新能源形勢下火電降負荷調峰問題及二氧化碳電解利用方案-在全球積極推動能源轉型，大力發展新能源的形勢下，風電、光伏等可再生能源裝機容量迅速增長。然而，新能源發電固有的間歇性、波動性和隨機性特點，給電力系統的穩定運行帶來了巨大挑戰。火電作為傳統的主力電源，在新能源大規模接入的背景下，承擔著重要的調峰任務。在降負荷調峰過程中，火電暴露出一系列問題，亟需創新性的解決方案。利用負荷無法下降的余電和周邊可再生能源棄電，電解火電尾氣中的二氧化碳制備一氧化碳和氫（合成氣），為解決這些問題提供了新的思路。二、新能源形勢下火電降負荷調峰帶來的問題()設備安全與壽命問題1、頻繁熱應力變化:火電機組在頻繁降負荷調峰過程中，鍋爐、汽輪機等關鍵設備需承受大幅度的溫度變化和壓力波動。例如，鍋爐的受熱面在溫度急劇變化時，會產生熱應力，長期積累可能導致金屬材料疲勞損傷，引發管道破裂、泄漏等安全事故。2、低負荷運行影響:低負荷運行時，鍋爐的燃燒工況變差，容易出現燃燒不完全的情況，導致積灰、結焦等問題，影響鍋爐的熱傳遞效率和正常運行。汽輪機在低負荷下運行，蒸汽流量減小，葉片所受的蒸汽沖擊力和摩擦力發生變化，容易引起葉片振動、磨損加劇，降低汽輪機的效率和可靠性。(二)經濟成本問題1、能耗增加:隨著機組負荷率的下降，火電機組的發電標準煤耗通常會先緩慢升高，后迅速升高。在低負荷時，若鍋爐燃燒狀況惡化，將進一步影響鍋爐效率，使發電煤耗大幅上升。據相關數據顯示，1000兆瓦超超臨界濕冷煤電機組以20%的負荷運行時，供電煤耗為367克/千瓦時-385克/千瓦時，負荷從40%降至20%時，供電煤耗上升了約462、維護成本上升:頻繁的降負荷調峰加速了設備的磨損和老化，增加了設備的維修和更換頻率，導致維護成本大幅上升。同時，為了適應深度調峰的要求，部分火電機組需要進行技術改造，如增加靈活性改造設備、優化控制系統等，這也需要投入大量的資金。(三)電網穩定運行問題1、調頻能力受限：新能源發電的間歇性和波動性使電網的頻率穩定性變差。火電降負荷調峰后，開機容量減少，系統的慣量和調頻能力降低，難以快速響應電網頻率的變化，可能導致電網頻率波動超出允許范圍，影響電網的安全穩定運行。2、電壓支撐不足：火電機組在降負荷調峰過程中，輸出的無功功率會發生變化，可能導致電網局部電壓降低。特別是在新能源發電集中的地區，如果火電調峰后無法提供足夠的電壓支撐，容易引發電壓穩定問題，如電壓崩潰、電壓閃變等，影響電力系統的正常供電。穩定的電網運行對于新能源的消納至關重要，而火電調峰帶來的電網問題間接影響了新能源的發展，不利于能源結構向低碳轉型，進而影響火電碳中和目標的實現。(四)環保排放問題1、污染物排放增加：火電機組在低負荷運行時，燃燒效率降低，為維持機組穩定運行，往往需要增加燃料供給量，這會導致污染物排放量增加，如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等。同時，低負荷運行時，脫硝、脫硫等環保設備的運行效率也可能受到影響，進一步加劇污染物的排放。這些污染物的排放不僅對環境造成危害，還可能面臨更嚴格的環保監管和處罰，增加火電企業的運營成本。