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燃煤发电技术（CCS）在未来欧洲西北电力系统大型风力发电中的优势 1.简介人为温室气体的排放导致了气候的变化。为了减缓气候变化的不利影响，与2000年相比，目标到2050年，保持全球气温的上升低于2.0-2.4C，减少温室气体50-85的排放（IPCC，2007）。欧洲联盟打算在2050年，减少其温室气体排放量低于1990年的水平的80-95（EC，2011A）。因此，电力行业将需要转向低碳发电，如可再生能源、电厂碳捕获和封存（CCS）以及核电厂（EC，2011B）。结合化石燃料电厂的可再生能源的大型股将有间歇性发电厂系统运行和财务运营并发症，这也适用于配备了CCS的燃煤电厂在电力系统中严格的减排目标。间歇性可再生能源发电的低可变成本，让他们在优先顺序中位于前面位置，从基本负荷将燃煤电厂的位置优势移向中间。燃煤电厂必须平衡可再生能源生产的间歇性变化和提供足够的原料储备，以至于操作起来有更加频繁的斜坡和更多变化的启停周期。此外，此消彼长的容量因子降低了燃煤电厂的优点。较低的容量因子显著地威胁着这些发电厂经济运行的可行性，因为它们需要高容量因子（ 80），以便于能够密集安装，从而获得更多的利益（NETL，2010）。捕获单元（“灵活的CCS”）的灵活操作被认为是一个提高发电厂的灵活性和发电厂的CCS的经济表现的解决方案（查尔莫斯和吉本斯，2007年）。捕获单元的灵活操作使得其负荷和相关的能量需求可暂时独立地减小发电厂的负荷。因此，发电厂的净功率输出可以暂时增加。这增加了发电厂对其中优势电厂资产调动的灵活性。此外，增加电力生产可以提高电价和提供平衡的服务，从而提高了发电厂的时收入（查尔莫斯和吉宾斯，2007年）。首字母缩写词列表CAES 压缩空气储能CCS 碳捕获和储存CHP 热电联产GHG 温室气体NTC 净转移能力MWPHES 抽水蓄能储能VOLL 失去负荷的价值VORS 储备短缺的价值灵活的CCS的好处取决于在何种程度上捕获单元可以降低能量的需求，因为它决定能量损失（降低净功率输出）的大小。相对于其他的CO2捕获技术，通过灵活的CCS操作使大多数胺溶剂燃烧后CO2捕集的能量需求可以减小（海恩斯和戴维森，2009）。对于燃烧后两个灵活的二氧化碳捕集装置的经营策略已经文献报道：通风和溶剂储存。排气由排气烟道直接排入大气，从而绕过所述的CO2捕获单元并在很大程度上降低了它的能量消耗。溶剂储存涉及溶剂额外的两个水库，使捕获单元捕获二氧化碳，而最耗能的步骤推迟捕获过程（查尔莫斯和吉宾斯，2007年）。一些研究调查的燃烧后捕获单元的灵活操作的效果，但它们包含了一些局限性，系统蒸发散从中我们希望改善。然而，他们的结论是，灵活的操作往往会增加净电厂的收入。重要的因素是电和CO2的价格，其分别确定的情况下排出的额外收入和额外费用。许多工程为重点的研究假定固定（历史）电价。这个基本方法没有考虑捕获单元对电价的操作灵活的反馈效应考虑在内，也没有与其他发电机的竞争，因此可能高估灵活CCS的好处。四份研究报告评估了灵活捕捉的好处与电力系统模型，注重经济性一般较少的技术细节。这四个只研究弹性放空，并增加的报告为碳价100兆瓦建模在个人基础上，而在卫星区是由发电厂技术聚合。下面的技术是有区别的：煤炭汽轮机，天然气联合循环，燃气轮机，重油蒸汽涡轮茎，核能，水能储存，抽水蓄能水电，径流式水电河，陆上风力发电，海上风力发电，太阳能和生物质。热电厂在该操作中有16种技术经济参数输入，包括柔韧性，可靠性和效率参数描述，如在附录C中所列出的参数。在表12中为发电能力的安装参数，关于荷兰的发展概述展示在表6中。荷兰热电联产电厂（热电联产电厂）比在其他地区进行建模有更多细节。三种荷兰热电联产电厂的区分：工业供热，集中供热和热园艺。工业热电联产电厂建模通过将每日最低的75的容量因子“必须运行”（科特布斯拉德，2008）。集中供热热电联产电厂经常有燃气锅炉辅机，因此与建模燃气锅炉的机会成本是折价随每月的热量需求。园艺热电联产电厂大多是小型燃气轮机和燃气发动机，这经常是与储热设施相连。增加了这些热电联产电厂的调度模式的灵活性，因此他们不认为是“必须运行”。在其他地区的热电联产电厂的必须运行字符通过定义75的日最低容量系数为这些热电联产电厂约束建模。4.4 可再生能源在风能、太阳能的基础上，以已安装运行的河水发电机的发电量和每小时可用性文件配置为蓝本。