PDF《碳排放及燃煤约束下的电源规划及其效益评价》

7 4 第4 0卷第1 1期2016年6月1 0日Vol.40N o .

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1 力曲线, 校验系统的调峰约束, 由此可以在规划中计 及碳捕集电厂的调峰特性.结合国内典型的地区电 力系统, 应用所建立的模型开展了不同碳排放总量 约束、 可再生能源发展场景及煤炭供应约束下电源 扩展方案的优化分析, 分析结论可为电源环节的低 碳发展提供借鉴与参考.

1 碳捕集电厂的运行特性 1.

1 碳捕集电厂的基准运行 碳捕集电厂是在常规发电设备的基础上增加了 碳捕集系统.按照实施流程的不同, 碳捕集系统主 要可分: 燃烧后捕集、 燃烧前捕集与富氧燃烧.其中, 燃烧后捕集是目前技术成熟度最高的技术, 本文 以燃烧后捕集方式为例进行分析. 燃烧后碳捕集是指从火力发电厂的尾气中分离 与捕集二氧化碳, 该种捕集方式的原理简单, 捕集之 前的发电流程与常规电厂一致, 因此能够利用现有 成熟的火电技术, 并实现对已有火电厂的碳捕集改 造.燃烧后碳捕集的主要流程包括二氧化 碳的吸 收、 分解、 压缩, 捕集出的二氧化碳则通过管道、 车辆 等方式输送至下级利用或封存地点.燃烧后碳捕集 的过程需要消耗大量的能量, 主要包括如下两个方 面: 一是从发电过程中直接抽取的热能, 用于加热二 氧化碳吸收溶剂以实现二氧化碳的分解, 实现吸收 溶剂的循环利用;

二是为实现碳捕集系统的正常运 行所必需的电能, 用于维持二氧化碳吸收溶剂的循 环流动及分解出二氧化碳的压缩等. 碳捕集电厂的能量流如图1所示. 图1 燃烧后碳捕集电厂能量流示意图 F i g .

1 E n e r g y f l o wc h a r t o f c a r b o nc a p t u r ea n d s t o r a g e( C C S ) p o w e rp l a n t 输入的化学能按照一定的转换效率通过发电循 环输出电能, 定义为 等效输出功率 , 在扣除 捕集 能量 之后, 剩余部分才是电厂对外实际出力, 定义 为 净输出功率 .碳捕集能耗的存在使得碳捕集电 厂在消耗等量燃料时的净发电出力小于常规机组. 现有碳捕集电厂的运行数据表明, 在碳捕集电厂与 发电机组的运行水平完全对应的基准运行状态下, 碳捕集系统所消耗的能量可达发电机组总输入能量 的1 / 5~1 / 3.同时, 在基准运行状态下, 碳捕集系 统可以捕集尾气中的大部分二氧化碳, 捕集率主要 取决于溶剂对二氧化碳的吸收率, 典型值在8 5%~

9 5%之间.在电厂中引入碳捕集技术, 可以减少常 规火电机组的8 0%~9 0%的碳排放. 考虑到国内以煤炭为主的能源结构, 碳捕集电 厂成为国内电力生产低碳化的重要技术选项.然而 必须意识到, 碳捕集电厂低碳电能的产生是以更多 的能源消耗为代价的.为供应固定的负荷, 碳捕集 电厂将比常规电厂消耗更多的化石燃料.针对某一 区域的燃煤火电机组, 若对其中比例为γ 的燃煤火 电机组进行碳捕集改造, 则为满足固定的负荷, 不同 γ 取值下系统煤炭需求总量及碳排放 量的变化如图2所示.图中, α 为基准运行状态下碳捕集系统 能耗占发电机组总输入能量的比例, β 为碳捕集系 统对二氧化碳的捕集率. 图2 不同碳捕集电厂比例下系统煤耗及 碳排放量的变化 F i g .

2 V a r i a t i o no f c o a l c o n s u m p t i o na n dc a r b o n e m i s s i o nu n d e rd i f f e r e n tC C Sp e n e t r a t i o n l e v e l s 从图2可见, 碳捕集技术的推广使用虽然可以 有效减少火电的碳排放, 但会造成化石能源的额外 消耗, 可能进一步加剧能源供应危机.在电源规划, 尤其是长期电力系统碳减排计划的制订中, 需要结 合碳排放的控制目标、 化石燃料的短期供应条件及 长期开采战略等合理安排各类技术的发展及实施. 1.