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1、双碳背景下冷链物流运输装备节能关键技术章学来教授章学来教授 上海海事大学上海海事大学2023.4.7CONTENTS目 录1 双碳双碳背景背景234国内外发展现状国内外发展现状 我们的工作我们的工作总结总结展望展望01双 碳 背 景 2021年3月15日习近平总书记强调,实现碳中和、碳达峰是一场广泛而又深刻的经济社会系统变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰,2060年前碳中和的目标。碳双2021.02.22 国务院印发关于加快健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见2021.10.24 关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作
2、意见2021.09.27 天津市碳达峰碳中和促进条例2021.02.22 河南省十四五现代能源体系和碳达峰碳中和规划2021.10.28 冶金、建材重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025年)碳中和&碳达峰温室气体的主要成分为二氧化碳,约占74%。为解决温室气体的过量排放导致温室效应不断增强,同时推动我国生态文明建设与高质量发展,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,指明我国面对气候变化问题要实现的“双碳”目标。产生背景温室气体温室气体二氧化碳二氧化碳甲烷甲烷氧化亚氮氧化亚氮含氟气
3、体含氟气体742%17%6%碳达峰SHIPPING CHINA碳达峰就是指碳排放量达峰,即二氧化碳排放总量在某一个时期达到历史最高值,之后逐步降低。碳中和SHIPPING CHINA碳中和即为二氧化碳净零排放,指的是人类活动排放的二氧化碳与人类活动产生的二氧化碳吸收量在一定时期内达到平衡。(碳排放=碳吸收)20302060碳吸收风能发展清洁能源,降低能源消耗过程中的碳排放。太阳能光伏光伏产业的发展带来了新机遇新能源汽车推动燃料清洁化以实现交通出行、人货运输的绿色化 新能源产业在“双碳”背景下,得到了蓬勃发展,截至2021年10月底,我国可再生能源发电累计装机容量达到10.02亿千瓦,风电、太阳
4、能发电装机已各达到3亿千瓦。新能源不仅在“双碳”的政策下熠熠生辉,更是推动了我国地区的发展。例如一些地区存在大量的沙地荒漠,利用太阳能光伏产业。帮助种植业实现循环利用,把原来的荒芜沙地,变为了能源利用地和新经济作物的生产地。新能源的发展冷链物流碳排放冷链冷链物流物流的组成部分的组成部分冷链各个环节总碳排放量(冷链各个环节总碳排放量(Mt当量当量CO2)全球冷链碳排放 改进后的冷链体系食品腐烂造成的碳排放由目前的改进后的冷链体系食品腐烂造成的碳排放由目前的10.0410.04亿吨亿吨锐减到锐减到0.760.76亿吨亿吨,虽然改进后的,虽然改进后的冷链设备由目前的冷链设备由目前的2.612.61亿
5、吨亿吨增加到增加到5.895.89亿吨亿吨,但比目前的冷链体系的总排放减少了,但比目前的冷链体系的总排放减少了6 6亿吨亿吨,相当于减,相当于减少了目前全球冷链总碳排放量的少了目前全球冷链总碳排放量的47%47%。项目项目目前冷链目前冷链改进后冷链改进后冷链冷藏车(万辆)340750冰箱(亿台)19.6746.4冷库容积(亿平方米)4.498.43冷柜延米(千米)66078109901耗电量(亿度)28107140制冷剂充注量(千吨)413914总碳排放量(亿吨当量CO2)2.615.89改进后冷链设备和目前冷链设备碳排放对比改进后冷链设备和目前冷链设备碳排放对比carbon 冷链碳排放量及其
6、主要来源全程冷链缺少造成的食品浪费和碳排放全程冷链缺少造成的食品浪费和碳排放(食品腐烂食品腐烂)冷链装备和设施能耗高冷链装备和设施能耗高(能源消耗能源消耗)非非环保制冷剂大量使用和替代安全环保制冷剂大量使用和替代安全(制冷剂泄露制冷剂泄露)主要来源MAIN SOURCE种类种类碳排放量碳排放量/万吨万吨占比占比/%/%能源消耗19172.8748.3制冷剂泄漏4150.8310.5食品腐烂16360.6341.2合计/亿吨3.97100冷链碳排放量与占比冷链碳排放量与占比carbon 采用先进冷链的碳减排采用先进冷链共减少采用先进冷链共减少0.770.77亿吨亿吨碳排碳排放,加之清洁电力发展,
