在欧盟提出2050年实现碳中和愿景的大背景下，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为实现碳减排目标的关键技术手段，在欧洲迎来了重大发展机遇。汇总并讨论了欧洲的CCUS技术发展现状，包括资金激励政策、碳税政策、法律法规和技术创新政策；总结了欧洲发展CCUS技术主要面临的挑战，包括公共资金的落实、CCUS政策体系的发展以及CCUS项目责任的界定等。研究指出：欧洲的CCUS技术发展较成熟，相关法律法规、资金激励、税收扶持政策和技术创新政策等比较完善；生物质能结合碳捕集与封存（BECCS）和直接空气碳捕集与封存（DACCS）是欧洲未来实现CO₂负排放的重要手段，CO₂工业集群和运输网络的开发可以大幅减小CO₂的运输费用，形成规模化效应，从而增大CCUS的适用范围。我国于2020年提出2030年实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”战略目标，借鉴欧洲CCUS的发展现状和相关政策，结合我国的基本国情，提出了我国目前发展CCUS技术亟需解决的若干问题，并给出相应建议。

在调峰和碳交易的政策下，热电联产机组面临更加复杂的背景。为了得到抽凝热电联产机组全工况碳排放特性、收益分布、以及碳交易经济性，为机组参与碳交易应对碳市场波动提供参考，利用EBSILON仿真软件结合Python程序得到机组全工况碳排放分布以及收益组成。结果表明：机组度电碳排放量与负荷呈反比；以电负荷325 MW和150 MW为例，供电碳排放强度从903.54 g/（kW·h）上升到1 015.28 g/（kW·h），碳排放总量与负荷呈正比；调峰收益占比最高可达55%，碳交易收益占比最高可达8%；调峰收益在低负荷占比大，而碳交易收益在高、中负荷占比较大；对比碳价从40元/t变化到90元/t和供电碳排放标准从原来的0.9倍变化到1.3倍，得到供电碳排放标准改变对碳交易收益有更大影响；供电碳排放标准的制定应当结合机组排放水平，过高或者过低都会影响热电联产电厂参与碳交易的积极性。

化学吸收法捕集燃煤烟气中的CO₂是一种有效的降低CO₂排放的方式。两相吸收剂与传统有机胺吸收剂相比，能够明显降低捕集过程中的再生能耗，降低捕集成本。开发了一种新型的两相吸收剂，以物理溶剂二乙二醇二甲醚作为分相剂，乙醇胺和羟乙基乙二胺作为主剂，对其吸收再生性能、黏度、水相占比与分相区间进行了测试，将两相分别进行核磁共振光谱分析以确定其组成和分相机理。针对配方中的有机胺成分进行了优化，优化后的吸收剂配方吸收再生性能均优于传统的5 mol/L乙醇胺吸收剂，循环吸收容量可达2.086 mol/kg，99%以上的CO₂富集在水相，进入再生塔的吸收剂流量可减少约40%，富水相黏度低于10 mPa·s，理论再生能耗（以CO₂计）为2.688 GJ/t，具有良好的工业化应用前景。

为研究脱碳对火电机组的影响，建立仿真模型分析了火电机组碳捕集改造常规方案的性能变化，进一步提出了低压缸零出力方案提升机组灵活性。常规方案以中压缸排汽为再沸器热源，低压缸零出力方案切断低压缸进汽。一方面，以300 MW燃煤电站为例，分别对2种方案进行分析；另一方面，以西北某省为研究对象，预测2种方案对全省火电的影响。结果表明：常规方案下机组出力空间由87~300 MW缩减至147~217 MW，额定工况的供电效率由37.32%下降至27.02%，机组最小负荷率约升高至70%；采用低压缸零出力方案时，机组负荷空间被拓宽到47~217 MW，为常规方案的2.44倍；对于所讨论的西北省份而言，常规方案下全省火电出力空间由1 103~3 940 MW缩减至1 875~2 793 MW，低压缸零出力方案下，出力空间被拓宽为550~2 793 MW。