2、溫室氣體排放增加:由于低負荷運行時能耗增加，相應地，二氧化碳等溫室氣體的排放量也會隨之增加，這與我國“雙碳”目標的要求相悖。火電行業作為碳排放的重點領域，其碳排放的增加使得實現碳中和的任務更加艱巨。大量的碳排放不僅受到政策的約束，還面臨著來自社會各界對環境保護的壓力，火電企業在減排方面面臨巨大挑戰。三、利用余電和棄電電解火電尾氣中二氧化碳制備一氧化碳和氫的方案()方案概述該方案旨在利用火電降負荷調峰過程中無法下降的余電以及周邊可再生能源產生的棄電，通過電解技術將火電尾氣中的二氧化碳轉化為一氧化碳和氫（合成氣）。具體流程為：首先，從火電尾氣中抽取二氧化碳，經過凈化和富集處理后，將其輸送至電解裝置。同時，利用電廠的余電和周邊綠電棄電。在電解裝置中，二氧化碳和水在電能的作用下發生電解反應，生成一氧化碳和氫（合成氣）。生成的一氧化碳和氫（合成氣）經過存儲環節后，可回爐摻燒用于發電，或者作為化工原料供應給其他產業，如綠色甲醇、綠色航煤、綠色乙二醇等。(二)關鍵技術環節i二氧化碳富集i電解技術i二氧化碳富集i電解技術1、二氧化碳富集技術:從火電尾氣中高效富集二氧化碳是該方案的關鍵步驟之一。碳能科技在上一個項目榆林橫山電廠的方案中，采用了創新的化學吸收法。其開發的新型吸收劑，對二氧化碳具有極高的選擇性和吸收容量，能夠快速且大量地從尾氣中富集二氧化碳。該吸收劑確保了二氧化碳的高純度收集，滿足后續電解過程的嚴苛要求，同時在火電碳中和壓力下，極大地提高了二氧化碳的回收利用效率，顯著減少了碳排放。2、電解技術:碳能科技應用了自主研發的電解槽技術。該技術展現出卓越的電解性能，大幅提升了二氧化碳的轉化率。通過優化電極材料和電解槽結構，有效降低了電解過程中的能耗，提高了整體效率。同時，該電解槽具備良好的穩定性和耐久性，能夠適應大規模、長時間的電解作業需求。從火電碳中和角度來看，這種高效的電解技術加速了二氧化碳的轉化，極大地減少了碳排放，且合理的成本控制使得該技術在火電行業具有良好的推廣應用前景，為火電企業實現碳中和目標提供了有力的技術支撐。(三)方案優勢1、能源綜合利用與環保協同減少二氧化碳排放:通過捕集和轉化火電尾氣中的二氧化碳，直接降低了溫室氣體的排放，有助于實現碳減排目標。資源回收利用:將二氧化碳轉化為有價值的一氧化碳和氫（合成氣實現了資源的回收利用，提高了能源利用效率。2、調峰靈活性與可再生能源消納增強火電調峰能力:利用余電和棄電進行電解，將多余的能量轉化為化學能存儲起來，在需要升負荷時回爐摻燒，增加了火電的調峰靈活性。促進可再生能源消納:有效利用了可再生能源的棄電，提高了可再生能源在能源系統中的消納比例，推動能源結構向低碳化轉型。3、經濟效益提升產品增值:制備的一氧化碳和氫（合成氣）可以回爐摻燒，減少傳統燃料的使用量。同時，它們在化工等領域也有廣泛應用價值，如生產綠色甲醇、綠色航煤，可帶來額外經濟收益。設備利用率提高:提高了電廠設備的整體利用率，減少了因調峰而導致的設備閑置時間，從長期來看，可分攤設備的固定成本，提高電廠的經濟效益。新能源形勢下，火電降負荷調峰帶來的設備安全、經濟成本、電網穩定和環保排放等問題亟待解決。利用負荷無法下降的余電和周邊可再生能源棄電電解火電尾氣中的二氧化碳和水制備一氧化碳和氫（合成氣）的