专题推介 | 能源资源的绿色低碳转化与高效利用-夜雨聆风

专题推介 | 能源资源的绿色低碳转化与高效利用

专题导读

能源资源的绿色低碳转化与高效利用，是我国实现“双碳”战略目标、保障能源安全、推动高质量发展的关键路径，其理论与技术突破具有重大战略意义。为充分发挥多学科交叉融合优势，系统探索能源低碳转型的科学基础与关键技术，《西北大学学报(自然科学版)》2026年第1期特邀西安交通大学屈治国教授担任客座主编，组织出版“能源资源的绿色低碳转化与高效利用”专题，聚焦能源高效利用、转化、集成与调控等核心环节，围绕油气开采过程能效提升、低碳制氢关键材料、低碳能源多能互补系统集成、城市综合能源系统优化4个方向展开深入探讨，系统呈现从装备革新、材料创新、系统集成到规划调控的全链条研究成果，旨在深入解析能源系统绿色低碳发展的内在机制，探求效率提升与碳排降低的协同路径，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系提供科学支撑。希望专题研究成果能够为能源资源的绿色低碳转化与高效利用积累系统的科学认知与实践经验，以期为构建现代能源体系提供有益借鉴。

1.新型可调节多孔节流气嘴压降特性数值模拟研究

山金城¹,王天慧¹,吕国胜¹,邢川衡¹,王殿武¹,刘宁¹,

檀朝东²,李海培³

1.中海石油(中国)有限公司天津分公司;

2.中国石油大学(北京)人工智能学院;

3.哈尔滨工程大学核科学与技术学院

摘要

天然气驱是提高石油采收率的重要手段,有助于油气能源的高效利用,其中节流气嘴是注采系统中的关键部件,目前的节流气嘴多采用固定结构形式,难以实现流量、压降的在线调节。据此提出了一种新型可调节的井下多孔节流装置,通过在线调整流通孔数,实现气嘴嘴损特性的调控。为掌握该新型气嘴内流场特征和节流特性,采用SST k-ω湍流模型和NIST物性模型模拟了超临界混合流体在气嘴内的流动过程,获得了节流装置内的流场分布特征,分析了不同工况下气嘴的节流特性。结果表明：①井下多孔节流装置的气嘴通道间存在流量非均匀分配,单个气嘴通道内流速呈现先快速增加后减小、压力呈现先快速减小后略微增加的趋势;②获得了不同流量和不同开孔数条件下的气嘴压降,在4 MPa的压降需求下,可实现标况下1.5×10⁴~1×10⁵m³／d的宽泛流量范围内的调节；③利用计算结果建立了压降预测关系式,能够快速预测气嘴压降,指导该新型气嘴的实际应用。此研究可助力提高原油生产效率,延长油田寿命,实现能源的可持续发展。

关键词

天然气驱;节流气嘴;节流特性;数值模拟

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原文链接：https://xdxbzk.nwu.edu.cn/thesisDetails#10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-005&lang=zh

引用格式：山金城, 王天慧, 吕国胜, 等. 新型可调节多孔节流气嘴压降特性数值模拟研究[J]. 西北大学学报（自然科学版）, 2026,56(1):47-56.

SHAN J C, WANG T H, LYU G S, et al. Numerical simulation study on the pressure drop characteristics of a new adjustable downhole multi-hole throttling device[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2026, 56(1): 47-56.

DOI:10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-005

2.Ni₃Se₂/NiSe@NF双功能催化剂制备及其电催化产氢产氧

性能研究

徐登基,李欣冉,田地,汪辉,屈治国

西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,能源与动力工程学院

摘要

为解决传统电催化剂成本高、电解效率低等问题,推动规模化绿氢制备技术的发展,本研究通过结构设计与合成工艺优化,成功构建了基于过渡金属镍的硒化物异质结催化剂。采用两步水热法在泡沫镍(NF)基底上制备了具有界面结构的Ni₃Se₂／NiSe@NF异质结双功能电催化剂。与单一物相催化剂(Ni₃Se₂@NF和NiSe@NF)相比,Ni₃Se₂／NiSe@NF异质界面处发生的强电子相互作用可以有效调控活性位点的电子结构,从而显著提升其在析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中的催化活性。在1 mol/L的KOH电解液中,Ni₃Se₂／NiSe@NF在电流密度为10 mA·cm^-2时,HER和OER过电位分别为71 mV与207 mV,并表现出优异的稳定性(持续运行500 h后活性未发生明显衰减)。此外,以Ni₃Se₂／NiSe@NF同时作为阳极和阴极组装的电解槽,在10 mA·cm^-2电流密度下仅需1.52 V的槽压即可稳定运行。研究结果为开发低成本、高稳定性的电解水催化剂提供了新思路,有助于推进绿氢制备与可再生能源系统的融合应用,对实现“双碳”目标具有积极意义。

关键词

硒化镍;析氢反应;析氧反应;电催化剂

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原文链接：https://xdxbzk.nwu.edu.cn/thesisDetails#10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-006&lang=zh

引用格式：徐登基, 李欣冉, 田地, 等. Ni₃Se₂/NiSe@NF双功能催化剂制备及其电催化产氢产氧性能研究[J]. 西北大学学报（自然科学版）, 2026,56(1):57-67.

