控制CO2的太阳热能与化石能源互补方法与机理

太阳能与化石能源互补热发电系统是实现可持续发展与节能减排的重要技术之一。本项目针对太阳能与化石燃料的热化学互补发电系统中热物理问题（太阳能与化石燃料的品位互补、梯级利用特性，太阳能热化学燃料转化与CO2分离一体化机制）进行研究。.本研究从热力循环与温室气体控制的交叉学科，以太阳热能驱动化石燃料重整、化学链燃烧等新型能量释放方式为研究对象，探讨热化学互补过程太阳辐射热能、燃料化学能等不同能的品位匹配现象和相互作用规律。在此基础上，重点探索太阳能驱动化石燃料转化源头与CO2捕集耦合方法，揭示燃料化学能品位梯级利用与CO2分离功降低的协同机制，提出低能耗、控制CO2的太阳能与化石燃料热化学互补发电新系统。本研究为低成本、高效规模化应用太阳能与化石能源互补发电系统应用提供了理论支撑，也同时为多能源互补发电系统中CO2减排能耗大的科技难题提供一个有效途径。

面对节能减排的国家重大需求，针对太阳能与化石能源互补发电系统效率低和控制CO2能耗高的难题，开展了控制CO2的太阳能与化石燃料热化学互补的能量转化机理及系统集成研究，探索了太阳能热化学互补的燃料化学能梯级利用与CO2能耗降低作用机制，提出了太阳能品位提升与燃料源头捕集CO2的新型互补方法及发电系统，太阳能净发电效率高于30%，CO2捕集能耗降低20%以上。经过三年努力，本项目按计划全面完成了任务书规定研究内容。重要进展与成果如下： .1）建立了燃料化学能、反应Gibbs自由能、太阳能集热品位、CO2浓度富集度的特征关系式，揭示了燃料源头化学梯级利用对CO2捕集能耗降低和太阳能热转功理论效率提高的协同机制，为高效互补的太阳能热发电系统集成创新提供了理论依据；.2）研制出一种适合中温太阳能驱动化学链燃烧的新型氧载体材料，实验验证了中低温太阳能热化学互补制氢与捕集CO2的新方法；.3）提出低能耗捕集CO2的中低温太阳能与替代燃料化学链燃烧整合发电系统，以及控制CO2的光煤热互补发电系统。不再局限光热转化与蓄能相互独立的传统思路，而是将光热转化与燃料化学能释放有机结合，可同时实现太阳能源头蓄能、化石燃料源头节能。.上述研究成果共发表论文21篇：国际期刊论文8篇，工程热物理学报4篇，国际会议论文9篇。SCI收录8篇，EI收录13篇，ISTP收录9篇。国际会议特邀报告1次，申请国际发明专利2项，国家发明专利8项 （授权1项，公开3项），参编英文专著1部。培养博士生2名、硕士生3名。1人次获“中科院院长优秀奖学金”，1人次“吴仲华优秀学生奖”，1人次获“中科院宝钢优秀奖学金”。