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《洁净煤技术》“光煤互补”虚拟专题

来源：洁净煤技术

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行业视野: 新能源
类别; 109个
关键词; 97位
专家; 23篇
论文; 18597IP
点击量; 10470次
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太阳能甲烷重整制氢研究进展　

作者(Author)：王彬, 郭轲, 邵煜, 孙萌竹, 郝勇, 刘明恺

摘要：氢能是零碳、高密度的能量载体,目前主要来自天然气、煤炭等化石能源。随着“双碳”战略的深入推进和能源低碳转型的加速,可持续氢能的重要性日益凸显,但现有主要制氢技术与能源重大需求之间的错位也日益突出。单一太阳能制氢受到成本、技术成熟度、基础设施等多方面因素制约,短期内尚无法大规模替代化石能源制氢。基于甲烷重整反应的强吸热特性,太阳能驱动的甲烷重整可吸收最高相当于甲烷高位热值23%的太阳热能,并以化学能的形式实现太阳能储存和利用,达到同时提升氢能中太阳能占比与降低制氢碳排放的有益效果。因此,太阳能驱动天然气重整制氢技术有望在近中期发挥重要作用。传统甲烷重整与太阳能聚光集热技术的简单结合,仍需800~1000℃的反应温度与1000以上的高聚光比,不仅导致高辐射热损失和对流热损失,而且难以解决传统重整制氢系统复杂、碳排放高等关键技术挑战。在LeChatelier原理基础上,通过产物吸收强化降低重整反应温度,有望突破与太阳能聚光技术结合的瓶颈。进一步,通过突破甲烷转化源头制氢与脱碳的协同,有望解决传统重整制氢的高温、高能耗、高碳排放挑战。从热力学和动力学双视角综述了太阳能甲烷重整制氢与脱碳的研究进展,并从聚光集热技术、重整反应器和制氢系统三方面分析阐述了当前太阳能甲烷重整制氢技术的发展趋势。具体分析了反应温度高、聚光不可逆损失大、能耗高等问题的原因,并从反应流程设计角度重点关注可同时降低温度、提高产物选择性、促进碳氢组分协同转化的新原理、新方法。其中,通过吸附剂、膜分离等方式分离单一产物可将反应温度降至500~600℃;通过交替分离2种或以上目标产物,可将反应温度进一步降低至400℃或以下,在槽式聚光、等温、常压条件下实现甲烷向H2与CO2的近100%转化与近100%产物选择性,同时实现反应温度、制氢脱碳能耗的大幅下降以及制氢装置的大幅简化和高度集成。在大力发展可再生能源、促进能源低碳转型的新形势下,甲烷重整作为一种传统制氢技术,通过热力学思路、流程设计与制氢方法的创新,有望实现与太阳能光热技术的深入结合,并为近中期可持续氢能技术的突破开辟更加广阔的未来。

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2024年第09期

1045

299
考虑可再生能源不确定性的风光火储联合调度优化

作者(Author)：宋祉慧, 田军见, 倪战士, 林其钊

摘要：风光火储联合调度是助力火电行业实现“双碳”目标的重要路径之一。为应对可再生能源出力不确定性对电力系统的影响,以实现总运行成本最小为优化目标,构建风、光出力不确定参数合集,建立两阶段鲁棒优化模型对风光火储联合系统进行调度优化。将不确定性优化问题解耦成包含确定性参数的第1阶段以及涉及不确定性变量的第2阶段。其中,第1阶段基于可再生能源出力预测值,求解火电机组启停状态和储能设备充放电状态,第2阶段作为灵活调控阶段,求解扰动发生后最恶劣场景下各设备的输出功率,并采用列约束生成算法结合算例进行计算。结果表明,该模型通过合理弃能和储能调峰可有效平抑火电机组净负荷波动,缓解机组调峰压力。相比确定性优化模型,该不确定性优化模型求解所得运行成本增加,表明考虑可再生能源不确定性的鲁棒优化具有更高的保守度,同时,可再生能源出力偏离度越大,其运行成本增幅相比确定性优化越小,有效降低了可再生能源出力偏差对系统经济性的干扰。

