一、科研平台（机构）名称：山东省高效节能及储能技术与装备工程实验室
二、科研平台（机构）负责人：
主任：高明教授；副主任：韩奎华教授，白书战教授
三、科研平台（机构）概况：
山东省高效节能及储能技术与装备工程实验室（以下简称“实验室”），依托于古天乐代言太阳集团，成立于2020年6月。实验室成员共30名，其中教授10人，副教授及高级实验师12人，青年教师6人，实验人员2人。实验室团队在科学研究、人才培养、产学研合作、国际交流等方面开展了一系列工作，近三年培养/引进省级人才4人，山东大学齐鲁学者3人。
实验室团队注重产学研合作，在科学研究方面取得创新性成果如下：
（1）冷却塔节能降碳关键技术及智能运维测控平台
针对冷端系统的关键设备——冷却塔开展了节能增效关键技术研究，研发了大型湿式冷却塔填料区、配水区和雨区三区协同增效的示范技术，开发了基于测点精准定位及数字孪生技术的冷却塔智能运维测控平台，可实现冷端系统的智能运维，该技术已成果应用于省内外10余家电力企业，累计节煤可达1.0-2.5g/kWh。针对湿式冷却塔的原创性技术先后获得山东省科技进步二等奖1项，山东省高等学校科学技术一等奖1项，山东省自然科学学术创新奖1项，山东省研究生优秀实践成果一等/二等奖4项，授权发明专利22项，发表SCI/EI高水平期刊论文100余篇。
图1 冷却塔热态模型试验台架
图2 基于测点精准定位及数字孪生的冷却塔智能运维测控平台
（2）火电厂及其他工业余热余能梯级利用技术
本团队针对各类工业余热的梯级回收系统开展了相关的节能技术及配套设备研发。主要成果如下：（1）提出了烟气余热利用极限的判据——工程酸露点，把设备传热流动性能与防积灰腐蚀有机结合起来，同时保证设备可靠性及传热经济型；（2）研发了烟气余热能级转移及提高系统，将排烟余热从100℃等级，提高到300℃等级，相比传统余热利用系统，余热回收效率提高一倍以上；（3）研发了多元异质余热梯级能量回收技术及系统，该技术将工业过程中的固体、气体以及液体等多元异质余热有机耦合现场生产工艺，最大限度地提高能源利用效率。本团度成功地完成了国家发改委电力行业低碳技术创新及产业化示范工程。团队共发表SCI/EI论文50余篇，授权发明专利10余项，获国家级、省部级及企业资助项目近10项。截止目前，该技术及配套装备已成功应用于30余家相关企业，带来了巨大的经济效益和社会价值。
(a) 高效低阻换热元件 (b) 耐低温腐蚀传热元件（运行一年后）
图3 自主研发的余热回收元件
（3）绿色蒸发冷却及空冷设备换热强化关键技术
团队开发了基于蒸发冷却原理的强化换热技术及装备，并开展了利用太阳能强化空冷塔传热传质性能的研究。该原创性技术先后获得山东省自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金、山东省博士后创新项目、“山东大学青年学者未来计划”项目和和企事业单位委托项目等资助，负责人入选2016年度济南市杰出青年技术创新能手荣誉称号，已发表高水平学术论文20余篇，授权发明专利8项。
图4 蒸发冷却强化空冷设备换热技术
（4）生物质成型燃料提质与清洁燃烧关键技术
本团队针对提高燃料质量、实现清洁燃烧，降低炉内积灰腐蚀，实现节能减排，自主研发形成的生物质燃料技术先后获得国家自然科学基金项目、山东省重点研发计划项目、济南市高校自主创新基金项目和企事业单位委托项目等资助，在Energy、Fuel等国际权威期刊发表高水平学术论文20余篇，授权发明专利5项。先后与济南、潍坊、新泰、菏泽等完成试验和示范应用，实现秸秆成型燃料清洁高效利用，取得良好经济效益。
图5 添加剂对秸秆、树皮混合燃料的灰熔融性及污染物排放的影响
（5）超级电容电极用生物质基高性能多孔炭技术
本团队针对区域特色植物材料制备多孔炭的理论和工艺研究，自主研发技术提出了特色植物组织制备高性能层次多孔炭的工艺技术路线，形成了包括超声辅助预处理、有效成分提取、炭化、超声辅助活化浸渍、酸洗、去除杂质、氮掺杂与孔结构协同调控工艺。该原创性成果先后获得山东省自然科学基金项目、禹城市大禹英才创新创业项目、山东大学交叉学科培育项目和企事业单位委托项目等资助，在Nanoscale、Carbon等权威期刊发表高水平学术论文20余篇，申请/授权发明专利15项，其中已获得授权发明专利5项。
