具有CO2负排放的风电高温储能系统模拟

　　1研究背景：能源利用和环境保护是实现我国可持续发展战略的重点,寻求清洁可再生能源,减少CO2等温室气体的排放是实现电力行业健康稳定发展的重要保证。风能是一种资源丰富、洁净的可再生能源,风力发电是目前新能源发电技术中最成熟、最具规模化的发电方式之一。但是,由于风电具有随机性、间歇性及反调峰性的特点,在夜间用电负荷低谷时段,“弃风”现象比较突出,造成风能资源的浪费,因此需要可行的解决方案消纳“弃风”,促进风电大规模发展。目前,主要通过抽水储能电站和压缩空气储能实现风电的大规模存储。但这两种方法都需要一定的地理条件,灵活性不够,限制了风电存储的应用范围。
　　因此,找到高性价比的储能介质来实现风电能量的大规模存储与输出是消纳“弃风”的关键。石灰石成本低廉,且通过CaO-CaCO3的循环能将风电系统与常规生物质燃烧发电系统结合,实现风能的高品位存储与输出,同时,也可以捕集生物质燃烧产生的CO2。利用上述循环,在风电场与生物质电站之间架设专有线路,可以方便的将风电系统与常规生物质燃烧发电系统结合,实现风电消纳和CO2负排放的目的。
　　2技术思路
　　本文提出将风电系统、生物质燃烧发电系统以及CaO-CaCO3循环系统结合起来,通过在风电场与生物质电站之间架设专有线路,可以方便实现风电消纳系统与常规生物质燃烧发电系统的结合。在夜间用电负荷低谷时段,利用风电煅烧CaCO3生成高温CaO和高温CO2实现风能的高品位储存,对高温CO2进行余热利用后压缩封存,实现CO2的负排放;白天用电负荷高峰时段再将高温CaO投入生物质燃烧发电系统,吸收烟气中的CO2,反应释放的高品位热能转化成电能增加发电量,以这种系统联合的形式能够实现“弃风”消纳,增加生物质机组发电量和CO2负排放的目的。
　　本文设计的基于CaO高温储热消纳风电耦合生物质燃烧发电的CO2负排放系统包括三个部分:生物质燃烧发电系统、风电消纳系统及CO2捕集封存系统,系统结构如图1所示。
　　1)生物质燃烧发电系统:生物质燃烧发电系统是在已有的M型布置的30MW高温高压生物质直燃电厂基础上增加了碳酸化炉和旋风分离器。图1中过热器受热面中依次布置三级过热器、四级过热器、二级过热器、一级过热器。在白天用电负荷高峰时段,将碳酸化炉和旋风分离器与过热器受热面串接,如:将碳酸化炉和旋风分离器串接在四级过热器和二级过热器之间。在夜间用电负荷低谷时段则碳酸化炉和旋风分离器旁路。
　　将生物质燃料投入生物质燃烧炉进行高温分解及燃烧,产生的高温烟气经过三级、四级过热器导入至碳酸化炉中,烟气中的CO2与高温CaO发生反应,高温CaO由CaO储罐输出到碳酸化炉中。碳酸化炉温度设置为650-750℃,在该温度范围内CaO与CO2有较好的反应特性,但由于碳酸化炉中的反应处于无水状态,干法脱硫脱硝的效果有限,因此产生的CaCO3纯度很高。反应放出的热量被蒸汽吸收,反应产物经旋风分离器脱除掉其中的固体CaCO3。最后,除去CaCO3后的烟气依次流过二级过热器、一级过热器、省煤器、空气预热器等受热面,经除尘后被排放。