■ 張全斌/周瓊芳

（1.浙江省能源集團(tuán)有限公司，杭州 310007；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計院有限公司，杭州 310012）

0 引言

CO2是全球最主要的溫室氣體。根據(jù)國際能源署發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年全球能源領(lǐng)域CO2排放總量達(dá)到368×108t，年增長0.9%，其中排放增量最大的行業(yè)是火力發(fā)電，年增長1.8%。2022年我國火力發(fā)電行業(yè)CO2排放量增長了2.6%，其中燃煤發(fā)電的排放增量達(dá)3%[1]。我國是全球最大的化石能源生產(chǎn)國、消費(fèi)國和CO2排放國，2022年我國能源領(lǐng)域CO2排放總量為112×108t，占全球CO2排放總量的30.4%[2]。

自2020年我國在聯(lián)合國大會上宣布“雙碳”目標(biāo)以來，我國能源消費(fèi)進(jìn)入清潔低碳的新發(fā)展階段，“雙碳”目標(biāo)深刻影響我國的能源消費(fèi)進(jìn)程，預(yù)計2030年前后我國能源領(lǐng)域CO2排放將達(dá)到頂峰[3]。但是隨著2023年進(jìn)入后新冠疫情時代，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，我國增加了煤電行業(yè)的投資，存量和增量煤電機(jī)組的疊加增大了火力發(fā)電行業(yè)的CO2減排壓力。目前，我國發(fā)電領(lǐng)域CO2減排的途徑主要有：①通過科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步提高能源使用效率，降低CO2排放強(qiáng)度；②采用技術(shù)手段進(jìn)行CO2捕集、利用與封存（Carbon Capture Utilization and Storage，CCUS）；③優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展無（低）碳可再生能源。

CO2捕集作為最直接的控制CO2排放的措施，能夠助力火力發(fā)電行業(yè)較早進(jìn)入CO2加速減排階段。對于火力發(fā)電行業(yè)而言，燃煤是最主要的CO2排放來源，燃煤電廠的CO2排放具有集中、穩(wěn)定、量大等特點(diǎn)，為大規(guī)模減排CO2提供了條件。引入CO2捕集系統(tǒng)可有效緩解化石燃料利用與CO2減排之間的矛盾，該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。截至2020年，全球CO2捕獲能力達(dá)到0.4×108t[4]，CO2捕集技術(shù)將成為我國未來火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模減排CO2最重要的技術(shù)手段[5]，預(yù)計2060年我國仍將有5.4×108tCO2排放需要通過捕集技術(shù)進(jìn)行消解[6]，捕集技術(shù)對我國“碳中和”的貢獻(xiàn)度將達(dá)到10%[3]。盡管CO2捕集技術(shù)被廣泛認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效手段和解決方案，但大規(guī)模推廣應(yīng)用仍然面臨著較大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)挑戰(zhàn)。有資料顯示，目前我國CCUS全流程成本為120～900元/t[7]，其中CO2捕集是CCUS系統(tǒng)中能耗與成本最高的環(huán)節(jié)，約占總成本的70%～90%[8-9]；有研究表明，加裝CO2捕集裝置后，燃煤電廠的平準(zhǔn)化度電成本上升29%～32%[10]。

對于發(fā)展無（低）碳能源，氫能是很好的無碳能源載體，氫能在儲能、燃料電池、發(fā)電和建筑用能等領(lǐng)域具備應(yīng)用前景。與CCUS技術(shù)類似，氫能的各類應(yīng)用場景也存在成本方面的短板，以水電解“綠氫”為例，水電解制氫的成本比“灰氫”價格高87%～140%，較“藍(lán)氫”高16%～34%，缺乏市場競爭力[11]；同時，水電解制氫的副產(chǎn)品“高純度氧”的應(yīng)用場景匱乏，市場空間不大，增加了水電解制氫的隱性成本。與此同時，CO2捕集技術(shù)的富氧燃燒需要高氧環(huán)境和大量穩(wěn)定的氧氣資源，需要較高的制氧成本，這為CO2捕集與水電解制氫耦合應(yīng)用提供了研究思路。

基于我國“雙碳”目標(biāo)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，燃煤電廠的CO2捕集技術(shù)、風(fēng)/光發(fā)電技術(shù)、氫能技術(shù)是國內(nèi)研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。從研究內(nèi)容看，CO2捕集技術(shù)側(cè)重于工藝流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[12-13]，如CO2捕集技術(shù)方案、運(yùn)行機(jī)制、運(yùn)行優(yōu)化，以及捕集系統(tǒng)投資、能耗和度電成本分析等；富氧燃燒技術(shù)的研究主要停留在運(yùn)行機(jī)理和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性層面，多為基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)方面綜述性的文獻(xiàn)，缺乏氫-風(fēng)-光-電綜合能源系統(tǒng)中引入富氧燃燒技術(shù)的研究文獻(xiàn)；氫能技術(shù)注重技術(shù)研發(fā)和各類應(yīng)用性研究，但是國內(nèi)氫能的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尚處于初始階段，氫能制備環(huán)節(jié)較少涉及副產(chǎn)品“氧”耦合技術(shù)的探索?！半p碳”目標(biāo)下，基于水電解制氫的副產(chǎn)品“氧”及富氧燃燒較高的制氧成本，提出基于“富氧燃燒”的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型，為探尋適合我國國情的燃煤電廠CO2捕集技術(shù)的發(fā)展路徑提供思路。

