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概况介绍
发稿时间:2018-04-10        作者:    【字号:

工程热物理研究所主要从事能源、动力和环境等领域的研究,其中包括工程热力学、内流气动热力学、燃烧学和传热传质学等分支学科。研究所的科技发展战略是面对新世纪科技技术不断进步的挑战,发展工程热物理领域内的前沿、新兴与交叉学科,为国家能源、动力和环境领域内科学研究与技术研发提供支撑,为基础科学知识创新、国家战略目标需求和人类社会可持续发展做出贡献。

2017年,按照已确定的研究所“一三五”规划,研究所各项工作积极推进。组织召开了2017年战略研讨会,围绕如何应对研究所发展面临的困惑和挑战,聚焦应用基础研究与产业化工程应用统筹布局,完成任务的同时做好成果产出与预期奖励布局,如何应对快速发展与客观资源受限的困难,人才引进和现有人才培养相结合、促进研究生早出成果五个主题开展讨论,凝聚了力量,形成了共识。 

研究所定位

围绕工程热物理领域的重大科技问题,紧扣国家能源动力的重大战略需求,以“动力与电气工程”和“能源科学技术”并举。面向国际科技发展前沿,开展太阳能热利用及超强换热等方向研究,深化学科内涵和学科交叉,注重理论创新,引领国际前沿;面向国家重大需求,开展轻型动力、工业燃机等方向研究,贯穿从基础研究到成果转化的科技创新全价值链,满足国家重大需求;面向国民经济主战场,开展化石能的清洁高效利用、风能利用、分布式供能与储能等方向研究,以关键技术研发带动工程应用,结合社会资源促进成果转移转化;把研究所建设成为能源动力领域国际知名的一流研究所,为我国能源动力的可持续发展提供创新思想、创新技术和创新人才。 

研究重点

三项重大突破方向

化石能的清洁高效利用: 

研建高效低碳燃气轮机试验装置;研究新型IGCC/联产系统;开展超超临界循环流化床燃烧技术和新型清洁燃烧技术研发;低质/低阶煤大型气化关键技术、系统集成及工程示范。 

先进轻型动力: 

开发新原理发动机和轻型燃气轮机总体设计及紧凑耦合布局等关键技术,构建轻型动力自主研发体系,建立轻型动力的持续开发能力。 

分布式供能与储能: 

开展能的综合梯级利用与循环耦合理论研究;开展宽负荷压缩机、高负荷膨胀机、高效蓄热()/换热器等关键技术研究,开展10MW级先进压缩空气储能系统集成与示范;进行混合工质透平、富氢燃料内燃机、新型制冷/热泵等关键技术研究,建设5MW级清洁燃料与可再生能源互补的分布式能源系统示范工程。 

五个重点培育方向

太阳能热利用: 

围绕太阳能与化石能源互补发电、太阳能热化学、太阳能供热制冷,开展MW级中低温太阳能热化学互补发电工程化技术开发和MW级太阳能与煤炭互补发电系统设计,并开展示范应用;开展高温太阳能转化与捕集CO2技术、光伏与光热反应一体化技术、太阳能驱动热泵/制冷技术等前沿技术研究。 

风能利用: 

针对我国风资源特点,开发100米级风电长叶片的三维耦合设计和绿色制造技术;研究在役风电叶片效能评估与性能提升技术;研究风能直接制热及储热前沿技术和风能海洋能综合利用技术。 

工业燃气轮机: 

开展先进工业燃气轮机热力循环分析,总体性能和结构、高效多级轴流压气机、环形燃烧室、高温透平设计等关键技术研发与试验验证,研制35MW工业燃气轮机原理样机。 

超强换热: 

开展微槽群复合相变强化传热机理及关键技术研发以及在大功率LED照明及电力电气设备中的应用研究;开展热压转换传热的基础研究及应用研究;开展新型高效紧凑式换热器关键技术研发、样机研制及系统集成研发。 

先进布局无人机: 

开展民用物流无人机自主控制的异地起降技术研究;开展新型气动布局无人机风洞模拟试验及飞行控制技术研究。 

科研项目与经费

2017年,研究所科研进展平稳,争取科研经费再创新高,重大重点项目进展顺利。新增科研项目122项,新签署科研合同经费21.6亿元;到位科研项目经费4.29亿元,包括院外经费3.38亿元,院内经费0.91亿元。 

  主要科研进展及成果   

重大突破一:化石能的清洁高效利用  

突破原有炉型的技术壁垒,创新研发了环形及多边形炉膛大型循环流化床锅炉炉型,彻底解决了炉型大型化中存在的均匀性和运行稳定性的问题;首台自主研发的采用多边形炉膛的350MW超临界循环流化床锅炉技术示范工程已进入性能考核阶段。 

以解决雾霾问题为目标,研发了能在煤燃烧源头最大限度降低氮氧化物(NOx)原始排放的新型燃烧技术;原创的预热燃烧技术,已在实验室中试中实现了超低NOx排放,正在进行工业示范;低氧补燃技术已成功应用于300MW循环流化床锅炉改造, NOx排放降低50%以上。 

在循环流化床燃烧技术的基础上,自主开发了循环流化床粉煤常压气化、加压气化和低温热解技术,其中常压气化技术达到国际领先水平,常压气化炉占国内煤制工业燃气市场份额超过50%;首套千吨级循环流化床加压煤气化示范项目已完成安装并将展开调试;240t/d固体热载体粉煤低温热解技术达到国际领先水平。 

在天然气发电和煤炭多联产方面,承担了国家重大科技基础设施项目“高效低碳燃气轮机试验装置”,将围绕重型燃气轮机的科学技术问题,研建国际一流、系统全面的重型燃气轮机核心部件试验设施,为国际上首次全面描绘重型燃气轮机内流场提供支撑,为国家重大专项F级和H级重型燃气轮机的研制提供试验验证和基础支持。 

