計及碳捕集電廠綜合靈活運行方式的含P2G綜合能源系統低碳經濟調度

王義軍，李夢涵，齊 巖

（東北電力大學電氣工程學院，吉林吉林 132012）

0 引言

當前，實現碳達峰、碳中和對于加快生態文明建設、促進高質量發展至關重要［1］。具有極大減排潛力的綜合能源系統（integrated energy system，IES）以傳統化石能源為主體，融合天然氣、風能等多種能源形式，這對于提升可再生能源消納水平、推行低碳電力有重要意義［2］。

IES 通過燃氣輪機和電轉氣（power-to-gas，P2G）設備實現電力網絡和天然氣網絡的雙向能量流動［3-4］。其中，P2G設備耗能由系統剩余風電提供，在負荷低谷時利用系統棄風將水和CO2合成甲烷，為解決棄風消納問題提供了新思路［5-6］。文獻［7］進一步研究了P2G 的經濟特性，證明P2G 碳來源與其較高的原料成本會制約系統棄風消納水平，降低系統運行經濟性。碳捕集與封存（carbon capture and storage，CCS）技術為解決P2G 碳原料成本較高的問題提供了有效途徑［8］。將CCS 與P2G 耦合，利用碳捕集系統捕獲的CO2作為原料供給給P2G 合成甲烷，一方面可有效削減其運行成本，增加其運行功率；另一方面增加了捕獲到的CO2利用效益［9］。由于P2G 僅在系統存在棄風時啟用，而碳捕集電廠（carbon capture power plant，CCPP）在機組運行期間持續排放CO2，因此P2G、碳捕集系統在運行時間上存在不同步問題［10］。P2G 仍需額外購買碳原料，過高的原料成本抑制了其棄風消納水平，不利于系統低碳經濟調度，因此還需進一步研究CCS-P2G 聯合運行策略。CCPP 常規運行方式分為煙氣分流式運行方式與儲液式運行方式［11］。單獨采用分流式運行方式時，CCPP 吸收與捕集CO2的過程彼此耦合。CCPP 綜合靈活運行方式即在引入煙氣旁路的基礎上加裝儲液罐，實現CO2吸收與捕集過程的解耦［12-13］以及能量轉移，有助于減小負荷高峰谷差。……