祝贺！华电学子在“华清杯”全国CCUS创新创意赛中斩获多个奖项
近日，2022年“华清杯”全国CCUS创新创意赛公布获奖名单。由我校能源动力与机械工程学院研究生胡东子担任领队、沈国清老师指导的科技类设计方案“耦合压缩二氧化碳储能的碳捕集燃煤机组”荣获一等奖。此外，我校获得二等奖、三等奖各一项，优秀奖五项（含保定校区一项），获奖数量位居前列。
”比赛介绍
“华清杯”全国CCUS创新创意赛由中国电机工程学会清洁低碳发电专业委员会、中国环境科学学会碳捕集利用与封存专业委员会和全球碳捕集与封存研究院联合主办。大赛主题鲜明，涵盖了碳捕集、利用、封存（CCUS）等领域，分方案设计类、政策调研类和科普类三个赛道，便于广大学子多角度进行创新创意。赛事紧密围绕“双碳目标”，以活跃学术思想、培养青年人才、促进原始创新、推进技术革新为目标，旨在打造“学习、研究、竞赛、创新”四位一体的CCUS创新技术交流平台，推动产学研用一体化，促进CCUS技术创新发展。
据悉，本次比赛共收到清华大学、北京大学等高校及研究院所推荐的原创作品一百余份。经过初评，最终有73份作品入围决赛答辩。决赛于1月10日、11日举办。经过专家组评审，大赛共产生一等奖3项、二等奖5项、三等奖14项、优秀奖46项。此外，比赛为一等奖获奖团队提供奖金5万元，二等奖奖金1万元以鼓励青年创新，并提供中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司优先聘用或实习机会，让广大参赛学子在展示创意的同时有了更多获得感。
我校参赛与获奖情况
自2022年12月收到大赛参赛邀请后，我校工程训练与创新创业教育中心高度重视，力争发挥竞赛平台优势引导学生聚焦CCUS前沿技术，以实际行动践行双碳目标。能源动力与机械工程学院精心组织，先后筹办竞赛宣传、作品初评、决赛答辩和赛前辅导等一系列活动，充分调动相关学科及感兴趣的学生关注参与，同时鼓励指导老师积极指导。不到一个月时间，71名不同学院学子围绕CCUS技术展开创意设计和创新调研。在本次校内选拔赛中，方案设计、政策调研和科普类均涌现出多个优秀作品，充分体现了我校学子在相关领域的专注积累和创新热情。
本次比赛不仅提升了华电学子对碳捕集、利用、封存前沿技术的关注，更增进了同学们对相关形势和政策的了解和感悟，提高了大学生节能减排意识和团队合作创新能力。本次比赛也展示了我校坚持“厚基础、重实践、强能力、求创新”人才培养理念的成果，展示了我校紧密围绕双碳目标和社会需求积极作为的责任使命。接下来，学校将继续营造创新氛围，引导广大学子学有所成、大胆创新，为早日实现双碳目标贡献智慧和力量！
获奖作品简介
01
一等奖
作品名称：
耦合压缩二氧化碳储能的碳捕集燃煤机组
领队：
胡东子（研动2021）
成员：
张成凤（研动2125）
陈一鸣（研动2229）
张 成（吴仲华2001）
指导教师：
沈国清（能源动力与机械工程学院）
作品简介：
本作品提出了一种压缩二氧化碳储能与碳捕集燃煤机组耦合的新系统，该系统以燃煤机组捕集的CO₂作为CCES系统的工质，CCES系统释能发电后CO₂重新回到捕集流程，取消了CCES系统的低压储气库，同时通过热能的综合利用实现燃煤机组、碳捕集系统和CCES系统的深度耦合。通过系统热力特性分析得到：相比碳捕集燃煤机组自身调峰，CCES系统的应用可以增加耦合系统的调峰灵活性与调峰深度，实现耦合系统最低调峰深度达到10%额定负荷，在优化调峰时耦合系统在一个调峰周期内最多可节约煤耗52.19g/kWh；CCES系统储能效率达到70.1%，能量密度为10.87kWh/m3。
作品系统图
02
二等奖
作品名称：
“舌尖上的CCUS”
领队：
廖若晴（信管2102）
成员：
