放58%.控制原料水分,通过减少原料收集和能源转化过程中的耗损,减少能源转化过程的电力消耗以及控制原料收集半径等可以有效改进秸秆压块供热系统环境表现.     

以预处理剩余污泥为燃料MFC产电性能及不连续供电的可行性

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理经预处理后剩余污泥的可行性以及不连续供电能力,采用双室MFC,以剩余污泥热处理上清液为基质进行启动和运行,通过改变电池阴极电子受体而导致电势差变化来监测其产电的运行稳定性.结果表明,反应器以氧气作为阴极电子受体148 h后启动成功,最大输出电压0.24 V,将阴极电子受体换为铁氰化钾时,能获得0.66 V的最大输出电压和4.21 W·m~(-3)的最大功率密度.当将阴极电子受体分别替换为氧气或者开路,又转换为铁氰化钾后,电池输出功率恢复迅速,电池对有机物去除效率基本不受影响,对化学需氧量(COD)、氨氮去除效率分别达70%和80%.本研究表明,利用预处理剩余污泥进行MFC处理和产电是可行的,可获得较高的功率密度,同时MFC可以实现不连续供电.     

微生物燃料电池处理含S2-/NH4+废水的研究

以除硫硝化微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)处理含S~(2-)/NH_4~+的模拟无机废水,研究了不同进水S~(2-)浓度下MFC的产电性能、污染物去除效果和阳极室硫累积情况.结果表明,除硫硝化MFC可实现同步阳极除硫和阴极硝化,并通过非生物电化学作用和生物电化学作用共同产电.进水S~(2-)浓度为(60.8±2.9)、(131.7±2.4)、(161.7±4.5)和(198.1±3.1)mg·L~(-1)时,最佳阳极碳刷清洗周期分别为3、3、3、4个换水周期,前3个进水浓度下的换水周期可分别缩短为6、8和8 h.MFC阴极硝化完全,不受进水S~(2-)浓度影响,但氧从阴极向阳极的渗漏导致阳极库仑效率较低(40%).适当增加进水S~(2-)浓度可增强MFC的产电性能并提高S~(2-)去除负荷和颗粒硫累积比.除硫硝化MFC适宜的进水S~(2-)浓度为(161.7±4.5)mg·L~(-1),相应的最大功率密度为5.77 W·m~(-3),周期产电量为(141.0±5.2)C,S~(2-)去除负荷为(0.31±0.00)g·L~(-1)·d~(-1),颗粒硫累积比达58%.阳极碳纤维丝上沉积有粒径约100 nm的颗粒硫.阳极悬浮物与沉积物相比,悬浮物中S0含量比例较高,而S6+含量比例较低.