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《洁净煤技术》“光煤互补”虚拟专题

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》编辑部筛整理了近期刊发的部分“光煤互补”虚拟专题文章，供广大学者借鉴。扫描二维码可获取全文，点击最下方阅读原文可获取所有文章。

行业视野: 新能源
类别; 109个
关键词; 97位
专家; 23篇
论文; 18644IP
点击量; 10516次
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煤与可再生能源深度耦合的典型零碳综合能源系统构建

作者(Author)：林光平, 刘兆川, 聂立, 李维成

摘要：煤与可再生能源及绿氢耦合，构建煤基零碳/低碳综合能源中心，可显著提高新型电力系统的稳定性和调节的灵活性，且可显著降低发电的碳排放，同时生产低碳替代燃料，以供下游工业领域的深度脱碳，或跨季节储能。基于此构建IGCC联产甲醇耦合光伏制氢、IGCC联产合成氨耦合光伏制氢、富氧燃烧耦合光伏制氢及CO2加氢制甲醇等典型系统。以典型容量进行了各单元基本的质量能量平衡匹配，及适应可再生能源波动性的白天/夜间不同运行模式分析，并进行各单元技术现状分析，认为这些系统具备基本的技术可行性。投煤量2 000 t/d等级的IGCC与420 MW光伏、8.4万m3/h电解水制氢、2 500 t/d等级甲醇合成构成的耦合系统，可实现上网电负荷在0～557 MW调节，甲醇产量在750～2 500 t/d调节。投煤量2 000 t/d等级的IGCC与435 MW光伏、8.7万m3/h电解水制氢、2 000 t/d等级合成氨构成的耦合系统，可实现上网电负荷在0～605 MW调节，合成氨产量在600～2 000 t/d调节。200 MWe煤富氧燃烧发电系统与8万m3/h CO2捕集、3 600 MW光伏、72万m3/h电解水制氢、2 743 t/d甲醇合成（CO2加氢制甲醇）构成的耦合系统，可以实现上网电功率在60～3 660 MW调节，甲醇产量在823～2 743 t/d调节。在这些系统中，煤的转化利用过程是系统稳定可靠运行及灵活调节的基础，可大幅消纳可再生能源的波动。煤与可再生能源二者耦合，实现了各自单独运行时难以同时实现的低碳与稳定的双重目标。同时绿氢副产O2的有效利用可有效降低传统IGCC及富氧燃烧的成本。煤与可再生能源及绿氢耦合的煤基零碳/低碳综合能源中心具有很好的发展前景，将在我国碳达峰、碳中和战略目标的实现过程中发挥重要作用。适应可再生能源波动性的PEM电解水制氢技术、H2大规模低成本储存技术、CO2加氢制甲醇技术、燃气轮机燃用H2技术等还有待进一步大型化并大幅降低成本，以促进煤基零碳综合能源中心在未来的大规模应用。

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洁净煤技术

2022年第11期

730

485
基于品位耦合的太阳能互补联合循环发电系统集成评价理论

作者(Author)：施瑶璐, 张振文, 孙杰, 魏进家

摘要：太阳能互补联合循环（ISCC）系统被认为是高效利用太阳能与化石能源的最有前景的途径之一。然而，由于目前缺乏对太阳能互补集成系统的普适性分析与评价，导致统一评价体系下不同集成系统方案之间的直接性能对比难以实现。鉴于此，首先提出并建立一套具有普适性的ISCC系统理论模型，该模型涵盖了太阳能集成到布雷顿循环与朗肯循环的不同耦合方案，对不同集成系统进行合理概括。基于（火用）分析理论推导得到统一性评价指标——燃料节省因子理论表达式，并对其进行验证，运用该评价方法对不同集成方案进行横向性能评估。然后基于能量品位耦合思想，利用统一表达式中的桥接项揭示了ISCC系统集成中的“分配效应”，即分配给布雷顿循环和朗肯循环的总输入（（火用））比例因太阳能投入位置的不同而改变。最后扩展了前期工作提出的“叠加效应”在ISCC系统中的应用，说明系统总燃料节省因子由代表太阳能投入带来直接效益的基本项、代表太阳能投入对系统中各组件浮动影响的浮动项和代表太阳能投入后隐含的循环间影响的桥接项叠加综合决定，包括太阳能局部整合的直接影响和各部分之间的相互影响。该研究结果具有普适性，为未来复杂太阳能互补多循环系统研究应用提供理论指导。