XU D J, LI X R, TIAN D, et al. Bifunctional electrocatalyst based on Ni₃Se₂/NiSe@NF: Fabrication and performance in electrocatalytic hydrogen and oxygen evolution[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2026, 56(1): 57-67.

DOI:10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-006

3.耦合太阳能与可逆固体氧化物燃料电池的低碳能源系统构建与综合性能分析

魏国盟,陈伟文,屈治国,张剑飞

西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,能源与动力工程学院

摘要

可逆固体氧化物燃料电池具有燃料电池和电解池两种运行模式,其电解模式可进行H₂O-CO₂共电解,是一种新型碳转化技术手段。然而其在分布式能源系统中的应用研究尚不充分,主动减碳的潜力也有待发掘。提出了一种耦合太阳能的可逆固体氧化物燃料电池综合能源系统,建立了包含冷热电联供和主动碳减排的系统仿真模型,研究了不同季节系统运行特性和燃料利用率、气源以及价格变动下的技术经济性,并提出一种考虑能量效率、环境效益、经济性和可持续性的综合评价指标。以2 000 m²的办公建筑供能为例分析,在夏季太阳辐射充足时,最大日均主动碳减排量可达53 kg。此外,参数化研究表明燃料利用率、甲烷比例与能量效率和㶲效率呈正相关,系统经济性能对电价最为敏感。本研究提出的主动碳减排能源系统区别于被动减排系统,实现了碳排放主动就地消纳,可与传统能源系统灵活耦合,以满足其低碳排放的需求。

关键词

太阳能;可逆固体氧化物燃料电池;综合能源系统;主动碳减排

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原文链接：https://xdxbzk.nwu.edu.cn/thesisDetails#10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-007&lang=zh

引用格式：魏国盟, 陈伟文, 屈治国, 等. 耦合太阳能与可逆固体氧化物燃料电池的低碳能源系统构建与综合性能分析[J]. 西北大学学报（自然科学版）, 2026,56(1):68-82.

WEI G M, CHEN W W, QU Z G, et al. Construction and comprehensive performance analysis of a low-carbon energy system coupling solar energy with reversible solid oxide fuel cells[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2026, 56(1): 68-82.

DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-007

4.基于分段线性化建模的城市综合能源系统优化方法

赵业博¹,靳森嘉²,李培元²,杨力群²,唐亮³,徐加陵¹,刘祖明¹

1.上海交通大学智慧能源创新学院;2.中国电能成套设备有限公司;

3.山东电力工程咨询院有限公司

摘要

提出了一个针对城市综合能源系统的灵活优化框架,以满足城市的能源需求,降低城市能源系统的碳排放并提升系统的经济效益。①基于能量梯级利用原理构建了包含可再生能源的城市综合能源系统,并考虑设备性能及经济参数受设备容量影响提出了一种新颖的更具实际意义的分区间高精度建模方法。②从系统建设可行性的角度提出了面向用户端的建设面积因子灵活约束条件,并探讨了面积约束对系统性能的影响。③以最小化系统年度总成本和碳排放为目标,建立集成系统设备选型、容量配置和调度方案的新型混合整数线性规划模型框架,解决城市能源系统优化设计及调度问题。结果显示，与设备不分段建模的基准场景相比,系统的年度总成本降低了59％,温室气体排放量降低了29％,而采用多目标优化平衡系统的综合性能,发现年度总成本节省49％,温室气体排放量减少74％。通过引入分区间高精度建模方法和面向用户端的灵活约束条件，优化了城市综合能源系统的设计调度策略，为实现可持续城市能源管理提供了有效的解决方案。

关键词

可再生能源;城市综合能源系统;分段线性化模型;混合整数线性规划;多目标优化

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原文链接：https://xdxbzk.nwu.edu.cn/thesisDetails#10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-008&lang=zh

引用格式：赵业博, 靳森嘉, 李培元, 等. 基于分段线性化建模的城市综合能源系统优化方法[J]. 西北大学学报（自然科学版）, 2026,56(1):83-95.

ZHAO Y B, JIN S J, LI P Y, et al. An integrated urban energy system optimization method based on segmented linearized modeling[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2026, 56(1): 83-95.

DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-01-008

专题主持人

屈治国

教授

西安交通大学能源与动力工程学院副院长，二级教授，博士生导师，获得国家杰出青年基金项目资助。主要从事热质传递过程数值仿真技术及调控、氢燃料电池/绿电电解、海水脱盐等方向的研究。主持国家重点研发计划项目/课题、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金叶企孙基金等多项纵向项目。发表SCI论文380余篇， WOS被引13000余次，H因子61；出版中文著作2部；授权发明专利100余件（美国发明专利6项）。获陕西省自然科学一等奖2项(2024和2020年，均排第1)、国家科技进步奖(创新团队，2017年，排第6)、国家科技进步二等奖(2015年，排第2)、国家技术发明二等奖(2009，排第3)等。现任科技部“十四五”国家重点研发计划“氢能技术”重点专项总体专家组成员和指南专家、国际期刊Transformative Energy创刊主编、Energy & AI 期刊编委。

延伸阅读

2026年第1期

–END–

自然科学版

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责编 | 邵煜

制作 | 李静

审核 | 亢小玉

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