煤電近零碳排放技術——國內首套百千瓦IGFC系統通過考核_風聞
CCUS-2022-09-16 08:08
9月11日，有關專家在國家能源集團寧夏煤業IGFC試驗基地，對國家重點研發計劃項目“CO2近零排放的煤氣化發電技術”IGFC（整體煤氣化燃料電池發電）試驗示範系統性能指標，進行了現場考核。
圖為國內首套百千瓦級IGFC試驗示範系統
專家組聽取了課題組彙報，論證了裝置性能測試方案，現場考察了試驗裝置，查閲了運行數據、原始記錄等，對試驗裝置輸入熱功率、發電功率、發電效率、二氧化碳捕集率等性能指標進行了評定：燃料電池系統最大發電功率101.7千瓦，燃料電池模塊最大發電效率57.3%，二氧化碳捕集率98.6%。通過質詢和討論，專家一致認為測試結果真實、準確、有效。
IGFC主要包括煤氣化及淨化、燃料電池發電、尾氣燃燒餘熱回收3個模塊，燃燒得到的CO2和
H2O的混合氣體可耦合CO2捕集及封存技術、固體氧化物電解池（ SOEC） 技術等。
其中煤氣化及淨化已經在煤化工領域成熟應用，而大功率固體氧化物燃料電池發電系統SOEC是的IGFC系統關鍵核心技術（也是氫能高效安全利用技術之一），2021年12月國家能源集團北京低碳清潔能源研究院自主研發的第二代20千瓦級固體氧化物燃料電池（SOFC）發電系統在寧夏煤業實驗基地順利完成試車。
圖為20千瓦SOFC發電系統外觀
系統性能測試中，以氫氣為燃料時系統最大發電功率21.3千瓦，發電效率57.7%，燃料利用率82.9%；以煤制合成氣為燃料時系統最大發電功率21.2千瓦，發電效率55.6%，燃料利用率83.7%。發電系統在氫氣與煤制合成氣工況下均實現了長週期穩定運行，系統功率衰減分別為1.1%/1000小時（氫氣工況）和1.5%/1000小時（合成氣工況）,達到國際先進水平。該發電系統能夠使用多種不同燃料發電，包括氫氣、合成氣、天然氣、沼氣以及液體燃料等，SOFC發電模塊將燃料中的化學能直接轉化為電能，在發電模塊後端設計有碳捕集裝置，對尾氣中高濃度CO2進行捕集，可實現CO2近零排放。研發團隊在掌握SOFC發電系統核心技術基礎上，對去年的第一代20千瓦級發電系統進行結構與工藝雙重技術改進，優化後的新一代20千瓦級SOFC發電系統結構更簡潔，易於集成放大至更大規模的發電系統，便於實現規模化生產，且確保發電模塊與控制系統安全穩定運行。
中國礦業大學（北京） 固體氧化物燃料電池中心團隊研究了IGFC系統中SOFC陽極尾氣經催化燃燒得到 CO2和H2O的高温混合氣體，耦合可再生能源，通過固體氧化物電解池（ ＳＯＥＣ）高效電解，得到 Ｈ2和CO混合氣，達到能量轉化和儲存目的，耦合能源化工生產過程，提出了CO2轉化利用的新思路。
IGFC系統是碳基燃料發電新技術的重要發展方向，國際上經過日本、美國、法國、丹麥、荷蘭、韓國、新加坡等國20多年的基礎研究積累，正在走向示範應用。 該技術能否成為主導未來發電技術的主流，關鍵在於成本控制和燃料電池技術的成熟度。眾所周知，IGFC的核心技術———SOFC電池技術目前未能實現完全的產業化，其關鍵材料的低成本量產製備和一致可靠電池堆的批量化生產，一直是產業化進程中的最大阻礙。 因此實現關鍵材料的低成本規模化加工、突破關鍵器件的高性能及長期穩定性，都是碳發展的關鍵因素。
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