莫寒翔（贯通电2101）
刘诗雨（工商2101）
陈豪（工管2102）
指导教师：
张冬月（能源动力与机械工程学院）
作品简介：
本项目科普内容立足“从生活中来，到生活中去”的理念，从生活中最常见的现象引出“双碳”和CCUS的系列知识，重点从人们较为关注的饮食方面娓娓道来，用简单易懂的方式介绍 CCUS中较为前沿的技术，同时呼吁人们在日常生活中从点点滴滴为实现“双碳”目标作出贡献。将“利用气体加压液化的物理原理，通过化学方法或物理技术从空气、烟气、海水等排放源中分离二氧化碳，在工业生产中进行利用或注入地层海底以实现永久减排并集中固定的过程”“我国在2021年就实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成，完成了从0到1的突破性实验。受自然光合作用的启发，二氧化碳制备淀粉的整体设计思路为能源工厂产生的高浓度二氧化碳作为原料，再将其用太阳能电池转化为能量，并进行碳氢化合物合成，最后生成淀粉，该技术由11步核心反应组成”等科学技术原理用最通俗易懂的方式向大众介绍，旨在带动“双碳”全民关注、全民参与、全民共享。
“舌尖上的CCUS”成员照片
03
三等奖
作品名称：
以氨为基材的燃煤电厂污染物脱除与利用
领队：
樊帅军（博环境2277）
成员：
张月（硕环工201）
陈柳潼（硕环工212）
指导教师：
马双忱（环境科学与工程学院）
项目简介：
国内已有的超低排放电厂投运的CCUS工程普遍存在捕集成本高、产物利用量有限等问题，而开发成本低、捕集产物可有效利用的CCUS技术成为了电力环保的共同需求。为此，本作品提出煤电CCUS未来技术发展方向应该是烟气污染物一体化协同控制，首先应用等离子体技术，氧化烟气中还原性污染物SO₂、NO等，而后以氨水为吸收剂协同脱硫脱硝脱碳。继而提出燃煤电厂合成氨生产线以解决氨源问题，将空分的N2和纯水作为反应物，借助弃电，应用电化学法催化合成氨。反应器阴极产生的NH₃经过处理加压液化储存。阳极产生的O₂和空分所得O₂用于富氧燃烧，煤电未来会拥有更丰富的产品线（氨能、肥料、化工品等）。
本技术颠覆了传统的有机胺吸收-解吸碳捕集路线，无机氨法碳捕集联产铵肥系统可实现低能耗脱除CO₂的目的，且产物碳酸氢铵具备广阔的利用空间。所提出的硝硫碳一体化脱除，适应于电厂当前及未来十年内环保低碳需求。本作品提出的以氨为基材的燃煤电厂污染物脱除与利用技术可有效缓解碳达峰阶段燃煤电厂的生产压力，为煤电CCUS项目扭转运行亏损现状提供了参考。作为全球最有潜力的化工原料与能源载体，氨能正逐渐为全球能源工业所接受，本作品中的氨能产业链为火电发展提供了一种新的思路。随着合成氨生产线的搭建而逐渐形成的蓝氨产业链通过合理产业连接，在经济性达到最大化的程度上进行实现污染物完全资源化再利用，电厂变身城市能源综合体，解决了CCUS产物利用问题，最终有望实现规模商业化推广。
04
优秀奖1
作品名称：
CCUS视角下二氧化碳的过去、现在和未来
领队：
柳璎珂（电气GJ2102）
成员：
张悦(电气GJ2101)
陆梓心（电气GJ2101）
李昕彤（电气GJ2102）
指导教师：
张冬月（能源动力与机械工程学院）
项目简介：
在我国努力达成“碳中和、碳达峰”目标的大背景下，国家长期以来倡导公民生活中举手之劳促进减排的宣传较为到位，但针对青少年人群兼具科学性和趣味性的相关科普拓展仍有一定缺失，尤其是针对CCUS等前沿技术的创意科普。本视频作品从有趣的背景插图及通俗易懂的文字解读出发，将可看性与可读性相结合，从源头解释了为何要进行温室气体减排、CCUS的诞生背景、二氧化碳从何而来等问题，汇总了CCUS的部分技术发展现状、整理了CCUS大体的模式和部分对于二氧化碳处理的流程概况、列举了捕获封存等方面部分的具体技术并对其原理进行了的简易阐释。
