以大气中CO2浓度升高为主而导致全球变暖的气候危机已经引起了各国的共同关注,作为世界上最大的碳排放国家,中国在应对全球气候变化危机的过程中承担着重要的任务。电力行业是推动我国经济和社会发展的重要产业,作为我国碳排放的主要来源之一,电力系统低碳转型关系到我国碳中和目标实现的总体进程。我国拥有世界上最多且最年轻的存量煤电机组,虽然风光等可再生能源发电发展迅速,但煤电仍是当前甚至未来很长一段时间的主要电力来源。电力系统低碳转型不能以牺牲经济与安全为代价,如何在减少碳排放的同时保障系统的安全稳定是我国电力系统低碳转型的关键。碳捕集、利用与封存技术(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)是现阶段唯一能实现化石能源大规模低碳利用的技术手段,会是我国电力系统低碳转型及实现碳中和目标的关键技术。煤电是我国最主要的碳排放来源,因此有必要对电力转型中的煤电CCUS改造进行研究与分析。本文在梳理国内外对CCUS的应用潜力、成本分析及部署规划等方面的研究的基础上,结合我国煤电CCUS改造的实际情况,从机组属性、机组运行、CCUS适应性三个方面构建了煤电CCUS改造适宜性评价指标体系,并结合层次分析法(AHP)和熵权法对我国煤电机组CCUS改造适宜性展开综合评价和分析我国煤电机组CCUS改造潜力。进一步,在已有的综合评价结果的基础上筛选出一定规模的适宜CCUS改造的煤电机组,进行源汇匹配计算与分析。研究发现,影响煤电机组CCUS改造适宜性的主要因素包括机组装机容量、CO2捕集成本、可捕集的CO2量及合理范围内的CO2封存潜力。我国有743.1GW的煤电机组适宜进行CCUS改造,华北地区、西北地区及华东地区的改造潜力较大。同时在2℃目标约束下,我国需要对以内蒙古、山东、新疆等地区为主的185.2GW的煤电机组进行CCUS改造,CO2减排总成本为33642.3亿元。此外,本文还发现CO2捕集成本对煤电CCUS减排成本的影响最大,而CO2强化采油的收益对缓解煤电CCUS改造经济压力的作用有限,未来还需加快研发新一代的低成本的碳捕集技术,并辅以一定的碳市场机制和电力市场机制,以此来减轻煤电CCUS改造的经济负担。
近年来,全球环境问题日益严重,化石能源逐渐枯竭,传统的能源行业结构简单,难以满足低碳可持续的发展需求。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)耦合电、热、气网,实现了电、热、气及可再生能源间的多源互补与梯级利用,运行方式...
详细信息
近年来,全球环境问题日益严重,化石能源逐渐枯竭,传统的能源行业结构简单,难以满足低碳可持续的发展需求。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)耦合电、热、气网,实现了电、热、气及可再生能源间的多源互补与梯级利用,运行方式灵活,是实现能源系统低碳经济运行的重要途径和主要抓手。作为新兴的技术组合,含碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)和电转气(Power-to-Gas,P2G)的IES可以在提高系统运行经济性及低碳性的同时增加清洁能源的消纳,形成碳循环链和能源梯级利用模式,有助于实现化石能源和新能源的协同利用,是推动能源转型、促进能源体制改革的重要载体。鉴于此,针对IES的低碳经济运行需求,立足于能源高效利用问题,从低碳技术和市场机制两个层面出发,对含CCUS和P2G的IES展开研究。主要内容如下:(1)建立了热电联供机组(Combined Heat and Power,CHP)、微型燃气轮机(Microturbine,MT)、电制冷机、风光机组等设备的数学模型,详细阐述了各设备的运行特性及工作原理,为后续研究IES的低碳经济调度奠定了基础。(2)针对可再生能源消纳问题,提出了一种含两段式P2G的IES低碳经济调度方法。首先,构建了两段式P2G数学模型,通过电解槽、甲烷转化装置及氢燃料电池替换传统的P2G,将P2G的运行过程细化为电制氢和甲烷化两个阶段,精准反应了P2G的运行工况;其次,引入碳交易机制,约束系统的碳排放;接着,以系统运行经济性及低碳性最优为目标函数,建立了IES优化调度模型;最后,通过设置不同运行情景,分析了两段式P2G及碳交易机制对系统运行结果的影响。(3)为深入挖掘IES的低碳调节潜力,解耦CHP机组在运行过程中的热电特性,提出了一种含CCUS-P2G-CHP耦合的IES低碳经济调度方法。首先,深入分析了CCUS的系统架构及运作原理;其次,基于CHP和两段式P2G数学模型,搭建了CCUS-P2G-CHP联合运行模式,研究该模式下CHP机组的运行特性;接着,引入阶梯式碳交易机制,分析了阶梯式碳交易机制各参数灵敏性对系统总运行成本及碳排放量的影响;最后,对含CCUS-P2G-CHP耦合的IES运行结果进行多情景仿真分析,验证了所提模型的有效性和优越性。
暂无评论