解讀｜雙碳目標下我國能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景和關鍵技術

 

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

 

IEPU基本結構如圖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，夜間利用低谷時段電網(wǎng)供電或火電機組發(fā)電，利于電解制氫系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定工作，產(chǎn)出的氫氣與煤電機組捕集的碳進一步合成生產(chǎn)甲烷/甲醇等綠色燃料或化工產(chǎn)品。

 

與此同時，IEPU也可有不同類型的結構方案：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)的綠氫與空氣中氮氣耦合制氨；IEPU可由燃氣電廠與風光發(fā)電及電解水制氫、儲氫耦合組成，未來燃氣電廠的燃料將由綠氫提供，成為應對長周期能源不平衡的綠色重要措施。IEPU本身可以是實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、二氧化碳捕集等設備集成為一體，具有以下兩個方面的優(yōu)點：一是以電解制氫裝置作為可控負荷，通過與火電、水電等可調機組聯(lián)合運行，在單元內部各子系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化的同時，實現(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)推廣應用二氧化碳捕集與利用技術，在促進火電行業(yè)碳減排及轉型發(fā)展的同時，所生產(chǎn)的氫氣本身及與二氧化碳、氮氣合成生成的綠色燃料化工原料產(chǎn)品，也可為能源相關領域化石燃料和原料替代提供一定的來源補充。

 

綜合能源生產(chǎn)單元解決方案與數(shù)字化智能化技術相結合，可構成未來能源供應側的智慧型基本單元，與預想的能源消費側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)消費的基礎單元結構，可能對電網(wǎng)的儲能需求、靈活性供應及調控模式產(chǎn)生重要影響。該發(fā)展模式的實現(xiàn)將會促進能源領域不同行業(yè)之間的融合，對此需要體制機制的突破和創(chuàng)新。（作者系中國科學院院士）