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国家能源集团开发CO₂近零排放煤气化燃料电池发电系统
发布时间:2024/05/28 09:45      来源:中国氢能联盟      分享:

5月17日,由中国氢能联盟理事长单位国家能源集团牵头、北京低碳清洁能源研究院承担的“CO₂近零排放的煤气化燃料电池发电系统开发”项目成果通过中国煤炭工业协会鉴定,项目研究成果达到了“国际领先水平”,并建议开展更大规模的煤气化燃料电池(IGFC)发电系统工程验证与示范。这一项目成果可以实现煤炭低碳高效灵活发电,与煤化工过程结合降低碳排放,还可以进行分布式热电联供或者耦合逆向电解(SOEC)实现氢储能。

煤电是我国CO₂排放主要来源,在“双碳”目标下,燃煤发电面临效率提升和CO₂近零排放的瓶颈问题。该项目开发的整体煤气化燃料电池(IGFC)发电技术,利用煤炭等化石燃料进行煤气化反应,将产生的合成气用于燃料电池发电,并结合碳捕集方法,正是使二氧化碳排放量几乎为零的发电技术,也是实现“双碳”目标的一项革命性前沿技术对推动CO₂减排和煤炭清洁、低碳、高效利用具有重要战略意义。
IGFC可实现煤基发电由单纯热力循环发电向电化学发电的技术跨越,突破卡诺循环的限制,大幅度提高煤电效率,降低CO₂捕集成本,碳捕集后供电效率可以达到55%以上。该技术主要包括煤气化及净化、燃料电池发电、尾气燃烧余热回收3个模块,燃烧得到的二氧化碳和水的混合气体可耦合二氧化碳捕集及封存技术、固体氧化物电解池(SOEC)等技术。该技术可以将煤气化后的氢、一氧化碳通过燃料电池发电,实现热力循环发电和电化学发电的耦合,具备两个方面的优势。其一,燃料电池理论高温余热可通过余热回收系统利用,综合效率更高;其二,燃料电池系统终端排放物为纯水和高浓度二氧化碳,在布置碳捕捉收集系统之后,可实现清洁、低碳、高效循环,二氧化碳接近零排放。
图丨IGFC系统流程图
IGFC系统是目前碳基燃料发电新技术的重要发展方向,主要包括煤气化净化、燃料电池发电、热量回收及二氧化碳捕集等子系统。煤经气化生成富含一氧化碳、氢气等组分的合成气,合成气冷却后进行除尘、脱硫等净化处理;将净化后的合成气送入高温燃料电池中,发生电化学反应;其中,大部分可燃成分会直接转化成电能,并产生热量;未转化的可燃成分会随电池阳极尾气排出,送入燃烧室进行纯氧燃烧,全部转化为二氧化碳和水;合成气冷却、电化学反应、尾气燃烧过程产生的热量经回收后继续用于驱动汽轮机发电,尾气中的二氧化碳通过捕集后进行进一步的利用和封存。

目前,该项目已创建CO₂近零排放的IGFC发电技术体系,突破IGFC系统关键技术,建成首个兆瓦级IGFC试验基地,研制首套CO₂近零排放的百千瓦级IGFC示范系统,验证IGFC高效发电新方法,形成CO₂近零排放的高效IGFC发电新系统,探索煤炭清洁高效发电新路径,打造我国IGFC原创技术策源地,并被列入国家“十四五”能源领域科技创新规划。

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