基于历史气象测量，安装的容量是根据国家可再生行动计划，以及可用性文件配置来决定（JRC，2010; NOAA/ OAR/ ESRL PSD ，2008）。荷兰未来的风能和太阳能光伏发电容量见表6。到2020年，荷兰的风力发电预计将增长到32.4亿千瓦时，到2030年，将持续增长到60.0亿千瓦时。2020至2030年，太阳能光伏发电将增长到0.6亿千瓦时。表6 2020年和2030年荷兰的总装机容量概述。GW 2020 2030铀 0.5 0.5煤（包括CCS） 8.2 6.6集中供热热电联产 0.6 0.6天然气 24.3 17.7工业热电联产 2.9 1.6集中供热热电联产 1.6 0.0热电园艺联产 2.5 2.5生物质能 2.9 2.9德鲁海 0.2 0.2岸风 6.0 6.0近海风 5.2 13.8太阳能光伏 0.7 0.74.5 辅助服务荷兰电力系统准备通过要求准备金定义和约束储备能力，每一个时限内的类型需要提供特定的准备金作为最低金额的蓝本。在其他区域中的储备要求与这些发电厂的最大发电量进行减少模拟。四种类型的储备是有区别的，其中每个类型包括向上和向下储备量（见表7）：1. 被模拟为固定份额容量的主控制储备只能被用于提供这种储备。它的大小是燃煤电厂最大容量的1.4和天然气电厂的2.8。2. 二次调控储备是通过指定所需的储备总量以及备用容量，可以提供给每个电厂多种数量的模型。3. 三级控制储备以类似二次调控储备的方式为蓝本，但具有较大的准备金要求。4. 每小时控制储备是一个额外的类型，目前并不存在每小时控制储备。其目的是为了平衡大规模风电的预测误差。基于4的平方根误差来预测和假设其大小。应用所安装的的风力发电机发电能力的12作为备用容量置信水平的需求结果。表7荷兰电力市场的储备模型概述（ENTSO-E，2009; TenneT，2013年）。主控制储备 二级调控储备 三级控制储备 每小时储备储备规模 n.a.a 350 1000 1344-2372b可用储备 n.a.a 15min 15min 4h天然气厂 1.4% 100% 100% 100%煤厂 2.8% 4575% d 4575% d 100%CCS装置 n.a. 4575% e 4575% e 100%图8. 欧洲电力市场模型中的西北欧洲市场模式蓝本拓扑5.结果5.1 灵活的CCS技术在电厂中的优势为了确定灵活的CCS在发电厂中的级别及优点，我们来看看容量因子、产生收入和存款准备金的规定。这些结果是基于两个燃煤电厂（柔性）的CCS的平均值。5.1.1容量因子容量因子是通过将平均每小时的发电量按最大容量进行计算。为使电厂具有灵活的CCS，我们使用“正常”发电厂发电和附加发电从而利用所述捕获单元的通气或溶剂存储灵活性产生的电力。图9显示，从2020年到2030年，灵活捕捉单元操作增加了发电应用。在2020年，每种类型的灵活CCS的发电存在放空。在2030年，相比总发电量整个燃煤电厂（灵活）CCS发电约4亿千瓦时。烟气放空很少应用，因为额外排放的成本分配给了它们。这导致高比排放（3.7吨/兆瓦时）和高排放相关的费用增加：2020年，132 D /兆瓦时；2030年，416 D /兆瓦时。从2020年到2030年，储存的溶剂有125的再生能力的情况下，给溶剂储存盒施加富溶剂贮存的发电量比柔性的CCS低4-7倍。灵活的CCS溶剂储存 - 125再生的情况下产生的电力作为其增加的压缩机产能的结果。如果没有额外的再生能力，再生的假设可能要局限于小时，因为电价低，其中燃煤电厂灵活的CCS溶剂储存工作存在部分负荷。或它仅限于小时，其中电厂降低其成本存储富溶剂，由此形成一个更昂贵的发电厂发电模式（增加对荷兰的总发电成本）。 在荷兰和其周边国家，灵活的CCS与溶剂储存发电为12亿千瓦时，2020年的发电量为23亿度电，在2030年的发电量来自灵活CCS溶剂储存的较高，2030年比2020年的发电量有所上升。由于燃煤电厂往往运行在部分负荷工作之中，因此要增加可再生能源发电能力。在部分负荷的运行时间增加，使富溶剂储存再生加强。此外，2030年相比2020年，在柔性的CCS与溶剂存储 - 125的再生情况下，增加的部分负荷运行时降低了超尺寸汽提器和其再生能力125的益处，从而导致年电力生产降低。 