综合智慧能源

碳中和体系解读

张晋宾, 周四维

2021, 43(6): 1-10. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.001

摘要 ( 445 )

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应对全球气候变化,加速全社会绿色低碳转型,尽早实现碳中和,是全人类的共同期望。为系统了解碳中和背景,掌握概念体系,把握发展战略,判定实施路径,介绍了碳中和起源和国内外背景及形势、主要国家的碳中和目标,界定了碳达峰、碳中和相关术语概念,描述并分析了欧盟、英国、日本、中国、美国等的低碳发展战略,最后分析归纳了实现碳中和目标的10个关键方法或技术。

“双碳”目标下绿色电力低碳发展的路径分析

赵国涛, 钱国明, 王盛

2021, 43(6): 11-20. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.002

摘要 ( 388 )

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“双碳”目标的提出对电力行业多方面产生深层次的影响,企业的绿色低碳转型已成为不可逆转的主流趋势。以绿色制造体系设计思想为基础构建的绿色电力体系。通过阐述该体系中的绿色电厂、绿色电网、绿色能源消费和电力体系评价技术,表明该体系在节能降耗、资源节约和环境保护等方面具有高效、低碳、清洁、循环的绿色特性。隶属于绿色电力体系概念范畴的低碳电力,聚焦碳减排这个主题,分析其实施路径与实施过程中的难点,为“双碳”目标的实现和企业的绿色低碳转型提供新的研究思路。

“双碳”目标下能源电力行业的机遇与挑战

喻小宝, 郑丹丹, 杨康, 孔杰, 章天浩

2021, 43(6): 21-32. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.003

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“双碳”目标升级为国家战略,电力行业作为实现“双碳”目标的重要领域,其低碳发展对我国实现“双碳”目标起着至关重要的作用。基于“碳达峰”和“碳中和”的定义与发展要求,结合我国能源结构现状以及实现“碳中和”的4个主要路径,包括电力生产清洁低碳化,发展氢能源、碳捕捉技术,以及推动交通的电动化、氢能化,对实现“双碳”目标下能源电力行业面临的碳交易市场、储能、不同行业转型路径等机遇与挑战进行了分析研究,为未来能源电力行业更好地实现“双碳”目标提供参考。

面向“双碳”目标的碳电市场融合交易探讨

吉斌, 孙绘, 梁肖, 刘妍, 李凡

2021, 43(6): 33-40. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.004

摘要 ( 194 )

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实现“双碳”目标,提高新能源接入和消纳比例,可通过碳电市场耦合运行,促进节能减排。首先从电力市场角度出发,以节能减排为目标,分析电力市场与碳权市场的关系,探讨了碳电市场关联方式;其次根据电力市场原则和碳权核发与配额的市场机制,设计了碳电联合运行流程和模式,根据市场运行模式开展碳电联合运行的市场机制设计;最后根据设计的碳电运行模式、市场机制,开展量化的碳电市场机制验证。通过算例分析可以看出,设计的市场机制通过引导负荷侧市场主体从碳电市场响应不平衡电量,获得碳权并参与碳权市场而获得收益,从而降低火电市场主体的“热备用”容量,降低CO₂的排放,促进“双碳”目标的实现。

面向碳中和目标的变温吸附碳捕集效能与技术经济性分析

赵睿恺, 赵力, 赵军

2021, 43(6): 41-46. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.005

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碳中和目标的提出为我国低碳发展明确了方向,也对碳捕集技术未来的发展提出了新要求。由于吸附法具有能耗低、污染小和改造成本低的特征,成为重要的碳捕集技术之一。针对吸附碳捕集技术,比较了理想气体分离模型和再生分离模型的最小分离功计算方法。根据损失功概念,从再生温度、二氧化碳初始体积分数和二氧化碳回收率的角度,对变温吸附碳捕集技术的实际过程能效和捕集成本进行了分析。结果表明：再生分离模型的最小功大约是理想气体分离模型的1.2倍;变温吸附碳捕集的性能系数在1.6左右,运行成本约为40 元/t。最后指出：吸附法作为空气直接碳捕集应用的重要方式,将进一步助力碳捕集与可再生能源的技术耦合;碳中和目标下,吸附碳捕集技术的发展需要政策、技术研发、商业模式的共同推进。

基于STIRPAT模型的临沂市工业碳排放分析及预测

吴彤, 张兴宇, 程星星, 孙荣峰, 王志强, 耿文广, 王鲁元, 冯太

2021, 43(6): 47-54. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.006

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为使省、市级区域更好地实施碳减排,根据2009 —2019年临沂市工业碳排放数据建立可拓展的随机性环境影响评估（STIRPAT）模型,定量分析了临沂市工业碳排放量与企业固定资产、人均工业生产增加值、能源强度和能源结构的关系,通过岭回归消除各自变量之间的共线性问题,得出企业固定资产、人均工业生产增加值、能源强度、原煤占能源消耗比和净购入电力每变化1%,临沂市工业碳排放量相应变化0.069 37%,0.016 30%,0.214 60%,0.550 00%,0.214 60%。基于灰色预测模型GM（1,1）预测了人均工业生产增加值,并通过设置6种不同的情景预测了2020 —2030年临沂市的工业碳排放量,通过对比结果得出,保持工业产值适度增长、加大能源结构优化、降低能源强度是减少临沂市工业碳排放的有效路径。