7、共减少放,加之清洁电力发展,共减少1.491.49亿吨亿吨碳排放。碳排放。种类种类碳排放量碳排放量/万万吨吨先进冷链碳排先进冷链碳排放量放量/万吨万吨先进冷链碳先进冷链碳排放(洁电)排放(洁电)/万吨万吨能源消耗19172.8722762.5515593.46制冷剂泄漏4150.832.432.43食品腐烂16360.639242.789242.78合计/亿吨3.973.202.48先进冷链碳减排先进冷链碳减排 冷链碳减排的技术路线全程低温冷链体系、精准环控技术、食品品质控制工艺节能、低碳能源的利用环保制冷剂冷链食品腐烂制冷剂能源消耗02国内外发展现状碳减排技术现状1低碳能源利用23冷链物流节
8、能技术环保制冷剂利用 目前在冷链物流方面的前沿技术研究主要有:目前在冷链物流方面的前沿技术研究主要有:能源利用能源利用太阳能利用技术LNG冷能利用技术自然冷能利用技术太阳能利用技术1.氨水吸收式制冷机组2.溴化锂吸收式制冷原理太阳能吸收式制冷吸附式制冷1.吸附式制冷机组2.溴化锂吸附式制冷机组太阳能制冷应用Grus AIo T 低碳光伏自冷冷箱效果图光伏冷藏车Development status LNG冷能利用技术国内外LNG冷能利用技术现状国家利用方式详细信息其他日本深冷发电空气分离液体CO2及干冰冷冻冷藏库深冷发电(15台低温朗肯循环独立发电装置)冷能空分(7台,处理能力1-2万m3/h)
9、液体CO2及干冰(3台,生产能力100t/d)冷冻冷藏库(1座深度冷冻仓库,3.32万t)目前世界上 LNG 冷能利用率最高的国家,约有 50%的 LNG 冷能被利用,其LNG 冷能主要用于发电、空气分离、干冰及低温冷库等领域韩国空气分离食品冷冻冷藏空分为主冷能利用率不到20%印度发电利用LNG冷能来提高大型燃气轮机输出功率主要方式是低温发电中国空气分离轻烃回收低温粉碎冷能空分(5套)轻烃回收(1套)低温粉碎(1套)总体冷能利用率偏低LNG冷能的应用LNG冷能四级回收利用系统-60:低温速冻库-35:低温冷冻库-18:高温冷冻库Natural cooling energy自然冷能利用技术60%
10、85%35%70%60%90%30%85%我国冬季北方地区气温寒冷,具有理想的自然冷源,可以采用自然冷能进行果蔬冷。通过引入单相介质的方法(如采用室外新风、冷水)或引入两相介质的方法(如热管技术)利用室外冷源可以显著降低能耗。我国可利用自然冷源分布(空间差)夏季夏季冬季冬季(时间差)水源热泵(区域差)自然冷能的应用自然冷能利用技术受限于天气、地理等区域条件限制,在冷链物流方面很少应用。相变材料蓄冷箱相变材料蓄冷箱太阳能蓄冷箱太阳能蓄冷箱智能智能蓄冷箱蓄冷箱已经在冷链物流、生物制品运输等领域得到了广泛应用。被广泛应用于无电区的冷藏、冷冻运输以及紧急救援等领域国内外研究者对智能蓄冷箱的控制系统进行
11、了改进和升级,使其具有更高的精准度和稳定性,可以更好地满足不同场景下的需求。蓄 冷 箱节能技术现状冷 藏 车电动冷藏车太阳能驱动冷藏车氢燃料电池冷藏车节能技术现状传统的制冷剂,如氟利昂等氯氟烃类物质,不仅会对臭氧层造成损害,还会对大气层产生温室效应,从而加剧全球气候变化.01环保制冷剂的使用可以使制冷系统的能效提高30%至50%左右,这将显著降低碳排放。02全球研究人员正在不断探索低碳环保相变材料在冷链领域应用领域和制备方法,以减少对环境的影响,并提高能源效率03在冷链物流中所运用的蓄冷材料多种多样,其发展方向倾向于用环保的制冷剂。环保制冷剂环保制冷剂替代 目前,除了右表中的替代的环保制冷剂,
12、还有R417A、R407C、R410A、R507、R508A、R152a、R508B等环保制冷剂。冷链环节冷链环节冷加工冷加工冷冻冷藏冷冻冷藏冷藏运输冷藏运输冷藏销售冷藏销售果蔬冷却冷却冷冻(速冻)主要在用制冷剂R22R404AR507AR22R404AR507AR717R22R404AR507AR717HFCs/R744R717/R744R22R404AR507AR717HFCs/R744R717/R744R134aR404AR22R134aR600aR290R744替代制冷剂R717R744R717/R744R717/R744R717R744R717/R744HFOsHCsR744HFOs
13、HCsR74403我 们 的 工 作主要工作内容1新型蓄冷材料234多温区冷藏车“最后一公里”系列蓄冷箱生物质能移动式预冷装置 01.基于网状分子链的多孔结构纳米凝胶定型相变材料制备方法02.多种阴离子间互相抑制与缓蚀剂结合控制腐蚀的新方法新型蓄冷材料制备方法研制的复合相变蓄冷材料:材料型号材料型号相变温度相变温度()相变焓相变焓(kJ/kg)PCM-77130PCM-66.2146PCM-43.7140PCM-21.6126PCM-00.2353PCM-B1-1.2340PCM-B2-2283PCM-B4-4.3265PCM-B6-6275PCM-B16-16.5304PCM-B18-18.
