【项目精选】358期：节能与新能源技术项目推荐（一）

项目一：恶劣环境电气外绝缘放电特性及其在电网中的工程应用

项目简介：

该成果面向青藏铁路、西电东送和特高压等重大工程的迫切需求，解决恶劣环境国内外至今没有攻克的电气外绝缘特性与设计的难题。

该成果在国内外率先研究提出覆冰、高海拔、污秽“恶劣环境”电气外绝缘特性的试验方法；揭示绝缘子覆冰形成及其导致闪络的规律和高海拔污秽绝缘子与空气间隙的放电机理及其湿度等大气参数对其放电的影响规律，建立“恶劣环境”绝缘子和空气间隙放电的物理数学模型，提出其电气外绝缘修正方法；首次提出采用V型与间插布置方式、优化伞形结构防止冰闪的方法，发明高海拔地区用复合绝缘子和覆冰参数测量用圆柱体阵列积冰器，提出基于积冰器冰重的覆冰参数实时动态监测方法。

项目二、气体绝缘装备特高频局部放电监测关键技术及其应用

项目简介：

本成果属于能源领域里电气工程高电压与绝缘技术学科。解决了最能反映设备内部绝缘故障特征与程度的PD 信号传感、提取、定位和标定等关键科学技术难题，建立了相应的绝缘故障专家诊断系统，研发的SF6 气体绝缘装备绝缘状态在线监测装置得到广泛应用。其核心发明点为：

1．发明了特高频PD 信号传感技术：创新了特高频传感器展频的附加阻抗匹配网络、多层屏蔽谐振、非中心点馈电以及复合结构等关键技术，发明了强电磁环境下采集微弱PD 信号的微带与横电磁波喇叭超宽频带特高频复合传感器，检测频带达到超宽范围(在驻波比为2、增益不小于3dB 时，相对带宽为25.6%)，且中心频率在500MHz～1GHz 内可选，并可调节多频谐振点的相对位置以形成抑制窄带干扰频段的阻带，解决了特高频PD 信号监测中的首要技术难题。

2．发明了抑制强电磁复合干扰方法与技术：率先提出复小波(包)变换需用复阈值的科学思想，给出了选取复阈值的原则与方法，构建出用于抑制强电磁干扰的最优复合信息WTRIn 序列，发明了用复小波(包)变换抑制强电磁复合干扰的算法与技术，解决了强电磁环境下监测(检测)PD 信号需要抑制白噪声、电晕脉冲、随机混频窄带及其复合干扰的技术难题，同时建立了抑制干扰效果的综合定量评价方法。

3．发明了基于传感器阵列的泰勒遗传PD 源定位方法与技术：创新了非平稳脉冲信号多样本能量相关提取信号时间差的方法和全局搜索PD 源最大概率位置的遗传算法，提出了双曲面定位方程的泰勒优化方法，发明了利用阵列传感器多样本冗余检测数据融合并逐次修正定位结果的逼近技术，使定位时间差求取误差为皮秒级，距离误差在厘米级。

4．发明了特高频PD 定量监测(检测)的标定原理与技术：创立了用波形参量时频域等效定量监测(检测)PD 量的标定方法，揭示了PD 波形参量与PD 量之间的内在关联，获取了不同影响因素下标定PD 量大小的校正实验曲线及解析表达式，发明了可方便用于实验室和现场监测(检测)的人工注入特高频标准校正波形与实测PD 波形时频域等效定量标定PD 量的关键技术。

项目三、多场耦合能质传递强化及调控理论与方法

项目简介：

能源、环境及化工等领域广泛存在具有相变和反应的能质传递和转化问题，具有多区域、多场、传递与转化等相互耦合的特点，是影响装备性能的关键热物理问题，对提升性能至关重要。本项目针对上述领域中共性的多场耦合能质传递机理及其强化和调控方法的前沿科学问题开展研究工作，取得了系列原创性研究成果。主要发现点有：

一、分区耦合多相传递可视化实验方法及其机理与特性：创新了滞止流和通流槽道内逸出速率及位点可控的液滴和气泡动力学行为、变孔隙率网络流道及其与外部流场耦合的两相流动、毛细阻力可调的多孔层内相变传热及含反应边界的两相流及传递等可视化实验方法。获得了逸出液滴聚合衰减震荡机理及规律；发现了微孔逸出气泡脱离后涌入和界面震荡现象；揭示了具有壁面逸出气泡的槽道内两相流规律；阐明了具有微孔层和结构缺陷的气体扩散层内两相分布特征；厘清了反向式毛细蒸发器多孔层内相分布规律及其对相变传热的影响机理；揭示了燃料电池内两相流动和传输以及电化学反应的相互作用规律，获得了流道水淹与压降之间的定量关系及膜电极表面温度分布特性。