碳中和背景下基于AB工艺的污水处理厂能量自持分析

梁远, 付岩峰, 方小锋, 成红燕, 孟春霖, 颜莹莹, 陈北洋

2021, 43(6): 55-60. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.007

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我国污水处理行业碳排放量占全国总排放量的1.0%~3.0%,在碳中和的大趋势下,需要充分挖掘污水中蕴含的潜能,实现污水处理的能量自持。污水中化学需氧量（COD）对应有机物含有大量化学能,COD为1 mg/L时每m³污水含化学能约16.2 kJ,是污水能源利用的主要途径。国内外学者对以碳捕捉及碳源改向为基础的新型吸附生物降解（AB）工艺进行研究,提出各自的能量平衡或碳中和技术路线。以进水COD为500 mg/L进行理论计算,基于AB工艺+厌氧消化+热电联产（CHP）工艺路线,计算得每m³污水发电潜能约0.340 kW·h,可实现污水处理厂运行的能量自持。污水处理厂引入水源热泵和光伏发电也是实现能量自持的重要补充手段。污水所含余温热能只能通过水源热泵转换为约60 ℃的低品位热源,不能直接用于发电。污水处理厂利用光伏发电可补偿约10.0%的能耗。

槽式太阳能聚光集热-燃煤发电碳捕集系统研究

钱煜, 颜爱晶, 邢晨健, 王瑞林

2021, 43(6): 61-68. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.008

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燃煤电站已成为我国最大的CO₂排放源,开展燃煤电站碳减排是我国2060年前实现碳中和的必经之路。相较于其他碳捕集技术,钾基固体吸收剂捕集CO₂具有捕集效率高、反应能耗低等优势,但过高的再生能耗会大幅影响燃煤电站性能。槽式太阳能聚光集热的聚光温度可满足钾基固体吸收剂再生反应的要求,由此建立了槽式太阳能集热辅助燃煤发电碳捕集耦合系统。通过建立槽式太阳能聚光集热模型及碳捕集反应模型,获取了聚光集热温度、集热工质流量等关键参数对系统综合性能的影响规律。将该系统集成于某330 MW燃煤电站,系统性能分析结果表明：相较于单一燃煤碳捕集系统,该系统设计条件下汽轮机出力增加29.85 MW,综合发电效率提升10.3%;采用优化运行方案后,典型日的全天碳捕集量增至312.96 t,日均能量利用率相对提高15.84%。

燃煤电厂万吨级碳捕集工程设计与运行优化研究

孙路长, 王争荣, 吴冲, 王凯亮, 张士明, 韩文荃

2021, 43(6): 69-78. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.009

摘要 ( 319 )

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为验证碳捕集、利用与封存（CCUS）技术在燃煤机组中的实际应用效果,在某电厂设计和建设了1套万吨级有机胺法碳捕集示范工程。通过技术比选,选定了有机胺吸收和压缩精制技术路线,并对工艺系统和主要设备选型进行了讨论。示范装置投运后,通过长时间运行试验,获得了吸收剂流量、烟气量、再生温度等因素对系统碳捕集效率、碳捕集量、蒸汽用量和电耗的影响规律,利用分析结果对碳捕集系统进行了运行优化,获得了最佳运行参数。结果表明,本装置在烟气流量6 000~7 000 m³/h,吸收剂循环流量3 400~3 700 kg/h,再生温度108.5~109.0 ℃时运行性能最好,其碳捕集效率可达90%,碳捕集量可达1.39 t/h,平均电耗为312 （kW·h）/t CO₂,平均再生热耗为3.07 GJ/t CO₂,能耗较传统30%单乙醇胺（MEA）吸收系统降低23%左右。最后探讨了碳捕集装置运行成本及其构成。研究结果可以为同类碳捕集装置的系统设计、设备选型及运行研究提供较为翔实的参考数据。

基于生物固碳技术的CO₂资源化利用研究进展

胡小夫, 王凯亮, 沈建永, 白永锋

2021, 43(6): 79-85. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.010

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温室气体CO₂积累而导致的全球性气候变化引起了人们的广泛重视,目前全球已有超过120个国家和地区提出了碳中和目标。生物固碳技术因具有反应条件温和、产品多样性等优点,使其在CO₂资源化利用方面表现出优异的应用前景。分别对光合作用固碳原理和微生物电化学固碳原理进行了阐述,主要介绍了光合作用固碳资源化利用方式,如微藻固碳制甲烷、微藻固碳制生物燃料、微藻处理废水等,以及其他生物固碳及资源化利用方式,并对未来基于生物固碳技术的CO₂资源化利用技术的重点研究方向进行了展望。

碳中和背景下的钢渣碳酸化固碳路径研究

张书繁, 程星星, 王鲁元, 张兴宇, 王志强

2021, 43(6): 86-91. doi:10.3969/j.issn.1674-1951.2021.06.011

摘要 ( 387 )

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燃烧后捕集CO₂是重要的碳捕集途径之一,利用炼钢过程副产物钢渣中的碱性金属氧化物（CaO为主）与CO₂进行碳酸化反应从而实现固碳。综述了冷态钢渣直接固碳、冷态钢渣间接固碳、热态钢渣直接固碳3种主要方式及存在的问题,对比了3种固碳方式的优劣,指出热态钢渣直接固碳是“碳达峰,碳中和”背景下最符合我国国情的钢渣固碳技术,实现固碳的同时利用出炉钢渣余热,是最具应用前景的钢渣固碳技术之一。

2021年 第43卷 第6期 刊出日期：2021-06-25

2021年第43卷第6期刊出日期：2021-06-25