碳定价政策的实施将会对电力行业的低碳转型产生重要影响。构建了一个包含碳定价政策的电力动态随机一般均衡（DSGE）模型，并在此基础上系统考察了“双碳”目标下碳交易和碳税2种不同碳定价政策对电力行业减排的不同影响。结果表明：碳交易政策的整体影响大于碳税政策，且碳交易政策对减排的影响在碳达峰情景下是通过抑制火电产出实现的，而在碳中和情景下则是通过对绿电产出的激励实现的；碳交易和碳税2种碳定价政策不同的机制设计在“双碳”目标下对电力行业减排会产生不同的影响。碳交易政策中，特别是碳达峰情景下，通过市场机制实现减排存在着一定的上限，超过这个上限时反而会形成一种“倒逼”机制。碳税政策中，返还机制会达到减排目的且返还比例的扩大会加强对电力减排的影响。基于上述结论提出了相关政策建议。

针对多能源互补机制运行条件下综合能源系统优化调度困难的问题，从降低系统运维成本、减少CO₂排放和可再生能源弃用等方面进行了多目标优化调度研究。建立了电-气-热-冷能源系统各设备的数学模型，并针对储能设备在长期运行模拟中的建模难点，建立了可模拟综合能源系统长期运行调度的约束条件，采用低碳经济运行指标对综合能源系统进行了优化，并对最低运行成本调度和最小碳排放调度的结果进行了比较。模拟了碳价和运维成本增加对调度结果的影响。仿真结果表明，仅使用最小运维成本或最低碳排放作为调度指标将导致高碳排放或高运维成本，而低碳经济调度综合考虑可再生能源的消纳和碳减排指标，可以降低整个系统的低碳经济运行成本。

准确测算碳捕集、利用与封存（CCUS）的投资价值和投资时机是燃煤电厂CCUS投资决策的关键。针对以往研究仅仅关注一体化模式下CCUS投资决策这一不足，基于实物期权理论，考虑碳价格不确定性及CCUS投资成本递减情况下CCUS投资的期权价值，从燃煤电厂视角建立了一体化模式和合资模式下CCUS的投资决策模型，并通过模型求解得到不同模式下燃煤电厂CCUS投资的期权价值和投资时机。基于此模型，进一步通过算例分析了额外电力配额、电价补贴、投资补贴等不同政策激励及碳价波动对CCUS投资决策的影响，并在此基础上提出了相关政策建议。

为明确生物质循环流化床锅炉床温动态特性，建立更加适合生物质的循环流化床燃烧控制系统；通过分析生物质燃烧过程以及燃烧机理，基于即燃碳燃烧理论，建立床温动态模型，并对炉内温度场进行关联度计算分析。结果表明：计算的床温能够基本稳定在实际床温滤波值附近，且床温变化趋势和实际滤波床温相近，验证了模型的适应性和有效性；生物质循环流化床锅炉炉膛上下部的温度关联性差异与含氧量和炉膛温度有关，左右侧温度差异受烟气流量影响较大，在炉膛上部，物料浓度和受热面布置不均也是影响温度特性的重要原因。

针对120~150 ℃烟气余热，建立亚临界有机朗肯循环系统的数学模型。首先以R245fa为例，在不同热源温度下对系统进行了热力性能和经济性能分析；其次选取6种纯工质，基于NSGA-Ⅱ算法对系统进行了多目标优化研究；最后通过TOPSIS法和灰色关联分析对不同热源温度下的系统进行了工质选择和性能分析。结果表明：在研究温度范围内，过热度和蒸发器夹点温差的升高均不利于提升系统性能；不同热源温度下的最佳工质不同，热源温度为120 ℃时，R601的热力性能最优，R245fa的经济性最优，R1233zd的综合性能最优；热源温度的升高有利于提升系统的经济性能，各工质的最佳蒸发温度随着热源温度的升高而升高。灰色关联分析表明，6种工质的综合性能均随着热源温度升高有所提升。