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2024年第08期

614

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风光互补发电制氢耦合合成氨系统的配置分析

作者(Author)：龚思琦, 杨洋, 李初福, 白祝洽, 孙浩哲, 张晓方, 许明

摘要：将可再生能源制氢与传统化工过程结合实现电-氢-化耦合,不仅可提高可再生能源的利用消纳,还有利于化工过程的绿色低碳转型。针对电-氢-化耦合系统中存在的可再生能源波动性与化工过程稳定性需求的矛盾,建立了大规模风光互补发电制氢-储氢-合成氨系统的配置模型,基于西北地区典型风光发电曲线研究风光配比、制氢容量、制氢最小负荷和氢气储罐体积等关键参数对系统运行的影响规律,并分析系统的全年运行特性。计算结果表明:当风光配比为8∶3且制氢容量与风光平均输出功率接近时,可在较小储罐体积工况下降低网电补充。制氢最小负荷降低和储罐体积增加有利于降低网电补充,有望实现系统纯绿电运行。当系统参数配置为风光配比8∶3、制氢容量400MW、制氢最小负荷20%和氢气储罐体积100000m3时,全年平均网电补充比例在5%左右。对系统8760h的模拟结果表明,制氢装置的负荷调节可减缓系统受风光发电波动的影响,通过储氢装置的进一步缓冲,可实现合成氨装置在50%~110%负荷的连续运转。

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洁净煤技术

2024年第05期

713

328
太阳能直接驱动CH4和CO2干重整技术进展

作者(Author)：薛耀, 李金昊, 杨志佳, 王若愚, 孟宪光, 林蒙, 赵宇飞

摘要：随着世界经济的快速发展,能源短缺和环境污染已成为关注焦点,化石燃料的快速消耗使得温室效应持续增强,对全球环境和气候造成了严重影响。利用丰富和清洁的太阳能驱动的方式可以快速靶向供热,在温和条件下将2种主要温室气体(CH4/CO2)转化为有价值的合成气,可以大幅降低传统热催化过程所产生的能耗及碳排放。然而,当前太阳能直接驱动干重整制合成气技术距离工业应用仍有一些距离,存在反应分子转化速率低、光能-化学能转化效率低、催化剂易烧结及积碳造成的催化剂失活等问题。针对干重整反应的固有特性以及当前光热研究领域普遍存在的问题,围绕该反应涉及的催化剂制备、载体构筑、反应器及系统搭建与优化,详细介绍了光热干重整反应的研究进展,最后展望了太阳能直接驱动光热催化干重整体系的前景和挑战。

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洁净煤技术

2024年第04期

1002

320
天然气-中温太阳能互补的新型低碳分布式供能系统

作者(Author)：王彬, 郝勇, 郭轲, 邵煜, 蒋琼琼, 洪慧, 金红光

摘要：基于化学链循环的天然气-太阳能互补转化具有低碳、储能及高效等特点。目前甲烷化学链循环典型还原温度为800℃。在450℃中温条件下,现有技术的甲烷转化率均较低,导致热化学蓄能效率和分布式能源系统能效较低。基于产物分离促进反应平衡移动原理,提出将甲烷重整制氢与化学链循环结合的蓄能方法,氢气被载氧体消耗使氢气分压降低,促进甲烷重整反应正向进行,进而提升甲烷转化率。对比了甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法和传统甲烷直接与载氧体发生化学链反应蓄能方法的甲烷转化率。结果表明,450℃下通过多级循环实现甲烷近完全转化。基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法,建立了多能互补分布式供能系统模型,太阳能甲烷热化学源头蓄能将低品位太阳能提升为高品位燃料化学能,实现了源头蓄能与脱碳。储存太阳能的固体燃料氧化产生高温热能,通过透平做功发电,然后通过余热回收装置实现吸收式制冷和供热,从而实现太阳能和化石燃料的高效互补利用。对系统在典型工况下的热力学性能进行分析,结果表明基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法的分布式供能系统太阳能净发电效率达24.90%,系统燃料节省率达43.24%,在节能减排方面具有显著优势。

