“十四五”可再生能源规划落地：大规模、高消纳、市场化

曾志勇，李小森

李小森（1967－），男，研究员，博士，主要从事气体水合物开采与综合利用研究，E-mail:lixs@ms.giec.ac.cn。

注：本文曾发表于《高等学校化学学报》2011年第4期，本次出版有修改。

中国科学院广州能源研究所/可再生能源与天然气水合物重点实验室/中国科学院广州天然气水合物研究中心，广州　510640

摘要：本文对多孔介质中水合物的形成条件预测模型进行了研究。利用微扰链－统计缔合流体理论状态方程（PC-SAFT），结合van der Waals-Platteuw模型和毛细管Kelvin模型，建立了用于多孔介质水合物体系的相平衡预测模型。在此模型基础上，针对甲烷水合物和CO2水合物，对界面张力作了进一步的研究。首先，根据多孔介质水合物相平衡实验数据，回归得到不同条件下的界面张力值，结果发现界面张力随温度升高而单调升高，随孔径的增大而单调减小，并且具有较好的线性关系。因此，提出了界面张力与温度和孔径的关联计算公式，并采用遗传算法优化回归了公式的参数。通过考察发现，以关联公式为基础改进后的模型具有良好的计算精度，在整个考察温度和孔径范围内，对于甲烷水合物和CO2水合物的相平衡预测压力与实验数据的绝对平均偏差分别为1.66％和2.76％。

关键词：水合物；多孔介质；界面张力；温度；孔径

Study on the Hydrate Formation Phase Equilibrium Model in the Porous Media Based on PC-SAFT Eq uation of State

Zeng Zhiyong,Li Xiaosen

Guangzhou Center for Gas Hydrate Research/Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate/Guangzhou Institute of Energy Conversion,The Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China

Abstract:This work studies the thermodynamic model of hydrate equilibrium formation conditions in the porous media.Based on the Perturbed Chain-Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) equation of state (EOS),combining with van der Waals-Platteuw model of hydrate and Kelvin equation of capillary,a phase equilibrium computational model was built.Based on this model,the surface tension was further studied for methane and CO2hydrate.Firstly,values of surface tension were regressed from experimental equilibrium formation conditions.It is shown that the surface tension increases with the temperature increasing and decreases with the pore radius increasing,moreover,it shows a near-line trend.Thus,the surface tension function of temperature and pore radius was proposed.Parameters of thefunction were optimizedfrom experimental data with genetic algorithm.The result shows that the revised model with the correlated surface tension has a distinct improvement in the predicting the hydrate equilibrium formation conditions,average absolute deviations are 1.66% and 2.76% for methane and CO2hydrates,respectively.

Key words:gas hydrateporous mediasurface tensiontemperaturepore radius

0 引言

天然气水合物是在一定热力学条件下由甲烷等小分子和水分子结合而形成的类似冰状、非化学计量的固态笼型晶体[1-2]。在自然界中主要存在于陆地永久冻土带和水深超过300 m的海洋沉积物中。由于其能量密度高、储量大等特点，天然气水合物作为一种潜在的替代能源而受到广泛的关注。根据水合物勘探和成藏研究的结果[3]，天然气水合物大多赋存于各种沉积物孔隙中，因此，沉积物特性对水合物形成分解条件的影响成为一个重要的研究热点[4-14]。

由于天然气水合物赋存区域的沉积物具有孔隙度较高、比表面较大的特点，界面现象对孔隙中水合物的热力学性质存在显著的影响。为了探究这种影响，人们从实验和理论2个方面开展了大量的研究；Handa等[4]于1992年首先对多孔介质影响天然气水合物的稳定条件进行了研究；之后Uchida等[5-7]开展了大量的研究，获得了从6～100 nm孔径的硅胶中水合物相平衡条件的实验数据。此外，Li等[8]和Anderson等[9]众多学者展开了多孔介质中水合物的热力学性质研究，提出了毛细作用力是影响沉积物中水合物稳定存在的关键因素之一，获得了大量的多孔介质中水合物的相平衡数据。

此外，众多学者也对多孔介质中水合物的热力学性质进行了大量的理论与模型研究。1999年， Clarke等[10]以毛细管为物理模型，以气－液界面为考察对象，首先建立了多孔介质的热力学模型。此后，Klauda等[11]也在毛细管模型的基础上，以水合物－水界面为考察对象并考虑了孔径的分布，获得了更精细的多孔介质模型。Uchida等[7]也建立了多孔介质热力学模型，并取得了较良好的计算结果。Peddireddy等[12]将孔内的气－液接触角视为变量，建立了多孔介质内水合物相平衡模型。Song等[13]研究了含盐溶液在多孔介质中的水合物热力学模型，并将界面张力处理为温度与盐度的函数，采用Pitzer模型计算水相的活度，获得了良好的计算结果。Chen等[14]在Chen-Guo模型的基础上，结合毛细管模型并将界面参数回归为温度的函数，建立了多孔介质水合物热力学模型。

