1研究背景：能源利用和環(huán)境保護是實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)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(xiàn)電力行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)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(fā)電是目前新能源發(fā)電技術中最成熟、最具規(guī)模化的發(fā)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(xiàn)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(guī)模發(fā)展。目前,主要通過抽水儲能電站和壓縮空氣儲能實現(xiàn)風電的大規(guī)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(xiàn)風電能量的大規(guī)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(huán)能將風電系統(tǒng)與常規(guī)生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)結合,實現(xiàn)風能的高品位存儲與輸出,同時,也可以捕集生物質燃燒產(chǎn)生的CO2。利用上述循環(huán),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(tǒng)與常規(guī)生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)結合,實現(xiàn)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(tǒng)、生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)以及CaO-CaCO3循環(huán)系統(tǒng)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(xiàn)風電消納系統(tǒng)與常規(guī)生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)電系統(tǒng),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(fā)電量,以這種系統(tǒng)聯(lián)合的形式能夠實現(xiàn)“棄風”消納,增加生物質機組發(fā)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(fā)電的CO2負排放系統(tǒng)包括三個部分:生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)、風電消納系統(tǒng)及CO2捕集封存系統(tǒng),系統(tǒng)結構如圖1所示。
　　1)生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng):生物質燃燒發(fā)電系統(tǒng)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(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)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(fā)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(tài),干法脫硫脫硝的效果有限,因此產(chǎn)生的CaCO3純度很高。反應放出的熱量被蒸汽吸收,反應產(chǎn)物經(jīng)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(jīng)除塵后被排放。