可再生清洁能源领域成果汇编

可再生清洁能源领域成果汇编
天津科技大学(TianjinUniversityofScienceand
Technology),位于天津市,是中央和地方共建、天津市重
点建设高校,入选国家“111计划”、教育部“卓越工程师
教育培养计划”高校、天津市“双一流”建设高校、国家建
设高水平大学公派研究生项目、国家“特色重点学科项目”
建设高校、国家级新工科研究与实践项目、国家级大学生创
新创业训练计划、中国政府奖学金来华留学生接收院校,为
CDIO工程教育联盟、“一带一路”高校食品教育科技联盟成
员单位。学校创建于1958年,时名为河北轻工业学院,是全
国首批4所轻工类本科院校之一,隶属轻工业部。1959年,
天津大学制浆造纸专业的主要师资和实验设备调入学校。1
964年,北京轻工业学院发酵工学专业、无锡轻工业学院塑
料成型加工专业先后调入学校。1968年,学校改名为天津轻
工业学院。1971年,天津大学制浆造纸专业全部调入学校。
1972年,北京轻工业学院盐化专业和轻工业部塘沽盐业专科
学校合并后划归学校。1998年,学校的管理体制改为中央与
地方共建、以天津市管理为主。2002年。经教育部批准,学
校更名为天津科技大学。
以生物质废弃物汉麻秆芯为碳源、磷钨酸为催化剂
,采用水热碳化结合高温活化技术制备;产品比表面积最大
可达到2310.4m2/g,产品表面孔隙率高,属微孔活性碳材料
,多孔碳材料具有部分石墨化结构。
此外,产品具有优异的吸附性能,对亚甲基蓝最佳吸
附量高达2424.2mg/g,高于其它类型活性炭产品。同时利用
大麻纤维具有的抗菌、防紫外线功能及大麻杆芯活性炭的优
异吸附性能,开发新下一代生物医疗保健产品(抗菌除臭保
健鞋垫及保健袜子)。
汉麻杆芯基活性炭微观形貌如SEM图所示:
活性炭(SEM)
碳材料分别在吸附性能和电化学性能方面表现出了优
异的性能,相关研究成果正在申请发明专利(申请号:201
910236183.X;201910235345.8)。
上述相关研究工作的积累,为汉麻基碳材料的产业化
应用及开发新一代生物保健产品打下了坚实的基础。
相关研究成果正在申请发明专利(申请号:20191
0236183.X;201910235345.8)。
这是一种太阳能电池板装置,尤其是一种便携式可
收纳太阳能电池装置。
太阳能电池包括折叠式太阳能电池板和支撑组件,所
述折叠式太阳能电池板后端面安装有能将折叠式太阳能电池
板倾斜支撑的支撑组件,该支撑组件两侧端部分别安装有能
向两侧延展的伸展架,所述折叠式太阳能电池板能压接在展
开状态下的伸展架同侧端面内。
所述支撑组件包括托板、支撑架和固定架,所述托板
前端面与所述折叠式太阳能电池板的后端面紧密接触,该托
板后端面内由上至下制有纵向通槽,该太阳能电池纵向通槽
上端两侧内壁之间铰装有所述支撑架的固定端,该支撑架的
活动端外缘能活动套装所述固定架的一侧端部,该固定架的
另一侧端部转动套装在所述托板的下端制出的固定轴外缘。
1、本成果开发了太阳能相变储热器(水管热交换
式相变储热器和水泵循环式相变储热器)产品,其核心技术
是开发了可选配、具有自主知识产权的智能相变储能材料(
3℃~75℃)共18种9个系列的产品,受理授权国家发明专利
9项、实用新型专利2项。其原理是:在白天有太阳时储热器
储存能量,在夜间再释放热量。太阳能相变储能器可广范应
用于供热、采暖和洗浴的目的。
2、投资点、投资情况:对于独栋200平方米的二层小
洋楼的环保房采暖系统(投入成本2~3万元)工程示范,在华
北(天津市)每100平米房屋为测量单位计算,在无暖气和
缺电情况下,冬季每季度耗电量约20度左右,节能达60%以
上,而产品使用寿命在8~10年,其经济效益和社会效益显
著。本产品适合于新农村城镇化建设的供热采暖以及学校、
医院、工厂和企业洗浴中心热水供给,特别适合于我国分散
式"别墅"、民宅和新城市化建设所处的无电或缺
电、无取暖设施的住宅供热采暖问题,可有效地替代长期以
来依据大量能耗、或燃烧薪柴(生物质)采暖和供热,对于
促进节能减排和环境保护、提高人民生活质量具有十分重大
的推广价值和示范作用。可技术转让,也可技术入股方式的
联合生产和其他储能新产品开发。
本项目所研制的多功能太阳能充电器,采用单片机