以上模型基本上是以Kelvin方程描述毛细作用为基础建立起来的，在部分实验数据的关联上一般具有较好的计算结果，但是，不同来源、不同孔径以及不同温度区间的实验数据回归的界面张力明显不一样。在现有的文献中，Wilder等[15]认为水合物－水的界面张力等同于冰－水相的界面张力，为27 m J/m2。Zhang等[16]在对乙烷水合物－水的界面张力研究时也取了相同的值。Uchida等[7]测定了甲烷水合物－水，二氧化碳水合物－水及丙烷水合物－水的界面张力，分别为（17±3)m J/m2、（14±3)m J/m2与（25±1)m J/m2。Anderson等[9]测定了平均孔隙直径为30.6、15.8与9.2 nm的多孔介质的水合物平衡分解条件，给出了冰－水、甲烷水合物－水和二氧化碳水合物－水的界面张力分别为（32±2）、 （32±3）和（30±3)m J/m2。鉴于界面张力对多孔介质中水合物形成条件的重要影响，有必要对界面张力做进一步的研究。

本文的主要目的是利用微扰链－统计缔合流体理论状态方程结合van der Waals-Platteuw模型和毛细管Kelvin模型，建立了用于多孔介质中水合物体系的相平衡预测模型。并在此基础上，探索温度、孔径等对界面张力的影响，建立界面张力与温度和孔径的关系，进而提出改进的多孔介质水合物形成相平衡条件的预测模型。

1 模型与理论

1.1 水合物热力学模型

本工作采用以统计力学为基础的van der Waals-Platteeuw模型[1]来计算水分子在水合物相中的逸度，表达式为

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其中：

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式中： ，表示空水合物笼（不含客体分子）中以及水合物笼中的水的化学位差；fj表示j分子的逸度；R表示气体常数；T表示体系的温度；vm表示的是每个水分子所拥有的m型孔穴数；Cmj为j分子在m孔穴中的Langmuir常数；可根据下式计算：

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其中：w (r）为孔穴内客体分子距孔穴中心为r时与周围水分子相互作用的总势能，在本文中采用Kihara势能模型[2]k为波尔兹曼常数。所选势能公式中的分子参数均选自文献[2]。

水在空水合物笼中的逸度 可由空水合物笼中水的化学位 与纯水的化学位 计算获得，方程如下：

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其中：

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在公式（4）中纯水的逸度 由状态方程计算获得，公式（5）中 由实验测得，表示在T0=273.15K，压力为0时空水合物笼与纯水的化学位差。 与 分别为空水合物笼与液态水之间的焓差与摩尔体积差。焓差随温度变化的关系式如下：

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其中： 与 分别为参考条件下空水合物笼与液态水的焓差和热容差； 与β的大小可根据水合物生成条件的实验数据回归获得；β为热容的温度系数。水合物热力学模型的各参数选自文献[17]，具体见表1。

表1 水合物的热力学参数[17]

1.2 状态方程

微扰链－统计缔合流体理论状态方程（PC-SAFT）是Gross和Sadowski[18]在微扰理论上发展起来的。由于其充分的理论基础和良好的预测性，目前被广泛用于复杂体系的热力学性质计算[19]。其压缩因子的表达式为

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式中：Z是压缩因子；Zid是理想气体的压缩因子，且Zid= 1Zhc表示硬球链的压缩因子贡献项；Zdisp和Zassoc分别表示色散和缔合作用的压缩因子贡献。

根据PC-SAFT状态方程[18],Zhc可以表示为

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其中：xi是分子i的摩尔分数；mi表示分子i中一个链的链节数；m表示混合体系中的平均链节数；Zhs表示硬球作用的贡献项；p表示分子的数密度； 表示分子i的链节在硬球系统的径向分布函数。

微扰项的压缩因子Zdisp表示为

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其中：

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缔合项采用Michelsen和Hendriks[20]提出的计算公式，它的表达式为

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式中：Vm表示摩尔体积； 表示分子i的A缔合位中没有与其他活性位缔合的摩尔分数，它是缔合项的关键参数，可通过求解下列方程组获得：

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式中：Vm为摩尔体积；x，是分子i的表观摩尔浓度；i和j用来表示分子；A和B用来表示不同的活性位。 表示缔合能，由下式给出：

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式中： 和 分别表示缔合位之间的体积参数和能量参数。

在本工作中，PC-SAFT方程中的所有分子参数选自文献[21]。

1.3 多孔介质模型

由于多孔介质具有较大的比表面积和界面张力，界面现象对孔隙中分子的热力学性质将存在显著的影响。根据Clark和Bishnoi[10]所提出的模型，多孔介质中水的化学势可表示为

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根据Kelvin方程，在多孔介质中水的活度计算式如下：

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式中：σ表示气液界面张力；V表示液相摩尔体积；θ为气液界面间的润湿角；r代表多孔介质的平均孔径。Klauda等[11]提出水合物相－水相间的界面取代气液界面更符合实际情况。因此，本文中的界面指的是水合物相－水相间的界面。根据文献[10-11]，一般将润湿角视为0°，即cosθ＝1。在本工作中也沿用了这一简化方式。

在Kelvin方程中，界面张力常处理为常数。但是，当研究对象进入微、纳米尺度时，界面张力和孔径无关等假设将不再成立。Tolman[22]根据Gibbs毛细理论，研究了液滴尺度大小对界面张力的影响，得到Tolman方程：