通过上升管两相流模型和热力学模型，对前期工作中提出的重力式三角循环系统（TTLC）进行了㶲分析研究，以探究系统各环节的㶲损情况及其影响因素。结果表明：随热源温度提高，系统㶲效率在15%~30%变化，提高热源温度有利于增加系统㶲效率；随冷源温度降低，系统㶲效率在23%~27%变化并存在最优冷源温度；加热器热端温差也存在优化可能，其值为4 ℃是一个比较合理的选择；上升管㶲损率是影响系统㶲效率的主要因素，尤其是在系统温差较大的情况下；减小加热器夹点温差有利于降低加热器㶲损率和排热㶲损率，但会增加其他㶲损，总体上减小夹点温差有利于增加系统㶲效率。

Incoloy 800H合金被用于我国首台高温气冷堆核电机组传热管高温段，其最高设计温度达到675 ℃，对其在设计温度下的蒸汽氧化性能进行研究，采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线能谱（EDS）等表征了Incoloy 800H合金的氧化层结构。试验结果表明：800H合金在675 ℃蒸汽中的氧化动力学曲线接近立方规律，氧化增重的立方与时间接近正比关系。氧化层呈双层结构，外层主要为Fe₃O₄和Fe₂O₃及少量Ni，内层为中间分布着少量金属Ni、Al₂O₃和TiO₂颗粒的Cr₂O₃纳米晶，在邻近氧化层的基体金属中，分布着Cr₂O₃、Al₂O₃和TiO₂内氧化颗粒。

针对热电联产机组受大范围出力工况运行波动性影响，导致汽轮机-锅炉协调控制系统发电负荷-抽汽流量-机前压力整体控制品质较差，提出一种基于多智能体深度确定性策略梯度（MA-DDPG）的多工况自适应控制方法。首先，根据机组非线性动态机理建立计及关键状态参数变化的多个工况子模型，利用积分型函数切换机制获取最优工况子模型；其次，提出一种多智能体同步运行机制，以快速响应、稳定供热及安全运行为协调控制目标来设计奖励函数，通过训练智能体与环境进行互动，不断在线调整多回路增益，实现机组多工况自适应控制。仿真结果表明，与传统控制方法相比，所提方法在保证供热平稳性的同时，有效提升了机组大范围出力工况发电负荷响应速率。

由于频繁而广泛的负荷变化引起的未知扰动以及对发电效率和运行安全的严格控制要求，主蒸汽温度的控制变得越来越具有挑战性。为此，针对高阶动态扰动响应迟滞的问题，提出一种以阶梯式动态矩阵控制算法（SDMC）为核心的抗干扰控制方案，从根本上解决了主蒸汽温度控制系统的大滞后、大惯性以及多扰动的问题。实例仿真表明，提出的改进等价输入扰动观测器（IEIDO）可实现对不可测扰动和未知模型动态的实时估计与补偿，而SDMC既能够保证主蒸汽温度控制系统的快速性和稳定性，又能够根据引入的可测扰动前馈补偿实现干扰的抑制。因此，所提出的方案可以保证机组运行的安全性、稳定性、经济性和灵活性，在电力行业有着广阔的应用前景。

采用陶瓷膜进行烟气水分回收，既可以实现资源化循环使用，又能减缓环境污染。以双排陶瓷膜组件为研究对象，首先理论分析了水蒸气跨膜传输传热传质过程，构建了物理模型，并根据实际工况下的边界参数开展了数值计算；然后，在某燃煤机组中试试验平台上，针对湿法脱硫后的净烟气开展了试验研究。结果表明：随冷却水温度由25 ℃升至36 ℃，回收水量由29.45 kg/h线性降低到18.13 kg/h；烟气流量增大，回收水量逐渐增加，但增长速率逐渐变小；回收水量的计算结果与实验结果偏差均小于7%。

