零碳排放天然氣發電技術

本站    2018/2/26 15:46:04    2949    大(dà) 中 小

《麻省理(lǐ)工科技評論》近日揭曉 2018 年“全球十大(dà)突破性技術”（10 Breakthrough Technologies），這(zhè)份全球新興科技領域的(de)權威榜單至今已經有 17 年的(de)曆史。

零碳排放天然氣發電

入選理(lǐ)由：一種針對(duì)天然氣發電廠的(de)新工程學方法，将二氧化(huà)碳回收再利用(yòng)

技術突破：一家發電廠能夠以廉價高(gāo)效的(de)方式捕捉天然氣燃燒釋放的(de)碳元素，避免了(le)溫室氣體的(de)排放

重大(dà)意義：天然氣發電爲美(měi)國提供了(le)近 32% 的(de)電力，其碳排放量也(yě)達到電力部門總碳排放量的(de) 30%

主要研究者：8 RiversCapital、Exelon 電力公司、CB&I等

成熟期：3-5 年

---

在可(kě)預見的(de)未來(lái)，我們可(kě)能要一直将天然氣作爲主要的(de)發電能源之一。現成又便宜的(de)天然氣發出的(de)電占美(měi)國總發電量的(de) 30%, 全世界發電量的(de) 22%。天然氣雖然比煤炭清潔得(de)多(duō)，仍造成了(le)大(dà)量的(de)碳排放。

在美(měi)國煉油工業區(qū)的(de)中心休斯頓城(chéng)外出現了(le)一家前沿發電廠，他(tā)們正在測試一項可(kě)以實現清潔天然氣能源的(de)技術。這(zhè)家公司擁有 50 兆瓦特的(de)項目，他(tā)們就是 Net Power。該公司相信他(tā)們能捕獲天然氣發電過程中釋放的(de)所有二氧化(huà)碳，同時(shí)又能夠以低廉的(de)成本發電，至少和(hé)标準天然氣發電廠的(de)成本相同。

如果此舉真的(de)可(kě)以實現，就意味著(zhe)從此就可(kě)以以合理(lǐ)的(de)價格從化(huà)石燃料中獲得(de)零碳能源。這(zhè)樣的(de)天然氣發電必會改善能源供給的(de)局面，因爲它既不像核能那樣成本高(gāo)企，也(yě)不像可(kě)再生能源那樣供給不穩。

Net Power 公司是 8 Rivers Capital，Exelon 電力公司以及 CB&I 能源公司合作的(de)産物(wù)。這(zhè)家公司的(de)發電廠已經在試運行且開始了(le)初始測試，他(tā)們打算(suàn)在未來(lái)幾個(gè)月(yuè)内就公布初次評估的(de)結果。

這(zhè)家發電廠将燃燒天然氣産生的(de)二氧化(huà)碳放置到高(gāo)壓高(gāo)溫的(de)環境中，并用(yòng)合成的(de)超臨界二氧化(huà)碳作爲“工質”，驅動一個(gè)特制的(de)渦輪機。其中，大(dà)部分(fēn)的(de)二氧化(huà)碳都能被不斷地再利用(yòng)，剩下(xià)不能利用(yòng)的(de)可(kě)以用(yòng)一種低成本的(de)方式捕獲。

降低成本的(de)關鍵在于出售部分(fēn)二氧化(huà)碳。目前二氧化(huà)碳主要用(yòng)于協助開采原油。這(zhè)個(gè)市場(chǎng)容量有限，也(yě)并不環保。然而最終 Net Power 希望其他(tā)行業對(duì)二氧化(huà)碳的(de)需求能夠漲起來(lái)，比如水(shuǐ)泥制造業、塑料制造業及其他(tā)碳基材料行業。

Net Power 的(de)科技并不能解決天然氣帶來(lái)的(de)所有問題，尤其是開采方面的(de)問題，但是隻要我們還(hái)在使用(yòng)天然氣，就應該讓天然氣變的(de)更清潔。在正在發展的(de)所有清潔能源技術中 Net Power 的(de)技術是最有遠(yuǎn)見的(de)技術之一，他(tā)向我們展示的(de)是一個(gè)真真切切的(de)可(kě)減少碳排放的(de)新突破。

專業解讀

中國科學院山西煤炭化(huà)學研究所副研究員(yuán)陳成猛：中國目前天然氣約占總電力供應量的(de) 3%，截止 2020 年預計将占 6.7%。爲使以天然氣和(hé)煤炭等爲燃料的(de)火電廠更清潔環保，在現有技術體系通(tōng)常是進一步增設 CO2 吸附、脫硫脫硝、降灰等環保裝置來(lái)實現。

然而，這(zhè)些手段大(dà)都是補救性質的(de)，會增加發電成本和(hé)能耗，降低經濟效益。Net Power 公司則不然，在天然氣發電領域，他(tā)們選擇了(le)源頭創新，徹底摒棄傳統的(de)以水(shuǐ)蒸氣爲工質的(de)熱(rè)能循環過程，選用(yòng)全新的(de)以高(gāo)壓高(gāo)溫超臨界 CO2 爲介質的(de) Allam 循環過程。這(zhè)樣就從本質上解決了(le) CO2 排放和(hé) NOx 污染的(de)問題，且回收的(de) CO2 還(hái)變廢爲寶，可(kě)應用(yòng)于采油或作爲化(huà)工原材料等利用(yòng)。

該技術發電綜合效率更高(gāo)，設施大(dà)幅簡化(huà)，固定投資少，占地面積小。如果該技術成熟并實現産業化(huà)，将引領熱(rè)力發電領域的(de)技術革命，不僅對(duì)天然氣發電意義重大(dà)，對(duì)煤電領域也(yě)有非常重要的(de)參考價值。另外，該技術的(de)突破還(hái)有望改變當前全球碳排放和(hé)碳交易的(de)格局。

該技術的(de)工藝方案獨辟蹊徑，從熱(rè)力學原理(lǐ)上是可(kě)行的(de)，但估計存在如下(xià)工程技術難點：一、由于工質從水(shuǐ)蒸氣變成了(le) CO2，對(duì)裝置的(de)技術要求變化(huà)會很大(dà)，許多(duō)設備都需重新設計開發，其與工藝的(de)匹配性還(hái)需進一步的(de)中試和(hé)工業示範驗證。二、由于燃燒氣氛從空氣改爲純氧，這(zhè)就需要在前端增加空氣分(fēn)離裝置，會增加一些固定投資和(hé)單位能耗。此外，由此帶來(lái)的(de)燃燒速度控制和(hé)安全隐患亦不容小觑。