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洁净煤技术

2024年第02期

560

253
Mo2C/Cu共负载TiO2光催化CO2还原性能

作者(Author)：李扬, 蔚慧健, 靳立军, 杨赫, 李德康, 胡浩权

摘要：光能驱动CO2还原技术有望减少CO2排放并同时提供高价值化学燃料，缓解能源转型带来的压力。发展高活性光催化剂是实现该技术应用的关键，负载贵金属是提高其光催化效率的有效途径，但由于贵金属成本昂贵、储量稀少等原因，限制了其大规模使用。因此，发展贵金属替代品对光催化CO2还原具有重要意义。Mo 2C是一种具有与贵金属相似的电子结构的过渡金属碳化物，采用尿素还原方式制备了Mo2 C和Cu共负载TiO2光催化剂，结合物理化学性质分析，对其在紫外光下的光催化活性进行评价。结果表明，在TiO2上负载Mo2 C后，在CO2催化转化过程中显著促进H2和CH4的产生，而Mo2 C和Cu共沉淀可抑制H2产生并促进CO2进一步转化为CH4；光照4 h后，其CH4累计产量达76.1 μmol/g，为纯TiO2的5.6倍。Cu沉积可促进CO2吸附并抑制水蒸气吸附，从而减少H2生成。Mo2 C和Cu的共沉积可有效减小TiO2带隙宽度、抑制光生电子与空穴对的复合并促进光生电荷在催化剂表面的分离与转移，从而提高其光催化反应的活性。

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2023年第05期

903

441
火电与风光储耦合规划设计

作者(Author)：程瑜, 邵振州, 张金波, 高培鑫, 刘树昌, 魏忠平

摘要：结合我国煤资源丰富、火电输出稳定的优势以及清洁能源快速发展的趋势，建设多能互补的集成化能源基地是国家进行能源结构调整和能源体系建设的重要方式。陇东能源基地拥有丰富的煤炭、石油、风、光资源，具备建设风光火储一体化综合能源基地的条件。以当地能源资源和地理条件为基础，规划设计了千万千瓦级风光火储一体化能源系统，其中风电、光伏和清洁火电规划容量分别为450万、150万和400万kW。为增强电网友好性，综合能源基地配置了30 MW/15 MWh储能系统进行AGC调频和150 MW/300 MWh储能系统以平抑光伏发电的波动性。为进一步分析综合能源基地规划的合理性，对发电系统进行了生产模拟。结果表明，火电调峰方案可以满足较高可靠性、较低主网依赖性以及高比例新能源占比的目标，配置储能调峰方案可以进一步提高直流可用率，增加了新能源综合利用率。因此，本基地设计实现了多能互补、统一调度、电源侧灵活调节以及源网荷统筹协调发展。

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2022年第11期

646

399
太阳能热与燃煤电站互补发电技术综述

作者(Author)：侯宏娟, 张楠, 丁泽宇

摘要：太阳能热与燃煤电站互补发电(SAPG)系统作为一种新型互补发电技术，在减少燃煤电站CO2排放的同时，可降低光热发电成本，近年来备受关注。首先，基于槽式和塔式太阳能集热场工作原理和运行特点，总结了槽式和塔式太阳能集热场与燃煤机组集成时的多种耦合方案，并对不同耦合方案下系统的集成原理进行分析。因塔式太阳能集热场换热介质的工作温度较高，与燃煤机组的集成部位既可在回热系统侧，也可在锅炉侧，槽式太阳能集热场换热介质工作温度较低，与燃煤机组集成多在回热系统侧。其次，总结了SAPG系统热力性能研究进展，目前针对SAPG系统热力性能的研究多集中在静态性能方面，动态性能分析较少。静态性能分析主要包括设计工况、变工况下系统光电转换效率、太阳能发电功率等性能指标以及蓄热系统对SAPG系统运行影响等。结果表明，无论在何种工况下，SAPG系统中的光电转换效率均明显高于纯光热系统；动态性能分析主要研究太阳辐照强度实时变化、系统云遮等工况下，SAPG系统在一段时间内的参数变化规律，分析太阳辐照扰动对系统运行稳定性、安全性的影响，并制定SAPG系统的运行控制策略。然后，论述了SAPG系统经济性能，经计算，SAPG系统发电成本约0.66元/kWh。对于太阳能贡献度的计算，分析热量比例分配法、抽汽做功能力法、热经济成本法和太阳能贡献度解析算法4种方法，其中太阳能贡献度解析法和热经济成本法不仅考虑了能量、品位，还兼顾太阳热能在系统中的不等价特性，是2种相对准确的太阳能贡献度计算方法。目前SAPG电站的实际工程较少，且多分布在国外，国内仅有大唐天威嘉峪关10 MW槽式光煤互补项目和山西国金2个实际工程项目，实际运行数据及经验相对较少。最后，基于目前SAPG系统研究现状，提出太阳能与燃煤机组互补发电技术未来可能的发展方向，即寻求提升燃煤机组深度调峰能力的SAPG耦合方案、挖掘SAPG系统的热电联供技术将成为SAPG技术重点研究课题。

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洁净煤技术

2022年第11期

1000

449