05
优秀奖2
作品名称：
CCUS流程膜法捕集-微通道
解吸二氧化碳装置
领队：
杨嘉熙（博动2161）
成员：
祁有炜（研动2125）
傅宏明（博动2058）
薛凯丽（博动2161）
徐伟豪（研动2125）
指导教师：
高丹（能源动力与机械工程学院）
作品简介：
膜法捕集和微通道解吸烟气中的二氧化碳对于碳捕获，利用与封存技术影响深远，为提高烟气中的CO₂捕集效率并易于再利用解吸，同时兼顾余热回收，本小组搭建了膜法捕集-微通道解吸CO₂装置，主要包括陶瓷膜捕集系统和微通道解吸系统和疏运系统，烟气流经捕集系统时由于选择分离性和内外压差使得CO₂气体被吸收，陶瓷膜内部的吸收剂富集后可以在解吸系统内快速重新生成纯净CO₂气体，同时由于余热的利用可以减少解析能耗，实现了捕集，纯化，余热利用与再生的集成组合；籍此，在人工烟气流经条件下进行了试验，分析了CO₂脱除率，传质效率，阻力比以及解吸效率等关键参数，结果表明：捕集时的最大捕集效率和传质效率达到了182.3mol/m2·h和83.4%，输运时的最大损失仅约为11.5%，在60℃解吸时，解吸效率达到了73％。
CCUS流程膜法捕集-微通道解吸二氧化碳装置图
06
优秀奖3
作品名称：
瞬时CO₂泡捕集机理及动力特性试验装置
领队：
祁有炜（研动2125）
成员：
潘勇（研动2123）
曹圆圆（研动2225）
戈立宁（研动2021）
杨嘉熙（博动2161）
指导教师：
张衡（能源动力与机械工程学院）
作品简介：
化石能源燃烧排放的二氧化碳（CO₂）与温室效应密不可分，为了进一步服务碳捕获，利用与封存技术，以微观瞬时角度为切入点研究CO₂泡在不同吸收剂内的捕集机理和动力特性从而更好地对其吸收与利用，设计了可视化CO₂泡试验装置，该装置利用高速相机等仪器可以在不同理化性质的吸收剂内得到单个或连续上升CO₂泡的瞬时生长及运动结果，通过基于MATLAB设计的分析软件自动识别得到关键参数，该装置集瞬态捕集与后期自动分析于一体，籍此，试验了4种不同初始半径CO₂泡在5种浓度NaOH、NaHCO3溶液及5种粘度羧甲基纤维素钠溶液中的动力特性，结果表明：粘度增大导致上升时间增加，100Pa·s时最大上升时间为0.518s，相较于去离子水中的最短、最长上升时间分别增加了41.9%和47.6%，溶液中CO₂泡的纵横比δ都会有一个“L”型分布，NaHCO3抑制NaOH溶液与CO₂反应，最终导致截面比κ值变化减小，NaOH溶液浓度0.039g/ml，0.058g/ml时最利于CO₂吸收。
瞬时CO₂泡捕集机理及动力特性试验流程图
07
优秀奖4
作品名称：
双碳目标背景下中国CCUS产业现状及前景分析——基于应用案例与政策调研
领队：
李明哲（博动2272）
成员:
袁孟祥（能动2001）
蒋佩珈（研动2124）
黄文荻（研动2119）
戴吾然江·萨迪尔（研动2123）
指导教师：
张冬月（能源动力与机械工程学院）
作品简介：
随着全球工业化进程的加快，二氧化碳的大量排放导致气候变暖。二氧化碳捕集封存，CCUS技术的大规模部署正当其时。目前，全球许多国家和地区已建有不同规模的CCUS项目，但国内CCUS 技术与项目发展仍处于起步阶段，技术性、经济性、政策性和安全性迫切需要经验总结及试点推广。为此，本文首先回顾了CCUS产业发展现状，着重调研CCUS的产业链及产业链的多端耦合。在明确产业需求及现阶段产业耦合基础上，结合CCUS纵向技术谱系及30余项国内横向应用案例，提出现阶段CCUS产业发展瓶颈。此外，对十四五规划以来关于CCUS产业的全国性和地方性政策进行普查，提炼国内政策环境优劣及发展侧重点，最后，在技术、经济、安全、政策四个方面总结了CCUS产业现存问题，分别对中小规模CCUS产业以及大规模CCUS产业提出前景展望与针对性建议。