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式中：σ和σ0分别为同一温度下半径为r的液滴和平液面的界面张力；6称为Tolman长度。闫红等[23]从严格物理意义上推导了界面张力与曲率半径关系，得出了曲率半径与界面张力的函数关系式。此外，国内外其他学者也对在微、纳米尺度上的界面张力与曲率半径的关系作了深入的研究，得出了界面张力与曲率半径的理论关系[24]。本工作结合多孔介质中水合物的相平衡数据，对界面张力与曲率半径的关系做初步的考察。

此外，界面张力与温度的关系事实上已经有了广泛的研究，并且常处理为对比温度的指数函数或者温度的线性函数[25]。在多孔介质中水合物相平衡研究方面，Chen等[14]已经提出了将界面张力处理为温度的线性函数并且取得了较好的计算结果。在本工作中，将进一步研究在同时考虑孔径与温度影响时的界面张力，以使多孔介质中水合物形成相平衡条件预测更准确。

1.4 计算模型

本工作中涉及基础水合物相平衡计算模型、界面张力回归模型以及参数优化模型。其中，基础水合物相平衡计算模型与常规相平衡模型一致，详见文献[8]。该模型主要用于常规的水合物相平衡条件计算。界面张力的回归模型主要是基于水合物相平衡模型，采用二分法回归获得在指定温度、压力和孔径条件下的最优界面张力，此时，计算的与实验得到的水合物相平衡压力相等（相对误差小于10-6），该模型主要用于考察最优界面张力与孔径、温度的关系。参数优化模型也是基于水合物相平衡模型，利用遗传算法优化界面张力与温度、孔径函数式中的参数，从而使计算数据与实验数据相差最小。

图1 回归多孔介质中水合物形成条件计算模型中界面张力的流程

图1给出了利用界面张力回归程序的计算框图。为了计算在给定的温度和压力下的最优界面张力：1）输入给定的温度（或压力）值，进料组成和最初的压力（或温度）假设值以及界面张力假定值；2）进行温度－压力的闪点计算；3）利用方程（1）计算水在水合物中的逸度（ 4）检测是否 等于水在液相或气相中的逸度。如果逸度不相等，则重新设定一个压力（或温度）的假设值，然后返回步骤2；若相等，则假设的压力（或温度）即是水合物的平衡压力（或温度）。5）检验计算的平衡压力与实验值是否相等，若否，返回步骤（1），重新给定界面张力；若是，则假定的界面张力即为所求的最优界面张力。

参数优化模型的步骤与界面张力回归模型具有相似性。之所以选择遗传算法做参数优化是由于它相比传统算法具有更好的收敛性、准确度较高以及计算所需时间少等优点。在本工作中将以文献中所收集的实验数据为基准，同时优化界面张力与温度、孔径函数的所有参数。

在本工作中，主要采用压力的绝对平均偏差（AAD）来衡量偏差程度，具体表达式为

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2 结果与讨论

2.1 模型验证

首先，为了验证模型的可靠性，首先考察了甲烷和二氧化碳水合物在纯水中相平衡条件计算的情况，实验数据取自文献[1]，计算的具体结果如图2所示。所考察的温度范围覆盖了主要的水合物相平衡实验考察区间。其中，甲烷水合物的相平衡压力计算绝对平均偏差为2.36％，二氧化碳水合物的为2.08％。可以认为，在所考察的温度范围内具有较高的精度，该模型在计算纯水体系水合物的形成条件具有较好的可信度。因此，利用该模型继续考察多孔介质中水合物的相平衡条件。

2.2 界面张力规律分析

在毛细模型中，界面张力是一个关键的参数，它体现的是多孔介质对分子化学势影响的大小，一个准确的界面张力值对于多孔介质中水合物的热力学性质计算有非常重要的作用。因此，本文立足于文献中的实验数据[5-7,9]，对界面张力的影响作进一步考察。

图2 比较甲烷和二氧化碳水合物在体相中形成条件的实验数据[1]和计算值

目前，大部分文献将界面张力处理为常数，但是不同实验数据回归得到的界面张力值不一致。根据Klauda等[11]的研究结果，取水合物－水界面张力比较符合实际，并假定与冰－水界面张力相等界面张力定为27 m J/m2。因此在本考察中，取甲烷和二氧化碳水合物的界面张力为31 m J/m2。图3和图4分别考察的是将甲烷水合物和CO2水合物界面张力值处理为常数的结果。显然，计算结果与实验值相差较大，对于甲烷水合物和CO2水合物相平衡压力计算绝对平均偏差分别为17％和7.5％。而且，计算的相平衡压力随温度变化的趋势与实验值的趋势存在明显的差别，随着温度的升高，偏差有增大的趋势。因此，将界面张力处理为常数无法获得准确的计算结果。