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洁净煤技术

2022年第11期

640

396
太阳能耦合1 000 MW二次再热超超临界机组节能优化设计

作者(Author)：王婧, 段立强, 姜越

摘要：为降低600 ℃二次再热超超临界燃煤发电机组的发电煤耗和碳排放量，针对某1 000 MW典型二次再热超超临界燃煤发电机组（方案1），提出耦合太阳能加热除氧器出口回热系统给水的设计方案（方案2），并进行对比研究。采用基于（火用）分析的单耗分析法对比了1 000 MW等级600 ℃二次再热机组不同方案的热力性能，并分析各方案在变工况下的能耗分布情况。结果表明：二次再热燃煤机组集成太阳能后，显著降低发电煤耗和碳排放量；耦合太阳能的二次再热燃煤机组方案2在各工况下发电煤耗均低于方案1，100% THA工况下，方案2抽取除氧器出口10%、30%、50%、70%、100%的给水用太阳能加热时，发电煤耗分别降低4.59、15.70、24.96、32.56、41.32 g/kWh，碳排放量分别降低12.70、43.50、69.10、90.28、114.50 g/kWh，节煤降碳效果明显；采用单耗分析法研究机组各设备单元的附加单耗，方案2锅炉、回热加热器和冷凝器的附加单耗相比方案1均下降；随除氧器出口给水采用塔式太阳能加热比例的提高，方案2锅炉的附加单耗明显降低，方案2增加了太阳能设备，太阳能的附加单耗高于方案1。因此，耦合太阳能有助于进一步提升火电机组性能。

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洁净煤技术

2022年第11期

617

331
可再生能源与燃煤发电集成互补系统综述

作者(Author)：王瑞林, 孙杰, 洪慧

摘要：在碳达峰、碳中和背景下，可再生能源与燃煤发电相互耦合可提高可再生能源利用效率、降低发电成本，有利于燃煤发电的绿色低碳化升级。从集成形式、运行调控及分析评价3方面综述了可再生能源和燃煤发电的集成互补相关研究。首先梳理了可与燃煤发电直接耦合的太阳能光热及生物质的各类集成形式和工作原理。其次，介绍了目前关于太阳能光热耦合燃煤发电动态特性及调控规律研究，生物质耦合燃煤发电运行中结渣、腐蚀等问题改善方法；概述了风电、光伏与燃煤发电协调运行的调控策略及优化配置研究。最后，梳理了针对光煤互补系统热力性能、经济性、综合性能的评价研究进展；介绍了生物质与燃煤发电耦合的综合性能评价及系统中生物质发电量评估的研究进展；概述了风电、光伏与燃煤发电协调运行中的稳定性、灵活性量化评价及综合性能评价指标体系构建等。最后，针对目前可再生能源与燃煤发电互补系统的研究现状，提出太阳能光热与燃煤发电集成应致力于实现综合系统深度调峰的灵活性运行调控研究；生物质与燃煤耦合发电在进一步研究减缓生物质耦合带来的燃烧问题外，应注重耦合系统中生物质发电准确计量等评价问题；光伏、风电与燃煤发电的协调运行在调度规划研究外，应进一步开展风光火项目内部责任分担和利益分配机制研究，从而实现不同类型电源间的协同持续发展。

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洁净煤技术

2022年第11期

1010

460
基于镁基燃煤烟气碳捕集的太阳能-燃煤互补发电系统设计

作者(Author)：王雨豪, 朱岩林, 刘文卓, 邢晨健, 王瑞林, 赵传文

摘要：燃煤等化石能源电站CO2排放量巨大，开展燃煤电站碳减排是实现双碳目标的必经之路。碱金属基固体吸收剂捕集CO2具有再生能耗低、选择性高等优点。但依靠电站自身能量实现碳捕集，能效代价巨大，对此提出利用槽式太阳能集热驱动镁基碳捕集再生，避免燃煤发电单一碳捕集的效能损失，同时将碳酸化放热替代电厂抽汽加热给水，提升发电量。基于某典型燃煤电站开展系统设计及分析，计算设计系统引入槽式太阳能和碳捕集系统带来的增发功率，比较设计系统、单一燃煤碳捕集系统及参比系统的总出功。结果表明，相比单一燃煤碳捕集系统，设计系统避免了46.4 MW发电功率损失，同时借助碳酸化放热，发电功率提升了46.2 MW。设计系统较单一燃煤碳捕集和单一光热发电的简单叠加系统发电功率增加了44 MW，实现了1+1＞2的集成效果。典型日分析下考虑1 d中太阳直射辐射强度的变化，设计系统可通过调控碳捕集过程避免辐照过高/过低对系统稳定运行的影响，典型日下系统平均碳捕集量达135.6 t/h，增发功率达23.2 MW/h，实现了系统的变工况高效运行。设计系统避免了电站自身碳捕集带来的效能损失，提高了发电量，实现了太阳能高效利用和化石能源清洁利用，为可再生能源与化石能源的互补低碳高效利用提供思路。