二、多元多相分区耦合能质传递及转化理论模型：建立了多场耦合固体基质表面细胞吸附成膜理论模型，揭示了生物膜结构与能质传递及产氢/产电性能的相互关系；建立了含生化反应的多孔填料床内多相能质传递的毛细管模型和多相混合模型，阐明了流动和传输与生化反应的耦合特性，为固定化细胞生物反应器性能预测提供了方法；建立了毛细结构材料内分区耦合相变传热理论模型，为反向式毛细蒸发器和微槽膜状凝结换热提供了理论计算方法；提出燃料电池两相传输三维孔隙网络模型和气体有效扩散系数的分形模型，首次利用VOF 方法模拟了边壁具有逸出液滴的燃料电池流道内细观两相流行为，揭示了多孔扩散层与流场板流道内两相流的耦合关系以及流道结构和工况参数对两相流特性的影响规律。

三、多场耦合能质传递强化及调控方法：基于分区耦合强化传热思想，提出了三维肋表面和螺旋扭带组合强化传热新方法；通过分区流动和传递强化与调控，发展了三维柱状阵列结构阳极微流体燃料电池，显著提升了电池性能；利用石墨烯表面修饰，实现了多孔电极内微生物产电菌电子转移速率和活性生物量调控和强化；创新性利用流场/浓度场/温度场/光场的强化和调控，结合表面修饰和弥散光导体技术，实现微生物生化转化全过程强化；提出了通过外接电阻控制阳极电势诱导和调控生物膜结构，强化了质子传输，大幅提升了微生物燃料电池性能。

项目四、燃煤烟气协同脱硝脱汞催化剂制备关键技术及应用

项目简介：

针对传统SCR脱硝催化剂难以适应我国高硫、高灰、高汞燃煤烟气而导致的催化剂失活、使用寿命缩短、脱硝成本增加等问题，以及实现燃煤烟气协同脱硝脱汞目标，开发了具有完全自主知识产权、集多项核心技术于一体、适应我国恶劣燃煤烟气条件的脱硝脱汞催化剂配方及制备关键技术。主要取得以下创新性成果：

（1）率先建立了高硫高灰高汞燃煤烟气条件下催化剂中毒失活机理模型，开发出适应我国复杂燃煤烟气的耐磨抗中毒钛钨-堇青石复合催化剂载体；

（2）揭示了汞在燃煤烟气中的热力学特性和迁移行为，建立了汞在脱硝过程中的吸附与氧化机制，开发出了适应高硫高灰高汞烟气的宽尺度协同脱硝脱汞催化剂；

（3）建立了我国典型煤种汞分布与赋存形态数据库，开发了汞高效吸附氧化设计平台，构建了针对不同煤质条件的协同脱硝脱汞催化剂设计与快速响应系统；

（4）开发出协同脱硝脱汞复合载体催化剂制备关键技术与生产工艺，建立了具有国际先进水平的脱硝脱汞试验平台，构建了催化剂运行智能监测管理系统。

本项目研制的新型脱硝脱汞催化剂脱硝率、汞氧化率、耐磨性、使用寿命等指标达到国际先进水平，其它性能指标达到国内领先水平。

项目五、柔性储能器件及传感器件

项目简介：

利于层状纳米材料比表面积大的特点，在碳基柔性衬底上制备了高性能柔性超级电容器，及葡萄糖传感器。超级电容器的能量密度最大为50.2 Wh kg-1, 功率密度为8002 W kg-1 at 17.6 Wh kg-1, 充电1分钟能点亮两只绿色LED灯3到5分钟。

非酶葡萄糖传感器：检测范围为0.002mM~4.096mM，检测极限为0.53μM（信噪比为3），响应时间为3s，另外还具有较优异的选择性与再现性，因此该复合材料是高性能非酶葡萄糖传感器的潜在候选者。

项目六、一种用江河水/污水作为冷却介质的换热器

项目简介：

利用地表水为低位冷热源实现冬夏空调的地表水源热泵系统应用前景广阔，目前在国内得到了迅速发展。但是，对于含沙量较大的水体，水质处理上占用了很大的增量成本。降低水处理措施，让地表水直接进入机组是降低能耗，降低系统投资的有效途径。针对目前传统热泵的蒸发器、冷凝器无法接受非工业标准冷却水进入换热器的不足，发明了一种全新两器结构，实现地表水直接进入。在冬夏季利用地表水换热管束两端由管板固定于壳体上，两端的管板和封头分别围成两个管箱，换热管束的两端分别与管箱相通；两个管箱上分别设有被冷却或加热介质的入口和出口；壳体两侧上部设有冷却介质入口和出口；换热管束横向布置在壳体内的中上部，壳体下部设有具有锥度的集沙斗，其下部接排沙管，实现换热与泥沙分离。当含有固体杂质的液体在壳体内流动时，由于水流冲击和重量作用泥沙落入集沙斗，解决了换热器易堵塞，管箱内沉淀淤积、清洗不便、复杂的水处理过程等问题，可明显减少初投资和运行成本，适合于以江河水和污水等含固体杂质多的液体为冷却介质的换热器。目前适合国家可再生能源利用的地表水源热泵最大的障碍是水处理工艺。而该成果可以实现免水处理，发展应用前景巨大。

该产品的技术图纸如下：

换热管束1，壳体2，管板3，挡板4，管箱5，两端的封头6，隔板7，可拆卸盖板8，具有锥度的集沙斗9，排沙管10，被冷却或加热介质的入口11和出口12；冷却介质入口13和出口14。