解讀｜雙碳目標(biāo)下我國能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景和關(guān)鍵技術(shù)

 

“雙碳”目標(biāo)下，我國能源電力系統(tǒng)清潔低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨，如何科學(xué)推進(jìn)傳統(tǒng)煤電升級改造及有序退出、同時(shí)促進(jìn)新能源消納成為能源轉(zhuǎn)型路徑規(guī)劃和相關(guān)戰(zhàn)略制定的重要議題。我們提出一種融合火電機(jī)組碳捕集、燃煤機(jī)組混燒生物質(zhì)、可再生能源電解水制氫、甲烷/甲醇合成等技術(shù)的設(shè)想——綜合能源生產(chǎn)單元（以下簡稱“IEPU”），期望能作為火電低碳/無碳轉(zhuǎn)型路徑方案的一種選擇。

 

IEPU基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其基本工作方式為：白天利用低成本的光伏發(fā)電制取綠氫，夜間利用低谷時(shí)段電網(wǎng)供電或火電機(jī)組發(fā)電，利于電解制氫系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定工作，產(chǎn)出的氫氣與煤電機(jī)組捕集的碳進(jìn)一步合成生產(chǎn)甲烷/甲醇等綠色燃料或化工產(chǎn)品。

 

與此同時(shí)，IEPU也可有不同類型的結(jié)構(gòu)方案：IEPU所需的碳可由火電廠碳捕集，未來也可從空氣中捕集；IEPU可由風(fēng)光發(fā)電與電解水制氫裝置、水電廠與電解水制氫裝置組成，生產(chǎn)的綠氫與空氣中氮?dú)怦詈现瓢?；IEPU可由燃?xì)怆姀S與風(fēng)光發(fā)電及電解水制氫、儲氫耦合組成，未來燃?xì)怆姀S的燃料將由綠氫提供，成為應(yīng)對長周期能源不平衡的綠色重要措施。IEPU本身可以是實(shí)體的也可以是虛擬的。

 

IEPU將電解制氫、可再生能源發(fā)電、甲醇/甲烷/氨合成、二氧化碳捕集等設(shè)備集成為一體，具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一是以電解制氫裝置作為可控負(fù)荷，通過與火電、水電等可調(diào)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，在單元內(nèi)部各子系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)互動，成為具有高靈活性的虛擬發(fā)電單元，為高比例新能源電力系統(tǒng)應(yīng)對長周期能源供需不平衡提供靈活性支撐；二是通過二氧化碳直接與氫氣合成，生產(chǎn)甲烷、甲醇等便于存儲、運(yùn)輸?shù)木G色燃料或作為重要化工原料產(chǎn)品，一方面可規(guī)避大規(guī)模二氧化碳捕集后壓縮及封存的高額成本投入，另一方面借助合理可行的產(chǎn)品收益模式，有利于火電企業(yè)推廣應(yīng)用二氧化碳捕集與利用技術(shù)，在促進(jìn)火電行業(yè)碳減排及轉(zhuǎn)型發(fā)展的同時(shí)，所生產(chǎn)的氫氣本身及與二氧化碳、氮?dú)夂铣缮傻木G色燃料化工原料產(chǎn)品，也可為能源相關(guān)領(lǐng)域化石燃料和原料替代提供一定的來源補(bǔ)充。

 

綜合能源生產(chǎn)單元解決方案與數(shù)字化智能化技術(shù)相結(jié)合，可構(gòu)成未來能源供應(yīng)側(cè)的智慧型基本單元，與預(yù)想的能源消費(fèi)側(cè)智慧型基本單元一起，組成未來新型電力系統(tǒng)能源生產(chǎn)消費(fèi)的基礎(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，可能對電網(wǎng)的儲能需求、靈活性供應(yīng)及調(diào)控模式產(chǎn)生重要影響。該發(fā)展模式的實(shí)現(xiàn)將會促進(jìn)能源領(lǐng)域不同行業(yè)之間的融合，對此需要體制機(jī)制的突破和創(chuàng)新。（作者系中國科學(xué)院院士）