太阳能与生物质超临界水气化耦合燃煤机组系统探析
张婉琳1
辛宇1
陈付杰2
洪慧1
1.中国科学院工程热物理研究所,北京 100190;中国科学院大学工程科学学院,北京 1000492.中国科学院工程热物理研究所,北京 100190;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京 10220
摘要：随着可再生能源大规模并网,电力系统对燃煤机组灵活调节能力的需求日益提升.太阳能与燃煤机组互补运行被视为提升系统灵活性和降低碳排放的有效途径.与此同时,生物质作为另一类绿色可再生能源,与燃煤机组耦合发电也可部分替代燃煤,实现碳减排.在此基础上,提出一种聚光太阳能驱动生物质超临界水气化耦合燃煤机组的系统.该系统通过抽取部分主蒸汽参与太阳能驱动的超临界水气化过程,实现煤电与太阳能、生物质耦合互补.在气化过程中,生物质在高温高压水环境中反应生成CH4、H2和CO等气体,并进一步通过甲烷合成装置转化为CH4储存于储气罐中.当电网负荷波动时,储存的甲烷可快速送入燃气轮机发电,利用其高爬坡速率弥补燃煤机组响应迟缓的问题,从而构建"电-热-气"多能互补的综合能源调节机制.基于Aspen HYSYS建立太阳能与生物质超临界水气化耦合燃煤机组系统,分析气化反应温度、水碳比(水与生物质中碳元素的物质的量比)等关键参数对超临界水气化反应过程热力学性能的影响,并在典型工况下评估能量转化效率、度电煤耗和爬坡速率等综合性能.结果表明:在50％发电负荷、气化温度700℃、水碳比1.3条件下,系统总能量转化效率可达71.27％,其中甲烷能量占比56.03％,成为系统主要的能量利用形式,而净发电量占比为15.23％.在20％～75％负荷区间,系统效率稳定维持在61.29％～73.75％,表明太阳能与燃煤机组协同运行具有良好的稳定性与可调节性.与传统燃煤机组相比,该系统在深度调峰工况下展现出煤耗降低的潜力.传统燃煤机组在30％负荷时升高至311.49 g/kWh;而该耦合系统在20％负荷时为242.85 g/kWh,低于传统机组的度电煤耗.系统选用Mitsubishi 701F型燃气轮机(240 MW),将系统综合爬坡速率提升至15.3 MW/min的潜力.研究提出的太阳能与生物质超临界水气化耦合燃煤机组系统在提升燃煤机组灵活性的同时,具有煤耗降低、高效利用生物质转化、保障电网安全与灵活调度的潜力.
关键词：太阳能与生物质热化学互补超临界水气化燃煤机组灵活调峰多能互补
分类号：TK121(热能、热力工程)TK6(生物能及其利用)TK5(特殊热能及其机械)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4202401)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-24（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 11-23 )
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