小流量下汽轮机低压缸末级内部流动与温升现象十分复杂，为火电调峰与低压缸零出力改造带来挑战。为此，以某电厂汽轮机低压缸为研究对象，建立了低压缸五级叶栅单通道流场计算模型，数值研究了不同工况下低压缸工作性能、流动结构与温升特性。结果表明：当低压缸通流流量降低至设计工况的3.84%时，低压缸无法输出功率；流量很小时，低压缸进入鼓风状态，末级叶栅出现下端壁分离区、静叶分离区、机匣环面涡、末级动叶涡等流动结构，且在末级叶栅转-静间隙叶顶位置出现显著鼓风加热现象；流量降低至设计工况的2.23%时，末级静叶、动叶表面平均温度分别升高219.6 K与243.7 K。鼓风状态下，低压缸工作性能、内流结构均会发生显著变化，末级叶栅内温度升高使叶片工作环境恶化，机组小流量运行需对其加以考虑。

为有效应对复杂的电力和煤炭市场，加强燃料智慧管理成为火电厂管理的重要组成部分。针对某燃煤电厂的煤场占地面积小、来煤煤种复杂和燃煤堆放混乱的问题，通过提取历史来煤的煤质信息，使用K-means和DBSCAN 2种聚类算法对来煤低位发热量、挥发分、硫分进行聚类分析，从轮廓系数、聚类稳定性和样本划分精细度3个方面对2种聚类算法进行对比，最终选择聚类效果更好的K-means聚类算法作为煤质划分的计算方法。K-means聚类算法将选取的历史煤质信息数据集划分为4类，轮廓系数为0.587，且划分后的同一类别内煤质成分相近。统计不同聚类标签下的来煤频率和来煤质量比例，对煤场进行了相应的比例划分，每一分区堆放相同分类的来煤，并以此为基础设计了数字化煤场平台中的来煤堆放指导及信息存储流程，对提高堆场空间利用率和煤场管理效率具有重要的意义。

基于弹性梁理论，建立了横向加载条件下在役拉杆轴力理论计算模型及预加应力梁的三维有限元模型，对在役支吊架拉杆轴力测量方法进行了研究，讨论了不同长径比和横向载荷对拉杆中点挠度的影响。研究结果表明，理论预测结果与有限元计算结果吻合较好；在工程应用方面给出了以横向载荷容差度及挠度容差值为指标的固支段拉杆长径比的优选方案。该方法可用于快速测量不卸载拉杆的轴向载荷。

为实现锅炉稳定燃烧和精细化燃烧调整，深入了解直流煤粉燃烧器射流特性，以四角切圆燃烧煤粉锅炉具有周界风的煤粉燃烧器及其二次风水平支管为研究对象，采用数值模拟方法模拟并分析了热态条件下节流柱高度、二次风门开度和风向挡板角度对气流特性的影响。结果表明：对于周界风喷嘴面积较小、二次风水平支管较粗的煤粉燃烧器，在二次风门位置增加节流柱，可有效提高周界风喷嘴的速度分布均匀性；二次风门开度对周界风喷嘴附近的气流速度分布无明显影响；燃烧器喷口增设风向挡板，可提高一次风刚性和周界风对一次风的保护。

为减小制粉系统风粉分配偏差，优化锅炉燃烧工况，拓展煤粉分配器的应用范围，需研制新型煤粉分配器。通过试验台模型试验的方法研发新型煤粉分配器，完成了分配器模型的结构设计，研究了新型煤粉分配器的粉量调节挡板阻力特性、风粉分配调节特性、阻力调节对分配特性的影响和系统风速对分配特性的影响等分配器关键性能。模型试验和工程应用结果表明：新型煤粉分配器能有效将送粉管道的风量偏差控制在±5%，粉量偏差控制在±10%；某电厂3号锅炉完成新型煤粉分配器工程改造及调平试验后，能有效减小炉膛热负荷偏差，可将改造前最大偏差达150 ℃的两金属壁温点的偏差控制在15 ℃内。新型煤粉分配器的研发和工程应用，对减小制粉系统风粉分配偏差、解决锅炉运行中出现的偏烧、超温、高温腐蚀等系列问题有一定的指导和借鉴意义。