5.1.2 发电净收益发电营业净收入被定义为从电力收入减去所有可变发电成本（如燃料，排放，变量操作和维护，以及开始成本）的收入。图11表明，随着发电厂周围CCS的增加，发电净收入从2020年的49MD增长到2030年的86MD，电价有了明显的提高。燃煤发电厂灵活CCS放空收入略低于CCS收入的参考案例：在2020年的发电净收入为-1.5（ - 1 MD），2030年发电收入下降为-4 MD。在2030年部分地区的烟道排气量3.2 MD，造成能发射成本升高，提供储备能力下降。图11的CCS-参考案例还显示，燃煤电厂的发电净收入和灵活CCS与溶剂储存情况之间的差别很小：灵活CCS溶剂储存从3（1.5 MD）收入下降到2020年的2.5（2.4 MD），在2030年有了更高的收入。这增加的收入弹性CCS与溶剂储存导致灵活CCS与溶剂储存6年的投资回收期和灵活的CCS溶剂储存125再生能力。5.1.3截至储备规定 储备规定是被提供的时段的持续时间设置（GW）向上备用容量的总和。燃煤电厂（柔性）CCS累积起来的准备金见图12：蓝条显示，通过增加煤炭的输入提供燃煤电厂的外汇储备，而绿条显示了灵活的CCS提供额外的外汇储备。图12显示出，在2020年增加储备规定后柔性的CCS将不到50亿度用于CCS-参考案例375-450亿千瓦时，在2030年增加了从75千兆瓦至310-414亿千瓦时用于柔性CCS的450吉瓦时对应的注册表项，以荷兰的规定的年度最高的备用容量17。采用德国市场的平均二级备用容量的价格，在2013年所提供的风能和太阳能光伏是国民需求的13，4.1 D /MW（2014年第1季度）。自从大量增加了储备提供柔性捕获单元加大了储备规定：增加370至410亿千瓦时，2020年增加210至350万度在2030年灵活的捕捉设备提供“备用发电的能力为达储备。从灵活的捕获单元储备提供了最好的准备金按规定不灵活的CCS电厂（从系统成本最小化的角度来看）：从柔性捕获单元向上大的储备规定不收取额外费用（假设燃煤电厂正在运行），而没有灵活的CCS电厂必须在部分负荷运转，因此产生降低工作效率。向上储备规定在2030年灵活的捕获单元的工作效率低于2020年，因为燃煤电厂在2030年更经常地运行在部分负荷。燃煤电厂灵活的CCS放空比规定的燃煤电厂CCS灵活溶剂储存提供了更多的储备：相比于2020年的3809亿千瓦时，到2030年有354亿度与2112吉瓦，增加449亿度电。向上储备提供三种灵活的CCS案件。此外，在两个柔性的CCS与溶胶通气孔存储向上储备经费受到溶剂使用的量限制。5.2 灵活的CCS对其他国家的影响 我们还评估了灵活的CCS对年平均电价的影响，荷兰电力行业的二氧化碳排放强度，并削减荷兰风内（表8）量的影响。在CCS-参考案例和三个柔性的CCS之间的差异非常小：用于联合电价小于0.6，所用而溶剂时的排放和风力削减小于2。 灵活CCS对这些指标的影响很小，由于小幅增加灵活的CCS可以提供发电能力。小的变化可以归因于准备金提供灵活的CCS还要变化单位承诺和调度为全国最低成本最优化的一部分。5.3 敏感性分析 更改溶剂存储大小执行的敏感性分析，CO2的价格与燃料价格，风力发电装机容量和CO2价格（表9）的组合。选择运行中12周的执行情况来代表2020年的所有状况，所有的结果都基于本节。结果表明，这些输入变化主要影响燃煤电厂本身的调度，而不是使用柔性捕获单元的灵活性。5.3.1 4小时的溶剂存储容量 从2小时的4g增加溶剂的存储容量产生灵活的CCS与溶剂存储高达50（按每年0.2-0.3 MD增加代收益）。该保护区规定不受影响。然而，增加的收入并不能证明在4小时溶剂的存储投资成本增加了一倍。 4小时溶剂存储选项非常类似于2小时溶剂储存。因此，2小时和4小时的存储灵敏度一起报道。5.3.2 CO2的价格图13显示改变一代CO2的价格，电厂储备供应和输入的影响。它表明，电厂的发电和收入情况下的CO2的价格作为发电厂的结果。（柔性）的CCS减少被移动到择优顺序和更高位置的低电价，在择优顺序换档主导下的CO2 价格的影响。溶剂贮存的使用增加部分负荷操作的结果。然而，过度的尺寸标注降低再生能力的好处：发电从125再生的情况下收敛至正常灵活CCS溶剂储存箱。灵活CCS通风降低二氧化碳更具吸引力的价格因为相关的排放成本降低：CO2放空量的增加，即从0到250GWh的低价格情况。5.3.3 CO2的价格和燃料的价格 CO2和燃料的价格极其的敏感容易发生