14、5260PCM-B19-19277.3PCM-B20-20.1256PCM-B21-21.3236PCM-B22-21.6275PCM-B23-23.2238PCM-B24-24.5263PCM-B28-28260.8 通过采用改良添加剂、优化基液等手段,攻克了易腐、温控差等难题120 天的特效缓蚀实验失重百分比由传统相变材料的 0.75%降低到 0.11%。新型蓄冷材料防腐已经在冷链行业获得应用,可满足冷链物流中冷藏、冷冻、已经在冷链行业获得应用,可满足冷链物流中冷藏、冷冻、深冷等不同应用场景的使用需求,且已深冷等不同应用场景的使用需求,且已在所在所研究冷链物流运研究冷链物流运输箱及冷链装备
15、上使用输箱及冷链装备上使用。蓄冷材料应用多温区果蔬保质冷藏运输装备研究背景:随着各地乡村振兴计划的实施及用户端的多样化需求,“一箱多物”和“中途周转”的情况也越来越多,这对冷链箱的灵活性及食品的保鲜储存提出了更高要求。多温区蓄冷保温箱的实验研究上海海事大学上海海事大学多温区冷藏设备尺寸及温区冷藏运输装备的外部尺寸为冷藏运输装备的外部尺寸为3m3m2.2m2.2m2.5m2.5m,分,分为常温、为常温、0-40-4和和7-137-13三个温区,能够达到节能三个温区,能够达到节能保温,实现不同类型果蔬分别控温保鲜运输的效保温,实现不同类型果蔬分别控温保鲜运输的效果果。0 01 1.保温材料VIPV
16、IP板板+聚氨酯发泡保温板聚氨酯发泡保温板0202通过蓄冷板中相变材料潜热逐步释放,温区一在0-4温度区间维持为20小时,多温区二温度区间在7-13上的温度区间维持为18小时.冷藏箱路试:静态空载测试 0-4温区室测点温度 7-13温区室测点温度 通过蓄冷板中相变材料潜热逐步释放,温区一:0-4温度区间在安全温度区间维持19小时;多温区二:温度区间在7-13温度区间维持为20小时。冷藏箱路试:动态载货测试 0-4温区室测点温度 7-13温区室测点温度 1可拆卸式疫苗冷链运输装备Detachable考虑实际应用中运输往返途中保温箱的运输成本,设计了一种可拆卸并可以重复使用的冷藏设备。该保温箱可应
17、用于单一冷藏温度的多种物品的长短途储存和运输,如冷冻食品、外卖快餐、水果、海鲜水产、药剂、肉类、医药等。“最后一公里”系列Detachable可拆卸式冷藏箱可拆卸可拆卸蓄冷保温箱蓄冷保温箱 拆卸后的蓄冷保温箱拆卸后的蓄冷保温箱可拆卸蓄冷保温箱蓄冷板可拆卸蓄冷保温箱蓄冷板分布图分布图.外部尺寸为435mm480mmm555mm,内部尺寸为310mm365mm325mm,维护结构的保温材料主要为聚氨酯,内外表面均有厚度为0.1mm的铝箔纸。实验结果对比分析后,发现可拆卸蓄冷保温箱拆卸后比普通蓄冷保温箱节省41.11%的空间,空载的可拆卸蓄冷保温箱比普通蓄冷保温箱保温时间减少12.59%,但在载货后