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洁净煤技术

2022年第11期

877

445
插槽板式光催化反应器汞氧化性能试验

作者(Author)：张伊黎, 高天, 肖日宏, 熊卓, 赵永椿, 张军营

摘要：光催化氧化技术作为一种绿色环保的新型脱汞技术，应用前景广阔。目前的光催化反应器系统大多采用粉末状催化剂，对光催化过程中的光源利用率欠佳，不易回收，工业化应用前景受限。设计新型插槽板式光催化反应器，具有受光佳、耐磨损、寿命长、体积小等优点。采用板式催化剂进行汞氧化试验，对催化剂进行详细表征。相较于普通固定床反应器，插槽板式TiO2（VTiB）在80 mW/cm2紫外光强条件下汞氧化效率由64.8%提高至86.0%。催化剂的汞氧化效率随反应温度升高而下降，随紫外光强升高而提升。在板式催化体系中，经Ce掺杂后的TiO2（Ce-VTiB）催化剂光催化氧化汞性能大幅上升，其中以Ce-VTiB质量分数提升至1.0%效率最高，达92.4%。原因有2点：一方面掺杂Ce后将有效降低催化剂带隙能，Ce-VTiB催化剂质量分数提升至1.0%，相较VTiB催化剂带隙能下降0.68 eV，使催化剂对紫外光的吸收能力增强；在紫外光照射下，Ce-VTiB催化剂颗粒表面受激发产生·OH活性自由基，将Hg0氧化为Hg2+，另一方面部分Ce原子可以与电子结合，减少e-/h+的复合。

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洁净煤技术

2022年第10期

737

461
微藻光合减排燃煤电厂烟气CO2及资源化利用研究进展

作者(Author)：黄云, 彭虹艳, 富经纬, 朱贤青, 夏奡, 朱恂, 廖强

摘要：微藻光合作用固定燃煤发电厂烟气CO2及其生物质能源化资源化利用已成为低碳循环的核心技术，是实现我国“双碳”目标有效途径之一。然而烟气中CO2浓度高（相对自然界藻类生长的空气氛围），且存在易溶酸性气体，如SO2等，对微藻光合生长及碳转化过程是极大挑战，造成我国微藻捕集烟气CO2的工程应用非常有限。为促进微藻固定烟气CO2发展，针对烟气高浓度CO2和含SO2等酸性气体的特点，从耐受烟气氛围的高效藻种构建、微藻对高浓度碳的代谢及转化过程调控再到烟气中高浓度CO2在光生物反应器中的传输及转化过程进行全面综述。小球藻是最有望实现微藻生物固定烟气CO2的藻种。通过筛选和驯化等方式，小球藻可适应烟气的高碳浓度和一定浓度下酸性气体的胁迫，并保持较高固碳速率。烟气在光生物反应器内溶解传输及引起多相流动是影响微藻固碳性能的关键，强化反应器内的CO2传输并抑制SO2酸性气体溶解是有效提高微藻光合固碳的有效手段，同时优化反应器结构，改善光照、混合和曝气条件等可有效提高微藻生物量的积累与烟气CO2的固定速率。微藻生物质的利用能有效增加微藻减排烟气CO2的经济性，总结了微藻生物质能源化、资源化、高值化可利用途径和研究进展，包含微藻酯交换合成生物柴油、微藻热解合成生物油和生物气以及微藻发酵合成生物合成气的工艺流程和相关研究进展。为提高微藻生物质资源利用的经济效益，指出微藻作为高值产品合成原料的利用方向，以及藻渣作为碳基材料的资源化利用方式。提出以发展高价值利用为前提，协同微藻基生物燃料和生物炭等产品的高值化、能源化、资源化梯级利用方向，以此提高微藻生物固定烟气CO2系统的经济性和可行性，同时推动微藻生物质新能源的研究，为我国烟气CO2的生物减排及资源化利用提供指导，促进绿碳经济发展。

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洁净煤技术

2022年第09期

776

500
微藻固碳光合作用强化策略及展望

作者(Author)：毛炜炜, 张磊, 尹庆蓉, 李鹏程, 胡毡, 宋春风

摘要：随着工业技术的飞速发展和化石能源的大量使用，CO2排放量逐年增加，其引起的全球变暖是全球环境和经济领域最关注的话题之一。CO2捕集利用与封存技术（CCUS）是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键技术，对我国减少CO2排放、构建生态文明具有重大意义。微藻具有生长速度快、对极端环境适应性强、生产成本低等优点，其介导的CCUS技术能吸收固定CO2并将其转化为高附加值产品。该过程中微藻种类对确定CO2固定效率和生物质产量起至关重要的作用。目前许多综述性研究都集中在利用微藻进行碳捕集、利用和储存方面，鲜见关于提高微藻碳捕集效率的最新策略相关综述。基于微藻固碳技术的发展现状，系统讨论了微藻的光合作用和固碳机理。回顾了微藻菌株固定CO2最新进展，重点关注用于燃煤烟气的微藻改良和改进。全面总结了提高微藻光合效率的最新趋势和策略。随机诱变、适应性实验室进化和基因工程等几种修饰和改良微藻菌株的策略可用于产生理想的藻种。其中，基因工程不仅可截断集光复合体（LHC）的天线尺寸来提高光合效率，还可提高Rubisco的速度和选择性。通过向微藻培养物中添加纳米材料（NMs）进行干预策略，可增强CO2在溶液中扩散/溶解，显著提高光系统Ⅱ(PSII)中的相对电子传输速率及微藻中活性氧(ROS)水平，从而改善对类胡萝卜素的一般光合作用。最后，明确了该技术面临的挑战和未来发展方向，提出应继续研发能耐受烟气的高效微藻固碳系统。

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洁净煤技术

2022年第09期

647

553