控制电压输出,拥有智能调节功能,外置电压调节开关可以
调节不同的输出电压及电流,调节电压范围5-12V,电流范
围100-500mA。
充电过程中采用LED灯指示,具有完备的过充、过放
、短路保护功能,并采用模块式结构和USB接口,可以对手
机、MP3、MP4、PDA、数码相机、干电池(AA、AAA)等不同
的数码产品充电。
充电器还安装有高亮LED、七彩屏闪灯、验钞灯、超
声波驱蚊,可用于日常照明、紧急照明、驱蚊、验钞。适用
于出差、旅游、长途乘车船、野外作业等环境及学生的备用
电源和紧急照明,具有安全保护、兼容性好,大容量、体积
小、使用寿命长、性价比高的优点。
1、本项目以太阳能为主制取浴室热水,太阳能不
足时用热泵制取浴室热水,热泵可在谷值电时运行,运行费
用约为燃气锅炉的1/3~1/2。
2、创新点主要包括:浴室专用热泵,太阳能热泵专
用调控系统,浴室废水热能回收装置。
3、投资点、投资情况:系统投资约为太阳能电辅助
加热系统的1.5倍,约为太阳能燃气锅炉系统的1.2倍,投资
回收期均约为12个月。以每天用热水100吨的浴室为例,太
阳能平均可完成60吨的热水制取,其余40吨需采用热泵、电
加热、燃气加热等方式完成。热泵制取40吨热水约耗电350
度,电费约100元(以谷值电价每度0.34元计算),每年约
36000元;电加热制取40吨热水时耗电约1400度,电费约40
0元,每年约144000元;燃气加热制取40吨热水时消耗天燃
气约175立方米,燃气费用约为500元(取天燃气价格每立方
米3元),每年约180000元。太阳能热泵系统每年可比后两
者节省运行费用10万元以上,以天津市为例,折合该规模的
浴室数量在100个以上,每年总体效益在1000万元以上。
该超声波洗筘机利用超声波清洗技术的“空化”作
用,破坏污物与钢筘的吸附作用,引发污物层的破坏,从钢
筘表面脱落,其效应可渗透到微小缝隙中,达到对钢筘的彻
底清洗作用。
该设备对钢筘采用循环扫描式清洗,往复距离可调,
效率高,节约能耗;采用PLC电气控制系统,自动化程度高
。可根据筘件的污染程度,自动调节扫描速度;根据不同筘
号的钢筘与超声波频率进行匹配要求,确定了不同的发生器
频率,以达到理想的清洗效果;采用小功率超声波发生器,
节约能耗;适应性强,可适应不同尺寸、形状的工件;采用
PLC电气控制系统,自动化程度高。
该机是对各种无梭喷气织机上异型钢筘进行有效清洗
的设备。该项目现在处于成熟应用期,应用情况很好。
下一步工作方向和措施:实现多步清洗,从清洗、清
水冲净到烘干一条生产线;采用现代控制技术,实现超声波
清洗生产线的自动化。
该项目围绕海水源制冷热泵区域供冷供热技术,对
近海海水数据、海水汲取输送及排放、海水换热器、海水制
冷热泵系统的方案、冷量热量的输送及分配、海水制冷热泵
系统的优化等进行了较系统的分析和研究,给出了基于近卡
诺循环的高效制冷热泵制冷剂及其循环技术;给出了新型制
冷剂节流部件;构建了可用于低海水温度的热泵循环系统方
案;给出了海水换热器结冰工况下的海水源制冷热泵系统调
控方法;给出了海水源制冷热泵系统的综合优化技术。
该项目的研究成果为该技术的应用提供了较好的技术
支持。目前,项目组正努力与企业合作,争取下一步能在该
市建立海水源制冷热泵系统的小型示范工程,为其大规模推
广积累更全面的工程经验。
该课题的研究成果包括四个部分。
热泵系统方面,优选出一组具有特定相变特性的工质
,实现热泵的近卡诺循环,为提高热泵的工作温度和能源效
率、强化干燥过程和提高干燥速度提供了基础。
流化床方面,得到了缓苏-间断工艺提高物料干燥质
量和设备热效率的实验数据、惰性粒子流化床强化热质传递
的实验数据。
热泵式流化床干燥系统方面,给出了热泵式流化床干
燥装置在典型操作参数时的技术经济指标、干燥生物物料等
热敏物料的干燥质量规律、系统结构优化、热泵干燥方案的
环境负荷分析等。
物料物性及干燥质量保护、最佳干燥工艺方面,以胡
萝卜或南瓜为例,给出了营养成分与干燥工艺参数之间的定
量关系式,并建立了根据物料物性和干燥质量要求,以干燥
时间及能耗为指标,确定最佳干燥工艺的方法,为干燥装置
的设计和运行调控提供了理论指导。
本课题设计了太阳能和风能互补发电智能控制系统
,系统能够根据当前负载、日照强度情况、风力大小情况、