18、,仅减少8.77%,说明本设计有一定的使用价值。.可拆卸蓄冷保温箱载货温度分布蓄冷保温箱空载温度分布可拆卸蓄冷保温箱空载温度分布蓄冷保温箱载货温度分布2可折叠式疫苗冷链运输装备设计了一种可折叠、可分温区的冷链运输装备。“最后一公里”系列设计折叠/展开仅需6步,一体式折叠,操作简单。保温箱有效容积大于16L,VIP隔离板可将其分隔为两个温区突出优势可一体式折叠,操作极其简便,在保证高效的保温效果的前提下,有效地解决了空箱储运的高成本问题,降低了物流运作成本。使用真空绝热板起到主体保温的作用.使用聚氨酯发挥主体保温以及保护成型的作用其他配件包括合页、钢琴合页、搭扣、螺钉、铆钉、密封条等.33214
19、制作利用塑钢作为箱体的外壳可折叠结构,并起到保护的作用.实验结果对比分析后,发现可折叠蓄冷保温箱的保温性能略优于市场上常见的VIP拼装蓄冷保温箱,空载时的保温时间延长了20.4%,载货时 的 保 温 时 间 延 长 了35.36%。可折叠VIP箱载货温度分布VIP拼装箱空载温度分布可折叠VIP箱空载温度分布VIP拼装箱载货温度分布v体积减小了44.38%空箱个数为100个时,运输成本节约了42.83%箱内相变保冷时间延长了20.4%承重、使用功能、使用要求、使用寿命、外观等,均优于普通的VIP拼装箱体加工成本费降低了33.33%经济实用性对比(可折叠VS普通)3物联网灭活疫苗冷链运输装备装备的
20、保温结构采用真空绝热板与聚氨酯发泡材料复合的方式。可随时通过手机、电脑等电子设备监控箱内的温湿度、箱体的运行轨迹等。GPS精准定位,对于物流运输及跟踪起着重要作用。“最后一公里”系列蓄冷盒包括空心板状结构的壳体,壳体内部的空间容纳有蓄冷剂,使得疫苗和相变材料能够直接接触,保证物品之间更加均匀的释放和传输冷量。疫苗运输用蓄冷盒设计实验结果对比分析后,发现物联网蓄冷保温箱的保温性能优于市场上常见的VIP蓄冷保温箱,空载时的保温时间延长了50.83%,载货时的保温时间延长了52.93%。物联网VIP箱载货温度分布普通VIP箱空载温度分布物联网VIP箱空载温度分布普通VIP箱载货温度分布利用田间生物质
21、能的移动式蓄冷预冷装置的设计,对冷链物流环节的田间预冷方式提供了一种新方向,有利于节能减排以及“碳中和”等目标的实现,对于相变材料在田间预冷以及生物质能在制冷上的应用起到了一定的推广意义。利用利用田间生物质能的田间生物质能的移动式移动式蓄蓄冷预冷装置冷预冷装置生物质燃料的性质是优质的可再生清洁资源吸附式制冷原理加热水使制冷工质在吸附床脱附利用蓄冷装置进行冷量储存,解决秸秆等生物质能燃烧时间差和空间差。预冷蓄冷装置流程图使用生物质能(秸秆)燃烧蓄冷后对果蔬进行田间预冷,相较于传统制冷预冷,有着更加便捷快速,解决因为地理位置、位置不便等因素造成的果蔬预冷不及时出现的矛盾现象。解决问题04总 结 展 望1423开发的材料朝着更环保、性能更优良的方向发展,如相变材料的发展方向:低碳、高潜热、适宜相变温度等;冷藏车和蓄冷箱朝着更加便捷、更节能、性能更优良,寿命更长、更环保等方向发展;冷链物流中各环节的蓄冷技术朝着更节能、更好地实现温控等方向发展,如预冷和冷库制冷时稳定负荷或利用移峰填谷减少能源消耗;推广应用环保制冷剂。双碳背景下冷链物流的未来发展方向:5冷链物流使用智能控制降低冷量浪费,综合制冷系统容量调节、均匀供冷末端设备、气流组织优化等技术,实现精准的贮运环境参数及其波动控制可以有效减少易腐食品腐损。Thank you!