图3 甲烷水合物形成条件的实验数据[1]与σ＝27 m J/m2时模型计算值的比较

图4 二氧化碳水合物形成条件的实验数据[1]与σ＝27mJ/m2时模型计算值的比较

为了获得良好的计算结果，本文对界面张力进行了进一步的考察。首先，利用界面张力回归程序，分别回归获得了甲烷水合物和CO2水合物在不同孔径（分别为6、15、30和50 nm）、不同温度下（273.2～284.2 K）的界面张力。所选择的温度和孔径范围基本覆盖了多孔介质水合物相平衡实验的主要考察区间。图5和6分别给出了不同孔径下多孔介质体系中甲烷水合物和CO2水合物回归的界面张力值与温度的关系；显然，对于甲烷水合物和CO2水合物，在不同孔径下界面张力都表现出与温度呈线性关系的趋势，其平均相关系数分别为0.9997和0.9993。因此，界面张力可以表示为

σ＝pa + pb×T 　(19）

式中：σ表示界面张力；pa和pb为方程的参数。

根据图5和6，可以发现回归线的斜率随孔径的增大有单调增大的趋势，本文进一步考察了甲烷水合物和CO2水合物体系的界面张力与孔径大小的关系。首先本工作对不同孔径下界面张力作了线性回归，获得线性方程的pa和pb2个参数，线性方程的参数与孔径的关系如图7和8所示。发现对于甲烷水合物和CO2水合物，pa随着孔径的增大而单调下降，而pb随着孔径的增大而单调增大，并且呈线性关系。因此，界面张力与孔径也可以表示为线性关系，表达式如下：

pa= a+ br (20)

pb= c+ dr (21）

图5 不同孔径下甲烷水合物的回归界面张力与温度的关系

图6 不同孔径下二氧化碳水合物的回归界面张力与温度的关系

图7 不同温度下回归的公式（19）的参数pa与孔径的关系

图8 不同温度下回归的公式（19）的参数pb与孔径的关系

2.3 界面张力关联公式参数回归

为了获得关联方程的参数，进一步对方程的参数做了优化回归。利用文献中的实验数据[4-6,9]，采用遗传算法，根据所建立的参数优化模型，获得了甲烷水合物和CO2水合物的界面张力与温度和孔径函数关系式的参数，具体结果如表2所示。

表2 公式（20）和（21）中的回归参数

表3 模型计算结果的比较

参数回归优化过程中的预测压力与实验数据相比的绝对平均偏差如表3所示。显然，相比将界面参数定为常数，本工作将界面张力处理为温度与孔径的函数能够大大提高计算精度，对于甲烷水合物和CO2水合物，其绝对平均偏差分别为1.66％和2.76％，接近甚至好于体相水合物的预测模型。此外，在回归优化过程中发现，将界面参数处理为温度和孔径的函数关系后，能很好地预测所考察范围内的不同孔径、不同温度下的水合物形成条件，而不会出现随孔径或者温度增高而误差增大或者减小的趋势。因此，改进后的模型能够在所考察的体系和范围内更好地用于预测多孔介质中水合物的相平衡条件。

3 结语

多孔介质对水合物相平衡条件的影响非常重要，本工作以甲烷水合物和二氧化碳水合物为例，对多孔介质中水合物的相平衡进行了研究。通过利用PC-SAFT状态方程结合van der Waals-Platteuw模型和毛细管Kelvin模型，建立了用于多孔介质中水合物体系的相平衡预测模型，并通过体相水合物的相平衡数据证明了模型的准确性。在考察中发现，将界面张力处理为常数时，模型计算结果误差比较大。而在考虑温度、孔径等对界面张力的影响，计算精度明显提高。因此，系统研究了温度和孔径对界面张力的影响，建立了界面张力与温度和孔径的经验关联关系。通过考察发现，以关联公式为基础改进后的模型具有良好的计算精度，在整个考察温度和孔径范围内，对于甲烷水合物和CO2水合物的预测压力与实验数据的绝对平均偏差分别为1.66％和2.76％。因此，利用改进后的模型预测多孔介质中水合物的相平衡条件具有更好的准确性。

参考文献

[1]陈光进，孙长宇，马庆兰.气体水合物科学与技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]KOH C A,E D S.Clathrate Hydrates of Natural Gases[M].(3rd Ed)New York:CRC Press,2007.

[3]吴能友，梁金强，王宏斌，等.海洋天然气水合物成藏系统研究进展[J].现代地质，2008,22(3）:356-362.

[4]HANDA Y P,STUPIN D Y.Thermodynamic Properties and Dissociation Characteristics of Methane and Propane Hydrates in 70-.ANG.-Radius Silica Gel Pores[J].The Journal of Physical Chemistry,1992,96(21):8599-8603.

[5]UCHIDA T,EBINUMA T,TAKEYA S,et al.Effects of Pore Sizes on Dissociation Temperatures and Pressures of Methane,Carbon Dioxide,and Propane Hydrates in Porous Media[J].The Journal of Physical Chemistry B,2001,106(4):820-826.

[6]UCHIDA T,EBINUMA T,ISHIZAKI T.Dissociation Condition Measurements of Methane Hydrate in Confined Small Pores of Porous Glass[J].The Journal of Physical Chemistry B,1999,103(18):3659-3662.

[7]SEO Y,LEE H,UCHIDA T.Methane and Carbon Dioxide Hydrate Phase Behavior in Small Porous Silica Gels:Three-Phase Equilibrium Determination and Thermodynamic Modeling[J].Langmuir,2002,18(24):9164-9170.