图6 特色生物材料衍生多孔炭制备的扣式超级电容器电流密度与比电容的关系
（6）多样性储能系统与技术装备
针对部分地区“弃风”、“弃光”现象，解决新能源消纳问题，利用波谷电价及太阳能资源，开展储能（储热）技术及装备的研发，集合相变储热、熔盐储热、电极锅炉、空气能、太阳能光伏发电等资源，开发新型储能（储热）系统及装备，并重点研究了碳捕集系统（图7所示）、熔岩储热、压缩空气储能等系统与燃煤机组热力系统之间的耦合匹配，实现了机组整体效率的提升。
图7 碳捕集系统与热力系统之间的耦合系统
针对相变储热装置储放热慢、效率低的问题，团队创新性提出了内管可移动的相变储热装置，储放热时间累计可缩短60%以上。此外考虑自然对流效应，提出了不同结构形式的储热单元（如图8和图9所示）。
图8 内管可移动式相变储热器放热过程
图9 优化设计的储热单元
（7）基于固气耦合储氢和燃料电池技术的分布式供能系统
单一的储氢方式在体积储氢密度、能耗、动态响应特性及占用空间方面存在不同的缺陷，因此研发高效、安全储存技术成为研究焦点。基于此，团队建立了相变储热与固态储氢耦合模型（图10所示），研究了考虑自然对流效应下的相变储热材料与金属氢化物热耦合传热传质问题，获得了提升相变材料热导率的方法及强化传热措施，提出了固态储氢过程中的储/放热管理策略，可有效提高储/放氢速率。
充分利用燃料电池的余热，构建了固态储氢系统与燃料电池耦合的分布式供能系统，获得了固态储氢系统在分布式供能系统的优化匹配方式。探究了固态储氢系统的动态特性，构建了相应的数学预测模型，提出了储/放氢过程的实时预测方法，可改善放氢过程的响应性。团队建立的此分布式系统的动态仿真算法，可进行固态储氢装置放氢速率与燃料电池供气之间耦合匹配的仿真计算，可实现该系统进行动态调控与性能优化研究，以期满足区域性多能互补的变负荷供能需求，解决可再生能源的波动性和间歇性问题，实现区域性零碳排放目标。分布式供能系统如图11所示。
图10 金属氢化物储氢设备优化设计
图11 基于固-气耦合储氢的分布式供能系统
质子交换膜燃料电池作为氢能应用的主要途径，针对其在使用过程中所面临的输出性能不佳、低温环境中启动困难等问题。通过提出新型极板结构、基于水热管理优化操作工况及控制策略等方法实现质子交换膜燃料电池的高效利用，并应用于分布式供能系统和汽车等领域的大规模商业化中。该领域目前已发表相关高水平论文20余篇，申请/授权发明专利10余项，获山东省优秀成果奖1项。
（8）钙基材料捕集CO2强化燃料气化制氢
氢能和CO2捕集利用与封存（CCUS）技术将互为补充地在我国2030年前实现“碳达峰”和2060 年前实现“碳中和”承诺的进程中发挥重要作用。我国碳中和政策文件已将氢能和CCUS 技术作为关键优先领域。钙基吸收剂捕集CO2强化生物质气化制氢技术能实现CO2源头捕集和高效制氢（图12），被认为具有广阔应用前景。提升钙基CO2吸收剂在生物质气化制氢过程中的CO2捕集性能、抗烧结性能、循环稳定性、催化制氢性能是该技术亟需突破的关键瓶颈。
图12 钙循环吸收CO2强化生物质制氢技术
发展了微观结构可控的高性能复合CO2吸收剂合成工艺（图13），构筑了中空微结构复合钙基CO2吸收剂，揭示了复合吸收剂孔隙结构、表面化学、机械强度与CO2捕集性能的同步调控规律，揭示了其中热质传递与CO2捕集的耦合与协同机理，解决了钙基CO2吸收剂结构和性能难以精准调控的难题。该研究方向发表SCI论文100多篇，其中4篇论文入选ESI高被引论文和热点论文；获授权发明专利10多项，1项专利已转化。受国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目等20多项课题资助，获得教育部自然科学二等奖、山东省自然科学学术创新奖、山东省优秀科研成果自然科学一等奖/二等奖、山东省高等学校科学技术二等奖等多项奖励。
图13 中空微结构复合吸收剂的捕集CO2特性
实验室是为加快培养储能领域“高精尖缺”人才，增强产业关键核心技术攻关和自主创新能力，以产教融合发展推动储能产业高质量发展，由山东省发展和改革委员会及山东大学成立的高端装备和新能源新材料产业领域专项实验室。
四、联系电话：0531-88399008
五、通讯地址：山东省济南市历下区经十路17923号山东大学千佛山校区古天乐代言太阳集团，250061
