1研究背景：能源利用和環境保護是實現我國可持續發展戰略的重點,尋求清潔可再生能源,減少CO2等溫室氣體的排放是實現電力行業健康穩定發展的重要保證。風能是一種資源豐富、潔凈的可再生能源,風力發電是目前新能源發電技術中最成熟、最具規模化的發電方式之一。但是,由于風電具有隨機性、間歇性及反調峰性的特點,在夜間用電負荷低谷時段,“棄風”現象比較突出,造成風能資源的浪費,因此需要可行的解決方案消納“棄風”,促進風電大規模發展。目前,主要通過抽水儲能電站和壓縮空氣儲能實現風電的大規模存儲。但這兩種方法都需要一定的地理條件,靈活性不夠,限制了風電存儲的應用范圍。
因此,找到高性價比的儲能介質來實現風電能量的大規模存儲與輸出是消納“棄風”的關鍵。石灰石成本低廉,且通過CaO-CaCO3的循環能將風電系統與常規生物質燃燒發電系統結合,實現風能的高品位存儲與輸出,同時,也可以捕集生物質燃燒產生的CO2。利用上述循環,在風電場與生物質電站之間架設專有線路,可以方便的將風電系統與常規生物質燃燒發電系統結合,實現風電消納和CO2負排放的目的。
2技術思路
本文提出將風電系統、生物質燃燒發電系統以及CaO-CaCO3循環系統結合起來,通過在風電場與生物質電站之間架設專有線路,可以方便實現風電消納系統與常規生物質燃燒發電系統的結合。在夜間用電負荷低谷時段,利用風電煅燒CaCO3生成高溫CaO和高溫CO2實現風能的高品位儲存,對高溫CO2進行余熱利用后壓縮封存,實現CO2的負排放;白天用電負荷高峰時段再將高溫CaO投入生物質燃燒發電系統,吸收煙氣中的CO2,反應釋放的高品位熱能轉化成電能增加發電量,以這種系統聯合的形式能夠實現“棄風”消納,增加生物質機組發電量和CO2負排放的目的。
本文設計的基于CaO高溫儲熱消納風電耦合生物質燃燒發電的CO2負排放系統包括三個部分:生物質燃燒發電系統、風電消納系統及CO2捕集封存系統,系統結構如圖1所示。
1)生物質燃燒發電系統:生物質燃燒發電系統是在已有的M型布置的30MW高溫高壓生物質直燃電廠基礎上增加了碳酸化爐和旋風分離器。圖1中過熱器受熱面中依次布置三級過熱器、四級過熱器、二級過熱器、一級過熱器。在白天用電負荷高峰時段,將碳酸化爐和旋風分離器與過熱器受熱面串接,如:將碳酸化爐和旋風分離器串接在四級過熱器和二級過熱器之間。在夜間用電負荷低谷時段則碳酸化爐和旋風分離器旁路。
將生物質燃料投入生物質燃燒爐進行高溫分解及燃燒,產生的高溫煙氣經過三級、四級過熱器導入至碳酸化爐中,煙氣中的CO2與高溫CaO發生反應,高溫CaO由CaO儲罐輸出到碳酸化爐中。碳酸化爐溫度設置為650-750℃,在該溫度范圍內CaO與CO2有較好的反應特性,但由于碳酸化爐中的反應處于無水狀態,干法脫硫脫硝的效果有限,因此產生的CaCO3純度很高。反應放出的熱量被蒸汽吸收,反應產物經旋風分離器脫除掉其中的固體CaCO3。最后,除去CaCO3后的煙氣依次流過二級過熱器、一級過熱器、省煤器、空氣預熱器等受熱面,經除塵后被排放。
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