08
优秀奖5
作品名称：
生物质耦合二氧化碳解吸资源全域化
领队：
魏晓淇（应化2101）
成员:
刘丽梅（应化2101）
江文慧（应化2102）
曾柄渊（应化1902）
指导教师：
赵昆 （环境科学与工程系）
作品简介：
生物质是自然界中唯一可再生的有机碳资源，可持续用于合成许多有价值的产品。为改善目前工厂尾气二氧化碳的捕集和再生催化剂的不足，本项目通过水热法进行合成，利用葡萄糖来制备促进CO₂解吸的优良催化材料。所得产物中，固相产物是具有介孔结构的纳米小球，可用作CO₂解吸等工艺的高效催化剂；除了目标的固相产物以外，对液相乃至气相的附加产物也加以收集利用，其中液相产物中以5-羟甲基糠醛和乙基-α-D-葡萄糖苷为主，是高价值的化学中间体；气相产物有CO、H₂、CH₄等气体，具有利用价值。在这个项目中，我们把固、液、气三相产物全部利用起来，实现低成本，高产出，这就是我们提出的新型理念“全域资源化”。我们将该理念和二氧化碳的吸收利用工艺进行耦合，在有效合成CO₂催化剂的同时，以低成本获得高产值的附加产品，整个工艺过程绿色环保零碳排放，有很强的实用性，也对工业的改良有着一定的启发。
参赛心得
胡东子
经历这次比赛，我们收获颇丰。通过参加CCUS创新创意赛，我们深入了解了碳捕集、封存和利用的整个过程以及国内外CCUS的主要技术手段，各种碳捕集技术的优缺点和应用场景。一次经历一次成长，我们很珍惜这份荣誉。感谢学校积极组织此次比赛，使我们获得了一个良好的展示机会；感谢沈国清老师给予我们的指导和帮助，借此提高了我们的科研水平和团队协作能力。在前期准备比赛的过程中，我们有过很多挫折和困难，通过一次又一次的交流探讨，我们成功克服了遇到的所有问题，稳扎稳打，一步步地做出了自己想要的成果。作为新时代能源领域的学生，我们会激励自己在以后的学习和科研中积极努力，为国家实现“双碳”目标出一份力。
廖若晴
通过本次比赛，我们对双碳和CCUS有了更为详细的了解，也积累了一些比赛经验。非常感谢张冬月老师对我们的指导，不仅帮我们逐页检查PPT，给我们提供答辩阐述思路，还给我们打气加油。同时也要感谢我们团队的成员辛苦付出，大家在紧张的期末备考期间仍为比赛投入了宝贵的时间。就这次比赛，我们小组收获颇多。首先是得到了相关专家对我们的专业指导，其次是得以有机会观摩学习其他团队的优秀作品，受益无穷。比赛告一段落，生活仍在继续，我们继续报以热情，不断提升自己的综合素质，为培养创新能力不懈奋斗。
樊帅军
从接触CCUS到掌握碳捕集基础知识，我们对CO₂的捕集与利用有了自己的想法。起初，我们认为国内化肥生产技术已经非常成熟，应用在燃煤电厂碳捕集应该比较容易，但是现实往往与理想差距很大，燃煤电厂烟气成分极为复杂，CO₂分压低。前前后后忙活了将近两个月，实验台才初具模型。随着我们能力的提升，一个个问题被逐步解决，攻破了重重难关。认真准备了参赛材料之后，我们怀着自信参加了全国CCUS创新创意赛大赛，通过校内的一轮轮选拔、答辩，最终获得了参加全国总决赛的资格。参加这次比赛使我受益匪浅，事情不总如想象般顺利，一次次地陷入困境，一次次地寻找变通的方法，一次次地柳暗花明让我们享受着小小的喜悦与成就感。这次比赛让我真正明白了结果并不是最重要的，重要的是我与队友们一起“奋战”的过程，重要的是我们在实践中提升了自身的能力，成为了更优秀的自己。
素材来源丨能源动力与机械工程学院
编辑丨林炎臻 闫杨
初审 | 董艺双 张冬月
复审 | 刘馨浓 沈国清
审核 | 杨天明 杨世关
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