煤电近零碳排放技术——国内首套百千瓦IGFC系统通过考核_风闻
CCUS-2022-09-16 08:08
9月11日，有关专家在国家能源集团宁夏煤业IGFC试验基地，对国家重点研发计划项目“CO2近零排放的煤气化发电技术”IGFC（整体煤气化燃料电池发电）试验示范系统性能指标，进行了现场考核。
图为国内首套百千瓦级IGFC试验示范系统
专家组听取了课题组汇报，论证了装置性能测试方案，现场考察了试验装置，查阅了运行数据、原始记录等，对试验装置输入热功率、发电功率、发电效率、二氧化碳捕集率等性能指标进行了评定：燃料电池系统最大发电功率101.7千瓦，燃料电池模块最大发电效率57.3%，二氧化碳捕集率98.6%。通过质询和讨论，专家一致认为测试结果真实、准确、有效。
IGFC主要包括煤气化及净化、燃料电池发电、尾气燃烧余热回收3个模块，燃烧得到的CO2和
H2O的混合气体可耦合CO2捕集及封存技术、固体氧化物电解池（ SOEC） 技术等。
其中煤气化及净化已经在煤化工领域成熟应用，而大功率固体氧化物燃料电池发电系统SOEC是的IGFC系统关键核心技术（也是氢能高效安全利用技术之一），2021年12月国家能源集团北京低碳清洁能源研究院自主研发的第二代20千瓦级固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统在宁夏煤业实验基地顺利完成试车。
图为20千瓦SOFC发电系统外观
系统性能测试中，以氢气为燃料时系统最大发电功率21.3千瓦，发电效率57.7%，燃料利用率82.9%；以煤制合成气为燃料时系统最大发电功率21.2千瓦，发电效率55.6%，燃料利用率83.7%。发电系统在氢气与煤制合成气工况下均实现了长周期稳定运行，系统功率衰减分别为1.1%/1000小时（氢气工况）和1.5%/1000小时（合成气工况）,达到国际先进水平。该发电系统能够使用多种不同燃料发电，包括氢气、合成气、天然气、沼气以及液体燃料等，SOFC发电模块将燃料中的化学能直接转化为电能，在发电模块后端设计有碳捕集装置，对尾气中高浓度CO2进行捕集，可实现CO2近零排放。研发团队在掌握SOFC发电系统核心技术基础上，对去年的第一代20千瓦级发电系统进行结构与工艺双重技术改进，优化后的新一代20千瓦级SOFC发电系统结构更简洁，易于集成放大至更大规模的发电系统，便于实现规模化生产，且确保发电模块与控制系统安全稳定运行。
中国矿业大学（北京） 固体氧化物燃料电池中心团队研究了IGFC系统中SOFC阳极尾气经催化燃烧得到 CO2和H2O的高温混合气体，耦合可再生能源，通过固体氧化物电解池（ ＳＯＥＣ）高效电解，得到 Ｈ2和CO混合气，达到能量转化和储存目的，耦合能源化工生产过程，提出了CO2转化利用的新思路。
IGFC系统是碳基燃料发电新技术的重要发展方向，国际上经过日本、美国、法国、丹麦、荷兰、韩国、新加坡等国20多年的基础研究积累，正在走向示范应用。 该技术能否成为主导未来发电技术的主流，关键在于成本控制和燃料电池技术的成熟度。众所周知，IGFC的核心技术———SOFC电池技术目前未能实现完全的产业化，其关键材料的低成本量产制备和一致可靠电池堆的批量化生产，一直是产业化进程中的最大阻碍。 因此实现关键材料的低成本规模化加工、突破关键器件的高性能及长期稳定性，都是碳发展的关键因素。
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