[8]李小森，张郁，陈朝阳，等.利用两种模型预测多孔介质中气体水合物平衡分解条件[J].化学学报2007,65(19)-2187-2196.

[9]ANDERSON R,LLAMEDO M,TOHIDI B,et al.Experimental Measurement of Methane and Carbon Dioxide Clathrate Hydrate Equilibria in Mesoporous Silica[J].The Journal of Physical Chemistry B,2003,107(15):3507-3514.

[10]CLARKE M A,POOLADI-DARVISH M,BISHNOI P R.A Method To Predict Equilibrium Conditions of Gas Hydrate Formation in Porous Media[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,1999,38(6):2485-2490.

[11]KLAUDA J B,SANDLER S I.Modeling Gas Hydrate Phase Equilibria in Laboratory and Natural Porous Media[J]Industrial&Engineering Chemistry Research,2001,40(20):4197-4208.

[12]PEDDIREDDY S,LEE S Y,LEE J W.Variable Contact Angle Model for Gas Hydrate Equilibrium in Porous Media[J]2010,52(3):1228-1234.

[13]SONG Y,YANG M,CHEN Y,et al.An Improved Model for Predicting Hydrate Phase Equilibrium in Marine Sediment Environment[J].Journal of Natural Gas Chemistry,19(3):241-245.

[14]CHEN L-T,SUN C-Y,CHEN G-J,et al.Thermodynamics Model of Predicting Gas Hydrate in Porous Media Based on Reaction-Dsorption Two-Step Formation Mechanism[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2010,49(8):3936-3943.

[15]WILDER J W,SESHADRI K,SMITH D H.Modeling Hydrate Formation in Media with Broad Pore Size Distributions[J].Langmuir,2001,17(21):6729-6735.

[16]ZHANG W,WILDER J W,SMITH D H,et al.Interpretation of Ethane Hydrate Equilibrium Data for Porous Media Involving Hydrate-Ice Equilibria[J].AICHE Journal,2002,48(10):2324-2331.

[17]ANDERSON B J,BAZANT M Z,TESTER J W,et al.Application of the Cell Potential Method To Predict Phase Equilibria of Multicomponent Gas Hydrate Systems[J].The Journal of Physical Chemistry B,2005,109(16):8153-8163.

[18]GROSS J,SADOWSKI G.Perturbed-Chain SAFT:An Equation of State Based on a Perturbation Theory for Chain Molecules[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2001,40(4):1244-1260.

[19]ZENG Z Y,XU Y Y,LI Y W.Calculation of Solubility Parameter Using Perturbed-Chain SAFT and Cubic-Plus-Association Equations of State[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2008,47(23):9663-9669.

[20]MICHELSEN M L,HENDRIKS E M.Physical Properties from Association Models[J].Fluid Phase Equilibria,2001,180(1/2）:165-174.

[21]VON SOLMS N,MICHELSEN M L,KONTOGEORGIS G M.Computational and Physical Performance of a Modified PC-SAFT Equation of Statefor Highly Asymmetric and Associating Mixtures[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2003,42(5):1098-1105.

[22]TOLMAN R C.The Effect of Droplet Size on Surface Tension[J]The Journal of Chemical Physics,1949,17(3):333-337.

[23]闫红，王小松，朱如曾.Kelvin方程的一种理论推导[J].物理化学学报，2009(4）:640-644.

[24]JAKUBOV T S,MAINWARING D E.Impact of Wall Potential on the Fluid-Wall Interaction in a Cylindrical Capillary and a Generalized Kelvin Equation[J].Physica B:Condensed Mater,2006,381(1/2):57-65.

[25]R.C.里德J M 普，B.E.波林.气体和液体性质：第4版[M].北京：石油工业出版社，1994.

能源资源枯竭；环境污染严重。

开发新能源和可再生能源是能源可持续发展的应有之义。在我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足。

这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，必须下大力气加快发展新能源和可再生能源，优化能源结构，增强能源供给能力，缓解压力。

我国的核电装机容量不到发电装机容量的2%，远低于世界17%的平均水平，应当采取有效的措施，解决技术路线、投资体制、燃料保障等问题，使我国核电发展的步子迈得更大一些。