重大突破二:先进轻型动力  

国际首创的新原理发动机压气机部件研制获得重大突破,低压转子40%-100%转速与高压转子90%-100%转速组合下压比、效率及裕度等各项性能全部达标,对转压气机性能达到国际领先水平;完成了高超音速和高推重比两型发动机的总体气动/结构详细设计,解决了发动机轴向力平衡的问题;国内首座双轴双涵对转压气机实验装置完成全部建设任务,进行了系统空载与带载调试,国内首次具备了双轴对转、单轴双涵压气机试验能力。 

自主研制的小型行政机用1000公斤级推力等级涡扇发动机研制进展顺利,完成各系统改进、排故、性能调整和持久性试验,即将开展高空试验考核;350千瓦功率等级涡轴发动机完成整机集成和试车,达到设计转速和设计功率,完成了与无人直升机匹配,即将首飞;190公斤推力涡喷发动机完成了性能试验、高原起动试验和持久试车试验,作为国际首台加力小型涡喷发动机将配合国内首款超音速靶机试飞。 

利用地方资源,研建了国内首座能够模拟20000米高空试验条件的轻型动力整机和部件试验平台,具备能够支撑各类轻型航空动力的高空性能实验的能力,目前已完成设备安装,正在调试中。随着“两机”基础研究任务的落实,研究所一跃成为国际第四个能够开展航空发动机核心部件高空性能实验的科研单位。 

重大突破三:分布式供能与储能 

分布式能源与储能系统基础理论研究取得创新性成果。揭示了系统变工况损失机理,提出了系统全工况主动调控方法;对基于能源网络的分布式能源和储能系统特性进行了探索性研究。研究成果发表在Nature-Climate Change等权威期刊上,获得了黑龙江省科学与技术奖一等奖等省部级奖励5项。 

关键技术和工程示范取得突破性进展。完成国际首套10MW先进压缩空气储能系统示范,系统效率达到60%,达到国际领先水平;完成海岛分布式能源系统动力余热驱动空气除湿脱盐样机加工;完成兆瓦级内燃机电冷除湿联供系统示范工程选址。主持完成的我国首部分布式能源系统节能率国家标准(GB/T33757.1-2017)颁布实施,正在主持编写我国首部压缩空气储能系统标准等。 

平台建设取得里程碑式成果。同地方政府合作,建成国家能源大规模物理储能研发中心,包括国际首套10MW级压缩空气储能实验平台、10MW级高温蓄热实验平台、国内首个2MW级中低温蓄冷实验平台、MW级特种工质闭式涡轮实验平台等,成为国内首个国家级物理储能研发平台;同企业合作,建成国家能源分布式能源技术研发中心,中心包括百kW太阳能热化学发电实验平台、20kW发电/30kW制冷的动力余热功冷并供实验平台、20kW低温余热回收的第二类吸收式热泵实验平台,通过国家能源局组织的验收。 

重点培育一:太阳能热利用 

针对光伏发电全光谱利用率低、光热发电年均效率低的世界性科技难题,重点以光伏光热化学互补为研究对象,探索了单色波段的最大作功能力、线聚焦光伏-光热反应氢电方法;研制了槽式光伏-光热反应互补原理样机,实现了紫外线/光、可见光、红外光波段能量的梯级利用。 

重点培育二:风能利用  

自主开发了兆瓦级、多兆瓦级翼型和相关大型风电叶片先进设计技术;完成国内首个大型分段式风电叶片研制;基于“高效、低载、稳定和宽工作范围”设计思想,结合良好的结构和低噪音需求,开展了叶片外侧高性能翼型的综合性能优化设计研究,成果发表在国际风能领域最权威期刊Wind Energy上。 

重点培育三:工业燃气轮机  

为满足舰船动力和能源领域装备需求,开展30MW级燃气轮机研制,目前已完成总体气动和结构设计,以及1.5级跨音压气机缩尺试验件的工程设计、单头部和三头部试验件的方案设计、高压涡轮一级导叶高温环境冷效试验件的加工、控制系统控制逻辑的编辑;完成了压气机、燃烧室、涡轮、传动部件、各类外部管路等的结构设计、工程图纸和工艺设计;初步建成了高温涡轮冷效试验系统,开展了1365℃条件下涡轮部件的高温试验。  

重点培育四:超强换热  

由传统空气介质拓展到超临界二氧化碳工质,开展新工质布雷顿循环发电系统研究;结合研究所在透平机械、新型印刷电路板换热器方面的综合优势,建设兆瓦级超临界二氧化碳循环发电系统,该试验台预计20185月开始调试运行。 

自主研发了微槽群复合相变散热技术,基于此技术,临界热流密度由400W/cm2提高到600W/cm2,极大地强化了散热效果。研制出的轻量化、高功率密度诱鱼灯,成功进行远洋捕鱼海试,节能和捕鱼效果显著,已实现量产并获批量订单;其它系列产品也获得市场认可。 

重点培育五:先进布局无人机  

研究所引进国内无人机优势团队,开辟了无人飞行器设计新方向,经过17个月艰苦攻关,研制出全球首款吨级物流无人机AT200,并于20171026日成功首飞,该成果入选我院2017年度科技创新亮点成果,并获习近平总书记重要批示。以人才和实验平台为基础,正在全力研制“球载临近空间太阳能无人机”和“高空长航时飞翼布局无人机”,已经分别列入国家研制计划,同时两型无人机均已被列入我院为建党100周年献礼的预期成果。 

  (以上数据截止到2017年12月31日)

 
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