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    關于中國特色的低能耗、低成本、高效益 “碳達峰、碳中和”火電技術的探索

    2021-07-09

           一、背景

           總書記宣布二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。目前我國因能源消耗產生的碳排放約97億噸/年,其中煤炭產生的碳排放量占78%,而煤炭產生的碳排放約52%來自火力發電,為達到“碳達峰、碳中和”,探索一條將化石能源發電轉化為零碳排放電力的道路,是目前能源領域的重要課題之一。

     

     

           二、火電行業發展方向

           (1)火力發電行業碳排放占比世界平均值的41%,中國的52%左右,為達到“碳達峰、碳中和”須將化石能源發電轉化為綠色電力或者是零碳電力;

           (2)提高火力發電機組靈活性,使火力發電廠作為深度調峰電廠,充分消納可再生能源電力,從而大力發展風能、太陽能、水能等新能源電力;

           (3)“十四五”期間要構建一批各具特色、優勢互補、結構合理的戰略性新興產業增長引擎,培育新技術、新產品、新業態、新模式,多行業協同發展;實現能源領域關鍵技術跨越式發展,面向重大共性關鍵技術、煤炭清潔高效利用與新型節能技術等方面研究;

           (4)立足國情,實現碳達峰、碳中和目標,加快推進能源生產清潔替代和能源消費電能替代(“兩個替代”),打造清潔低碳、安全高效的現代能源體系,通過能源零碳革命帶領全社會加速脫碳,實現能源電力發展與碳脫鉤、經濟社會發展與碳排放脫鉤(“雙脫鉤”),開辟一條速度快、成本低、效益高的中國碳中和之路。

           為此,我司研發的煤炭高效熱解制清潔能源富氧燃燒零碳排放發電技術,實現了火力發電零碳排放,實現了“能源生產清潔替代、能源電力發展與碳脫鉤”,符合國家能源發展方案,為碳達峰、碳中和目標實現打下基礎。

     

     

           三、煤炭高效熱解制清潔能源富氧燃燒零碳排放發電技術

           結合目前的背景以及對火力發電發展方向,現提出煤炭高效熱解制清潔能源富氧燃燒零碳排放發電技術,力爭經濟性地使火力發電達到零碳排放。

     

           其技術機理如下:

           煤炭高效熱解制清潔能源富氧燃燒零碳排放發電技術,是基于富氧燃燒節能減排耦合煤炭分級分質高效利用綜合生態產業鏈技術原理及工藝,原煤成型后,先低溫無氧干餾得到高溫清潔型焦、干餾煤氣和煤焦油,再將高溫清潔型焦作為氣化原料與蒸汽反應得到水煤氣,最終產出混合煤氣(干餾煤氣+水煤氣),然后利用純氧與循環煙氣形成的混合氣體替代原有空氣供混合煤氣燃燒,結合IGCC板塊進行發電。

           混合煤氣主要由氫氣和一氧化碳組成(分別占比50%),其中氫氣燃燒無碳排放,一氧化碳在純氧與循環煙氣的混合氣體中燃燒產生高濃度二氧化碳(濃度95%以上),二氧化碳再與高溫清潔型焦反應得到CO,從而轉化發電板塊產生的CO2,實現火電零碳排放,同時產出CO工業化工母料(制甲醇等),并促進火電行業提前實現“碳達峰、碳中和”,實現電力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清潔生產、能源產品與碳脫鉤。

     

     

           四、降碳效果

           直接利用混合煤氣(干餾煤氣+水煤氣)替代火電廠原煤燃燒,混合煤氣主要成分為CO、H2,結合富氧燃燒技術,利用純氧與循環煙氣混合氣體替代原有空氣供混合煤氣燃燒。其中氫氣燃燒無碳排放,一氧化碳在純氧與循環煙氣混合氣體中燃燒產生高濃度(98%以上),二氧化碳再與高溫清潔型焦反應得到CO,從而消納發電板塊產生的CO2,實現電力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清潔生產、能源產品與碳脫鉤。

     

     

           五、傳統火力發電模式與零碳發電模式對比

     

           1.傳統火力發電模式

           以某電廠2×600MW機組為例,發電效率為40%,其使用4800kcal/kg熱值的燃煤,則發電總燃煤消耗量為540t/h,轉化為標煤發電量為308.57g/kw.h,按火力發電標煤耗小于等于310g/kw.h不產生碳稅計,除去燃料費和運行維護費用之后,電廠效益極低。

           2.煤炭高效熱解制清潔能源富氧燃燒零碳排放發電模式

           以煤炭高效熱解制水煤氣結合IGCC零碳發電,發電效率為60%,達到傳統火力發電2×600MW機組相同發電能力,除正常發電收益外,還有副產品煤焦油;而純氧與循環煙氣形成的混合氣體替代原有空氣燃燒產生的高濃度二氧化碳可進一步與高溫清潔型焦反應得到CO,該技術可大幅度降低IGCC的生產成本、運行成本,以及零碳排放的清潔電力必將較大限度發電上網,碳稅可用于交易,實現電力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清潔生產、能源產品與碳脫鉤。

     

     

    六、小結

           煤炭高效熱解制清潔能源富氧燃燒零碳排放發電技術,以儲量大、價格低的低階粉煤為基礎原料,通過富氧燃燒節能減排耦合煤炭分級分質高效利用綜合生態產業鏈技術制取清潔能源——干餾煤氣+水煤氣,結合IGCC系統以混合煤氣(干餾煤氣+水煤氣)為燃料,以利用純氧與循環煙氣形成的混合氣體替代原有空氣供混合煤氣燃燒進行零碳發電,真做到低成本、零碳排放的清潔發電,實現電力、煤焦油、一氧化碳母料等能源清潔生產、能源產品與碳脫鉤。

           整個項目除正常發電收益外,還有副產品煤焦油,而純氧與循環煙氣形成的混合氣體替代原有空氣燃燒產生的高濃度二氧化碳可進一步與高溫清潔型焦反應得到CO銷售、碳稅交易等的收益,還可以大幅度降低IGCC的生產成本、運行成本,若大規模推廣應用可促進火電行業提前實現“碳達峰、碳中和”,是化石能源發電轉化為零碳排放電力的重要技術路徑之一,對我國應對氣候變化、推進生態文明建設、建立以綠色發展為價值帶領和增長動力的現代經濟體系,實現經濟社會發展與生態環境保護協同,建設美麗中國具有重要意義。

     

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