同时，我国的风电资源量在10亿千瓦左右，仅开发几百万千瓦，应当对风电发展进行正确引导，促进用电健康可持续发展。

走能源可持续发展之路，从大的能源结构来讲，还是要加快发展核电。最近一两年，从中央到国务院，都坚定了加快发展核电的信心，核电的工作力度也在加大。

在今后一个时期，在优化能源结构方面，核电的比重、速度要保持相对快速的增长，规模要在短期内有比较大的提升。不光是沿海，还要逐步向中部地区发展。

中国面临的能源危机 我国的可再生能源有着得天独厚的优势，是重要的战略替代能源，对增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境具有重要的作用。积极开发和利用核能、太阳能、风能、电能、生物质能、地热能以及海洋能等可再生能源，是实现我国经济社会可持续发展能源战略的必然选择。 1我国的能源危机与环境危机凸显 1.1中国面临严重的能源短缺危机 我国是一个能源生产大国和消费大国，拥有丰富的化石能源资源。2006年，煤炭保有资源量为10345亿吨，探明剩余可采储量约占全世界的13%，列世界第三位。但是中国的人均能源资源拥有量较低，煤炭和水力资源人均拥有量仅相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源拥有量仅为世界平均水平的1/15左右。能源资源赋存不均衡，开发难度较大，已探明石油、天然气等优质能源储量严重不足。再加上能源利用技术落后，利用低下，在经济高速增长的条件下，我国能源的消耗速度比其他国家更快，能源枯竭的威胁可能来得更早、更严重。因而，日益增长的对外能源需求造成的能源压力迫使我们不得不寻找解决能源危机的突围之路。 1.2不合理的能源结构引发严重的环境危机 我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65%左右为煤炭，大量使用煤炭，使 66%的中国城市大气中颗粒物含量以及22%的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。伴随着经济的快速发展和能源需求量的持续增长，化石燃料燃烧所产生的温室气体排放给环境造成了越来越沉重的压力。面对当前化石能源消耗带来的严重环境危机，调整能源结构已迫在眉睫。 2发展利用可再生能源是解决中国能源危机的有效途径 可再生能源是可以永续利用的能源，如水能（小水电）、风能、太阳能、生物质能和海洋能等，不存在资源枯竭问题。目前，世界各国都力推可再生能源，中国更应该把握住发展可再生能源的时代走向，争取在可再生能源开发利用上走在世界前列，缓解日益加重的能源危机与环境压力。 2.1中国可再生能源具备良好的资源基础 我国可再生能源品种齐全，数量多，资源基础雄厚。我国小型水电（指≤5万千瓦的水能资源）的可开发量为1.2亿千瓦，目前仅开发了不到 1/4；全国陆地每年接收的太阳辐射能相当于24000亿吨标准煤，如果按陆地面积的1%、平均转换效率按20%计，一年可提供的能量达48亿吨标准煤，相当于2006年全国一次能源消费量（24.6亿吨标准煤）的两倍；我国10m高度层的风能总储量为32亿千瓦，实际可开发为2.53亿千瓦，加上近海（1~15米水深）风力资源，可装机容量达10 亿千瓦；生物质能资源也十分丰富，秸秆等农业废弃物每年约有3.0亿吨标准煤，薪柴资源为1.3 亿吨标准煤，加上城市有机垃圾等，资源总量近7亿吨标准煤。通过品种改良和扩大种植，生物能的资源量可以在此水平上再翻一番。此外，还有地热能和海洋能等，可供大规模长期开发利用。总之，中国可再生能源资源丰富，具有大规模开发的资源条件和技术潜力，可以为未来社会和经济发展提供足够的能源，开发利用可再生能源大有可为。 2.2中国可再生能源具备良好的市场基础 我国可再生能源具有巨大的潜在市场，随着我国经济的进一步发展和全面小康建设的推进，必将对能源供应提出新的要求。同时，我国又是一个农业大国，61%的人口生活在农村，农村能源利用率处于较低水平，每年要消耗6亿多标准煤的能量，其中一半的能源靠作物秸秆和砍伐树木获得，这使得生态环境遭到破坏，荒漠化程度加剧。作为农村能源供应的重要补充，利用可再生能源正在为农村提供气体燃料、提供生活热水、为偏远地区农户解决无电问题等方面发挥重要作用，直接提高农民生活质量和改善农村环境质量。可再生能源的利用是农村能源与环境协调发展重要途径。所以，客观上的迫切需求为可再生能源提供了巨大的市场。 3中国可再生能源开发现状与面临的挑战 3.1中国可再生能源的产业发展已初具规模 20世纪90年代以来，我国的可再生能源开发利用已经取得显著进展。2007年，我国可再生能源利用总量居世界首位。2007年我国小水电利用总量占世界一半，水电勘测、设计、施工、安装和设备制造均达到国际水平，已形成完备的产业体系；2007年，我国光伏电池产量达到100万千瓦，超过日本，位居世界第一；太阳能热水器使用量为5200万平方米，约占全球使用量的40%。据测算，使用1平方米的太阳能热水器每年可节约120千克标准煤。太阳能利用得到快速发展，在能源供应中占10.32%，居第二位；目前全国已建成并网风力发电装机容量57万千瓦，2007年的风电装机容量达到590万千瓦，比2006年增加了330万千瓦2007年，我国可再生能源年开发利用总量折合2.2亿吨标准煤，占一次性能源消费总量的8.5%。