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《西北大学》 2018年
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CCS项目中CO_2泄露风险的无人机遥感监测响应研究

滕腾  
【摘要】:近年来,由化石燃料燃烧产生的温室气体(Greenhouse Gas,GHG)大量排放,加剧了温室效应,从而引发了相关的生态环境问题,也引起了社会广泛关注。其中CO_2是所有温室气体中最受关注的物质,控制并减少大气中的CO_2是缓解温室效应的重要手段。二氧化碳的捕集与封存技术(Carbon Capture and Storage,CCS)被认为是唯一能在工业尺度上大规模削减CO_2排放量的技术体系,但由于CCS可能会发生CO_2泄漏事故,故CO_2的泄漏风险监测是CCS中必不可少的部分。无人机遥感监测技术凭借其立体监测、响应速度快、监测范围广、地形干扰小等优点,已经在环境监测领域得到广泛应用,利用其监测CCS项目中的CO_2风险泄露成为CO_2监测的前沿领域。本文以CO_2梯度释放实验为基础,研究其沉降聚集效应;通过CO_2泄漏模拟实验,将实验场环境背景值、飞行监测数据和理论模拟数据进行整合分析,探讨无人机遥感监测系统对实验条件下释放的CO_2的响应效果,并以此为基础对无人机遥感监测系统在工业尺度下CCS泄漏风险事故中的应用进行分析。主要研究结论如下:(1)CO_2梯度释放实验表明,CO_2在较稳定的环境中会发生明显的沉降,其沉降聚集量占总释放量的30%-67%。(2)无人机飞行监测实验表明,在CO_2以30g/s的速率稳定释放的条件下,以环境背景值作为参考,无人机遥感监测系统在距离泄漏源下风向10m高度为9.20 m的位置监测到到高于环境背景值三个标准差的CO_2浓度,其响应监测浓度为502 ppm,在整个飞行监测实验过程中响应到的最高浓度为746 ppm,响应到的平均浓度为570 ppm。(3)实验条件下基于高斯模型的理论模拟研究,在对泄漏后的CO_2扩散进行分析后,依据CO_2扩散的自身特征,采用高斯模型分析其在区域内的扩散浓度。理论模拟结果表明,无人机遥感监测系统第一次响应到异常值时的理论扩散浓度为40 ppm,误差分析结果为0.98,响应到的最高监测浓度处的理论浓度为690 ppm,误差分析结果为0.24。(4)考虑到在靖边CCS项目中发生的泄漏事故的可能情况和当地气象条件,通过模拟计算发现无人机遥感监测系统在以100m作为飞行监测高度,100 ppm作为理论响应浓度时能够响应到的最远距离为距离泄漏源500 m(不考虑侧风向)的位置,响应的理论浓度为109 ppm;在考虑到水平方向的扩散效应,无人机遥感监测系统的能监测到的有效空间场至少为400 mX 100 mX 100 m,响应到的理论浓度为112 ppm。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X701;X87

【参考文献】
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