《能的综合梯级利用与燃气轮机总能系统》

从20世纪80年代初我国著名的科学家吴仲华教授倡导“能的梯级利用与总能系统概念”，至今已有20多个年头，在这期间世界能源动力系统开拓发展正是沿着这个思路蓬勃展开。目前，能源科学和环境、化工等学科的交叉与渗透成为新兴的学科方向和重大科学问题，传统的物理能梯级利用原理已不足以解决交叉领域内超出热力学范畴的科学问题。为此，能的梯级利用原理拓展到化学能与物理能的梯级利用，形成能的综合梯级利用原理，相应的能源动力系统研究也在向多学科交叉方向发展，如化工与动力耦合、与环境相容的新型总能系统，这已成为节能减排的主流，并列入我国中长期科技发展规划。

中国科学院工程热物理研究所的《能的综合梯级利用与燃气轮机总能系统》（金红光、林汝谋著）一书荣获国家科学技术著作出版基金资助出版（科学出版社）。该书作者的研究集体正是20多年前吴仲华教授组建的联合循环课题组（首任组长为蔡睿贤院士），为中国科学院内专门从事于能源动力系统基础性研究和相关高技术创新的研究团队，一直承担许多国家重要科研项目。经数十多年的辛勤耕耘，取得一系列重要成果，初步创建了总能系统集成与设计优化理论体系，研究提出一些新型可持续发展的能源动力系统。特别是总能系统理论在国际上独树一帜，这方面均有国际水平的研究成果。例如，创新性阐述“温度对口、梯级利用”理论，包括联合循环、功热联产及中低温热能利用等热能梯级利用原理。在国内外率先开展多种新型热力循环探索研究，与日本和美国学者同时提出新颖氢氧联合循环。首次发现了“余热锅炉型联合循环的效率最佳压比与相应的纯燃气轮机的比功最佳压比相符”；给出了STIG循环关键“尖端现象”理论解释等。另外，还开拓普适于复杂热力系统的系统模拟、设计理论与分析方法，提出评价准则，在能的质与量相结合地科学评价系统性能特性。热能梯级利用原理为热力循环系统集成开拓提供理论依据，为能源动力实际工程问题提供基础理论支撑。在国际上率先提出与阐明了三种CO2分离的一体化原理，并创建了零能耗控制CO2的先进能源环境系统。

尤其是化学链燃烧热力循环，可在高效利用燃料化学能的同时实现CO2的超低能耗分离，从产生CO2的源头解决了CO2控制问题，开辟了控制污染物的新途径，被美国能源部于1998年称之为“革命性突破”。联合国政府间气候变化专业委员会（IPCC）在2005年关于二氧化碳的捕捉与储存的特别报告中指出：金红光教授对化学链燃烧的研究做出了重大贡献。还有，研究提出的中低温太阳能与化石燃料互补的发电系统突破当前太阳热能热利用的低效转化模式，把净发电效率提高到35%，远高于当前国际先进的高温太阳能热发电系统性能，缓解了效率低和成本高的两大瓶颈问题，开拓了化石燃料与可再生能源互补梯级利用的新途径，并缓解了成本高的瓶颈问题，相关成果发表在瑞典召开的第三届Green Energy国际会议上，获得了优秀论文奖和瑞典政府奖励等。

该书是一部系统论述能的综合梯级利用与燃气轮机总能系统的专著，内容涉及从基础理论到应用实践，全面展示了基于能的综合梯级利用的总能系统工作原理与集成理论、特性规律以及典型系统实例与应用等。全书有两个部分，分为12章。第一部分从系统层面论述总能系统的基础理论问题，包括总能系统概论、能的综合梯级利用与总能系统集成理论、系统建模、系统分析方法与评价准则以及系统全息特性等5章，侧重论述总能系统概念及其集成理论体系，重视新理念、机理及方法。第1章介绍吴仲华先生提出的狭义总能系统及对其理解，然后论述在其基础上研究拓展的广义总能系统基本概念、过程和形式，比较分析了两代总能系统的演变与差异、主要科学技术问题以及发展概况等。第2章论述基于能的综合梯级利用原理的总能系统集成理论，包括热能的梯级利用原理、化学能与物理能综合梯级利用原理、以及能源转化与温室气体（CO2）控制一体化原理等。系统集成理论对总能系统的设计优化、新系统开拓以及应用发展等都是至关重要的。而第3、4章分别概述总能系统建模和分析方法与评价准则的基础问题。系统集成开拓和设计优化时都要对系统进行相关的分析，系统建模则是系统分析的基础，而热力学分析方法的开拓又与新的评价准则紧密相连。随着能源动力系统不断向大型化、复杂化发展，传统的建模与分析方法以及评价准则等面临着新的挑战，这些系统集成理论体系的重要组成部分都成为能源动力领域研究的热点和前沿课题。第5章论述总能系统全息特性。总能系统总是在偏离设计基准的变工况运行，又常常呈现多能源互补和多功能综合的特点，全息特性规律是系统进行设计优化和优化运行等分析研究的基础，也是系统开拓集成的核心问题之一。第二部分概述不同功能和不同能源的典型的总能系统，包括联合循环发电与功热并供系统、分布式能源系统、燃煤联合循环系统、化工动力多联产系统、多能源综合互补的多功能系统、太阳能与核能总能系统以及控制CO2排放的能源动力系统等7章，他们以能的综合梯级利用的科学用能思路和新的系统集成理论为主线来论述与分析各种典型的总能系统，突出可持续发展特征的能源动力系统的集成开拓、系统节能本质和特性规律的揭示，介绍典型系统的流程概念性设计和集成优化思路与措施、系统模拟以及过程与系统关联规律等。总结各类总能系统的科研成果，重视新系统和新途径的开拓创新，注重理论联系工程实际。

该书为作者的研究集体20多年来相关研究的学术积淀，学术观点独立，系统性、科学性与创新性强，有较大的理论意义和实用价值。该书可作为能源动力及其相关专业的大学和研究生院师生的参考用书，也可供从事能源动力领域的科研、管理、设计、运行等工作人员阅读参考。该书16开本116万字、773页，定价128元。

这里，我们希望该书能为读者提供一种深入研究各种总能系统的理论基础和分析方法，并对可持续发展的能源动力系统发展与研究有所裨益。