我国是一个农业大国，生物质能材料来源广泛，生物质发电装机容量已达到相当规模，农村年产沼气102亿立方米，相当于1600万吨煤；沼气工程实现了标准化生产，沼气技术服务体系已比较完善；另外我们在可再生能源利用技术上取得很大突破，相当一批技术已发展到商业化初始阶段。 3.2中国可再生能源发展面临的挑战 3.2.1政策障碍 国家和政府的法律政策导向对可再生能源发展起着至关重要的作用，但是我国可再生能源的相关政策体系还不完整，经济激励力度较弱，政策的稳定性和协调性差，还没有形成支持可再生能源持续发展的长效机制。我国可再生能源的立法比较晚，法律体系不健全，仅出台了一部《中华人民共和国可再生能源法》。此外，各地方缺乏相应的法律政策，不能很好地贯彻中央的政策，形成促进可再生能源产业发展良好的政策环境。 3.2.2资金障碍 我国可再生能源在2007年已达到12亿美元，仅次于德国，居世界第二。但我国的新能源发展并没有纳入政府各级财政拨款渠道；与金融机构和发展中国家政府的金融政策和法规联系不到位，使本来很值得信赖的项目与商业应用也缺乏信贷和风险投资。 3.2.3技术障碍 技术开发能力与产业体系薄弱，关键技术掌握得少。除水电、太阳能热利用、沼气外，其它可再生能源技术水平较低，缺乏自主技术研发能力，设备制造能力弱，技术和设备生产主要依赖进口，技术水平和生产能力与国外先进水平差距较大。同时，可再生能源的资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善，人才培养不能满足市场快速发展的需要，没有形成支撑可再生能源产业发展的技术服务体系。 3.2.4市场障碍 由于可再生能源开发难度大，开发市场化起步晚，所以商品化程度低，产业化薄弱。市场经验不足阻碍着可再生能源工业有效地提供产品和服务，存在普遍的产品质量问题和服务问题，市场法规不足和缺少工业标准的风险抑制着需求增长。长期以来，我国可再生能源发展缺乏明确的发展目标，缺乏连续稳定的市场需求。虽然国家支持可再生能源发展的力度逐步加大，但由于缺乏强制性的可再生能源市场保障政策，没有形成稳定的市场需求，可再生能源发展缺少持续的市场拉动。市场障碍阻碍着可再生能源产业链条的形成和发展。 4中国可再生能源的突围之路 4.1将可再生能源战略纳入国家能源战略 可再生能源比重的提升传递着“绿色经济”正在兴起的信息，2012年《京都议定书》到期后，新的温室气体减排机制将进一步促进绿色经济的全面发展。如何面对“后京都议定书时代”，可再生能源成了我们势在必行的发展之路。 可再生能源是我国能源优先发展的领域。可再生能源的开发利用，对增加能源供给、改善能源结构、促进环境保护具有重要作用，是解决能源供需矛盾和实现可持续发展的战略选择。《可再生能源中长期发展规划》中提出到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%的发展目标。由科技部主持的《中国后续能源发展战略研究》对到本世纪中期我国能源需求进行了预测。从预测结果看，若采用生态驱动方案，到2050年可再生能源将成为能源结构的主角之一，达到30%以上。因此，我国发展可再生能源的战略目标将是：最大限度地提高能源供给能力，满足实现全面建设小康的要求，改善能源结构，实现能源多样化，建立可持续的、安全的能源供应体系。 4.2切实加强法律保障 各级政府应切实加强政策扶持力度，尽快建立规范的保障制度，实行政府问责制。应完善可再生能源法律制度，尽快建立可再生能源相关的法律法规体系，加快出台《可再生能源促进法》、《循环经济法》等促进可再生能源发展的法律法规。为增加可再生能源供应、规范可再生能源市场、优化能源结构、维护可再生能源发展提供法律保障，这也是我国能源发展的必然要求。 4.3建立多渠道的开发机制 开发利用新能源和可再生能源是当今国际一大热点，要抓住当前大好时机，将自主创新与技术引进，建立和形成以国内制造为主的装备能力。一是各级政府要从财政上支持新能源的开发，积极吸引和引导社会、企业、个人投资可再生能源，促进可再生能源的开发利用。二是要进一步拓宽合作领域，加强与国际组织和机构的联系与合作，提倡双边、多边合作研究及合作生产。加强人与技术信息交流。采取切实措施，为吸引国际机构和社会团体、企业家和个人来华投资、独资或合资开办各种新能源和可再生能源实体创造条件。 4.4培育可再生能源市场 一是在中央、地方提供政策支持的基础上，鼓励企业打破限制，实行横向联合，积极引进新工艺、新技术，不断提高产品质量，降低成本，扩大销路。二是鼓励有条件的企业和个人开办新能源技术服务公司，为消费者提供新能源技术产品的安装、调试、维修保障服务，同时政府应为这些公司的技术人员提供技术培训，提高其技术业务水平，逐步培育起持续稳定的可再生能源市场。三是加强建立可再生能源技术产品的评价指标体系，产品的检测和质量认证体系，建立国家级质量监测系统，建立健全市场保障机制，同时形成支撑可再生能源产业发展的技术服务体系。激励新能源消费，完善促进可再生能源开发利用的市场环境，逐渐培育起持续稳定的可再生能源市场。