蓄电池能量情况,按照所设计的特定供电原则来选择太阳能
、风能、蓄电池供电的组合方式,实现各部分协调工作,以
及适时对蓄电池充电,所有的控制过程均由系统自动完成。
并利用该系统为水体增氧装置、直流电机、照明灯等负载供
电,工作效果良好。系统利用太阳能板和风机实际能量采集
,以AVR单片机作为整个系统的控制核心,根据采集到的太
阳能板以及风机的电压和电流,经过一系列计算选择供电电
源,同时进行最大功率点跟踪控制,使系统达到较高的输出
功率。
系统设有保护电路,可以避免蓄电池过放和过充,协
调蓄电池的控制方式,当风速偏大时,使发电机不易发生超
速或过载。
海浪发电是一个涵盖多个学科的综合性问题,该课
题涉及到机械设计与制造,空气动力学,流体力学,物理学
,数学模型,计算机模拟,海洋科学等各领域。
在这方面的研究包括。
1.建立在随机过程基础上的随机海浪理论,研究波面
位移以Longuet-Higgins模型,Fourier-Stieltjes积分模型
,Pierson模型为代表。近岸水域波浪传播也有相关的数学
模型建立。
2.对作用在漂浮体上的波浪力计算方法包括切片理论
法、压力积分法、及能量动量守恒法和弗汝德一克雷洛夫假
定法。根据对波浪力的计算,选择浮子的理想几何形状包括
长方体、垂直圆柱体、水平圆柱等。
3.海浪发电系统类型包括。
①利用气一水封室中的水面振幅达到发电目的,这种
振幅受海浪波动引发。
②靠海浪推动物体产生运动达到发电目的。
③利用海洋深处水封液室受海浪推力致使部件表面变
形后所发生位移而达到发电目的。
而海浪发电的机械装置有双浮子方式,震荡浮子式,
震荡水柱式(澳大利亚),阿基米德海浪摆动式(荷兰),浮筒
连杆方式等。
本课题选取三倍体毛白杨为原料,进行酸催化乙醇
法、蒸汽爆破预处理,并利用响应曲面法进行优化,建立相
应的原料特性与预处理条件之间的数学模型,通过对比最优
条件下酸催化乙醇法、蒸汽爆破法和稀酸蒸汽爆破法预处理
后的底物纤维素、木质素含量,红外光谱、结晶度指数、纤
维长度和聚合度发现:三种预处理方法都使纤维素有少量降
解,木质素分子结构受到了破坏,部分木质素和大部分半纤
维素脱除,且酸催化乙醇法处理程度大于蒸汽爆破法,酸催
化乙醇法可以在适当损伤纤维的情况下使得纤维更短,处理
的强度更激烈,处理后底物更适用于酶水解工艺的研究。
本课题定量揭示了酸催化乙醇法、蒸汽爆破法预处理
工艺条件与纤维素回收率、结晶度指数、木质素含量等指标
的内在联系。开发了蒸汽爆破联合酸催化乙醇法预处理技术
,为将来多种工艺的结合研究提供基础。
通过本项目的研究,获得国内发明专利1项,发表高
水平研究论文9篇,其中SCI收录3篇,EI收录5篇,发表国际
会议论文2篇。培养研究生3名,其中1名博士生,2名硕士生
。在本项目的助推下,本项目申请人积极开展了国际合作研
究和学术交流,包括瑞典隆德大学的Zacchi教授,美国威斯
康星大学潘学军教授,美国林业部林产品实验室的朱俊勇教
授,通过国际合作者的来华讲学、交流以及指导,将国际先
进的木质资源综合利用和预处理技术引入到本项目的实施过
程中。
项目执行期间,项目成员参加了第16届国际木材、纤
维及制浆化学国际会议(The16thInternationalSymposium
onWood,FiberandPulpingChemistry,简称16thISWFPC。
该会议历史悠久,在国际相关领域具有极高的学术声
誉。
在会议期间,项目组成员进行了墙报展示,并与与会
各国学者展开了积极的学术交流。
通过上述国际合作研究和学术交流,培养和造就了本
研究领域的学术骨干和学科带头人。
通过本项目的研究,获得国内发明专利1项,发表高
水平研究论文9篇,其中SCI收录3篇,EI收录5篇,发表国际会
议论文2篇。培养研究生3名,其中1名博士生,2名硕士生。
天津科技大学生机电一体化实验室拟研发的助力式
抢险救援用空气呼吸器系统装备,对于解决消防兵的负重需
求和保护需求及救援效率的提高具有重要意义,将对安防器
械产业产生深远影响,引领、带动整个产业进行技术升级。
助力式抢险救援用空气呼吸器系统装备,增加助力外骨骼模
块,提高救援效率;改变传统背板集中受力方式,进行多点
分布受力方式的设计;有效减轻模块背板的重量,进行柔性
减震设计和解放弯曲、旋转约束,提高舒适性。