在 科技 进步和环境需求驱动下，世界能源正加速向清洁、低碳方向转型，而中国已经成为全球能源清洁转型的引领者。中国的这种转型，可以从国内大型综合能源企业之一的华润电力（00836.HK）身上找到答案。

近日，华润电力（00836.HK）正式发布的《2018年可持续发展报告》（下称《报告》）显示，2018年，华润电力进一步加强公司治理，大力发展可再生能源、进一步降低能耗与排放。截至2018年底，整个公司的清洁能源运营权益装机占比较上年提升3个百分点至20.4%。其中，火电和风电利用小时均大幅优于全国平均水平。

在此之前，笔者注意到，华润集团董事长傅育宁明确表示，当前，新能源、可再生能源取代传统能源的变革趋势越来越明显。此后，华润电力进一步把业务重心向可再生能源倾斜。

华润电力能源结构的变化是中国能源结构变化的缩影。近年来，中国不断加大可再生能源发展的比例。目前，中国已经成为全球第一的可再生能源国家，打破国际间固有的中国严重依赖煤炭的负面形象。

根据国家发改委此前发布的《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》（下称《战略》），到2030年，中国新增能源需求将主要依靠清洁能源满足。《战略》提出，到2020年，中国能源消费总量将控制在50亿吨标煤以内，清洁能源成为增量主体，非化石能源占比15%；单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18%；单位国内生产总值能耗比2015年下降15%。

数量重要，质量更重要。过去一年，华润电力坚持创新驱动增长，全年科研投入约1.97亿元，运用大数据、云计算等先进技术，促进公司创新转型、高质量发展。通过继续加大节能减排投入，华润电力附属燃煤电厂98%的权益装机完成超低排放改造，主要能耗和排放指标进一步改善，平均供电煤耗同比下降3.62g/kWh。

过去一年，通过优化资产结构，华润电力大幅减持和处置煤炭资产，减持和处置了部分火电资产和其他低效资产，提质增效成绩显著，果断处置和出售了位于山西的煤炭资产，收回高达95亿元人民币现金。

与此同时，华润电力积极 探索 火电厂固废处置掺烧发电技术，旗下广东海丰、江苏常熟等13家电厂参与市政污泥垃圾处置，2018年全年累计掺烧污泥40.3万吨，为城市解决污泥围城难题，也拓展了自身发展空间。此外，该公司高度重视水土污染防治和生态保护，2018年全年环保总投入超过15亿元。

华润电力还创新地将可再生能源发展与精准扶贫攻坚相结合，通过产业扶贫、教育扶贫等方式“授人以渔”，全力打好精准脱贫攻坚战。2018年，华润电力向 社会 捐款捐物合计606.69万元。

笔者从华润电力获悉，今年是华润电力连续第九年发布可持续发展报告，系统披露华润电力2018年在环境、 社会 、治理等方面的政策、举措和绩效。华润电力董事局主席李汝革表示：“通过可持续发展报告的发布，进一步促进公司提升在环境、 社会 、治理等方面的责任落实和实践水平。”

可再生能源的优点

可再生能源的优点，大家都知道所谓可再生能源就是指可以二次利用的能源中国新能源产业规模上升到新的台阶中国新能源产业结构也不断优化升级。接下来我给大家分享可再生能源的优点。

可再生能源的优点1

1、开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社 会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经 济发展和社会进步的基本方向。

2、开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。 目前，我国环境污染问题突出，生态系统脆弱，大量开采和使用化石 能源对环境影响很大，特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高，氧化碳排放增长较快，对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保， 开发利用过程不增加温室气体排放。

3、开发利用可再生能源是建设****新农村的重要措施。农村是目前我国经济和社会发展*薄弱的地区，能源基础设施落后，全国还有约 1150 万人没有电力供应，许多农村生活能源仍主要依靠秸秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。

4、开发利用可再生能源是**新的经济增长领域、促进经济转 型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛，各地区都具有 一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用 当地自然资源和人力资源，对促进地区经济发展具有重要意义。

可再生能源的优点2

1、可再生能源的.资源量大于常规能源， 常规能源一般指化石能源煤炭、石油、 天然气等)其储量是有限的。可再生能源 如太阳能，它的资源对有限的人类发展阶 段可以说是无限的，地球上一年中接收到 的太阳能高达8*10↑18kWh，可见其量的 巨大。风能、生物质能、海洋能等其他可 再生能源都是太阳能的副产物，所以说“ 万物生长靠太阳”是非常好的比如。

2、清洁，非常低的污染，不能说无污染 的原因在于，大规模利用可再生能源以后 ，对环境的影响有些还未表现出来，如盐 城地区，大规模风电场的出现，对于候鸟 就可能产生影响。但是，总的来说目前没 有发现明显的污染加大的现实。

3、可循环使用，这是确定的，这是由于 可再生能源本身的定义所确定的

4、目前的开发成本仍然较高，这主要是 因为，可再生能源的能量密度大多数比较 低，例如，太阳能每平方米的理论功率只 有1kW左右，生物质能的单位重量的发热 量只有煤的一半不到秸秆的发热值约为 3000大卡/公斤)等，对于低的能量密度 ，要形成规模化效应，只有规模化应用， 即遍地开花的应用才能达到。由于可再生 能源的能量密度低，它们的开发成本低

可再生能源的优点3

可再生资源的优点

一、太阳能优点：

1、普遍：到处都有，可直接开发和利用，且无须开采和运输；

2、无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一；

3、巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤；

4、长久：太阳的能量是用之不竭的。

二、风能优点：

风能为洁净的能量来源。风力发电机风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于发电机。风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。风力发电是可再生能源，很环保。

三、生物质能优点：

1、提供低硫燃料；

2、提供连接能源；

3、讲有机物转化成燃料可减少环境公害；

4、与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。