1 CO2捕集技術(shù)綜述

CO2捕集技術(shù)（CO2capture technology）是指通過技術(shù)手段將CO2進(jìn)行富集、分離、收集的過程。CO2捕集技術(shù)最初被用于天然氣分離伴生的CO2，20世紀(jì)80年代末，美國麻省理工學(xué)院首次針對大型固定排放源CO2捕集技術(shù)（Carbon Capture and Sequestration Technologies，CC＆ST）進(jìn)行系統(tǒng)性研究[14]。按照煤炭燃燒產(chǎn)生CO2的時間次序，CO2捕集技術(shù)可分為以整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)為代表的燃燒前捕集（Precombustion）、以富氧燃燒和化學(xué)鏈燃燒技術(shù)為代表的燃燒中捕集（In-combustion）和以吸收法為代表的燃燒后捕集（Post-combustion）3種[15]。各類CO2捕集技術(shù)見圖1。

圖1 CO2捕集技術(shù)分類示意圖

燃燒前捕集技術(shù)主要應(yīng)用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）及煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（Integrated Gasification Fuel Cell Combined Cycle，IGFC），即利用煤氣化技術(shù)將煤轉(zhuǎn)化為合成氣，通過吸收、吸附分離工藝將CO2進(jìn)行分離和收集。燃燒前捕集技術(shù)在捕集效率和污染物控制方面具有顯著優(yōu)勢，捕集煙氣CO2濃度高、雜質(zhì)少，能夠克服燃燒后捕集技術(shù)煙氣流量大、CO2濃度低等缺點(diǎn)，但是IGCC發(fā)電技術(shù)仍面臨經(jīng)濟(jì)性差、可靠性低等問題[16-17]，采用該技術(shù)的燃煤電廠發(fā)電效率要比燃煤發(fā)電平均效率下降7%～10%[18]。2016年，我國首套燃燒前CO2捕集裝置在華能天津250 MW等級IGCC示范項(xiàng)目試驗(yàn)成功，捕集規(guī)模為10×104tCO2/a，捕集單位能耗為1.907 GJ/tCO2。IGFC整體能量轉(zhuǎn)化效率比IGCC高10%～15%；CO2捕集率超過99%，較IGCC高10%左右，且CO2捕集成本相對較低[19]。目前，制約IGFC系統(tǒng)規(guī)模化應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸在于高溫燃料電池技術(shù)，以及系統(tǒng)集成優(yōu)化技術(shù)和長周期運(yùn)行能力[20-21]。

燃燒后捕集技術(shù)是在燃煤鍋爐燃燒排放的煙氣中捕集CO2，燃燒后捕集技術(shù)工藝相對簡單，技術(shù)成熟度高，CO2分離工藝種類豐富，具有較高的靈活性，適用范圍廣，易于現(xiàn)有電廠改造實(shí)施，目前我國90%以上的燃煤電廠CO2捕集示范工程采用燃燒后捕集技術(shù)[22]。2008年，我國首個燃燒后CO2捕集項(xiàng)目在北京華能熱電廠投入使用。2021年6月，我國規(guī)模最大的燃煤電廠燃燒后捕集示范項(xiàng)目在陜西國華錦界電廠投入運(yùn)行，捕集規(guī)模達(dá)到15×104tCO2/a，捕集單位能耗為2.4GJ/tCO2。由于燃燒后捕集技術(shù)的煙氣CO2濃度低（9%～15%），分壓小、體積流量大，捕集設(shè)備體積龐大、能耗較高，導(dǎo)致電廠發(fā)電效率下降8%～13%[18]。

燃燒中捕集技術(shù)主要包含富氧燃燒技術(shù)（Oxyfuel combustion）和化學(xué)鏈燃燒技術(shù)（Chemicallooping combustion）。化學(xué)鏈燃燒利用載氧體將空氣中的氧與燃料結(jié)合反應(yīng)，產(chǎn)生高濃度的CO2混合氣體，直接分離CO2，具有效率高、能耗低、無需空分制氧的特點(diǎn)[23]。但由于該技術(shù)尚處于基礎(chǔ)研究階段，本文不展開論述。

富氧燃燒技術(shù)一般采用空氣分離得到的高純度氧（純度大于95%）和部分循環(huán)煙氣的混合氣體作為燃料氧化劑，富氧燃燒后煙氣中的CO2濃度便于CO2捕集，富氧燃燒技術(shù)又稱空氣分離/煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)。富氧燃燒技術(shù)具有燃燒效率高、CO2純度高、排煙損失小、設(shè)備占地小等優(yōu)點(diǎn)。1977年，Yaverbaum在其著作《Fluidized bed combustion of coal and waste materials》中首次提出富氧燃燒的概念，隨后該技術(shù)被Horne和Steinburg應(yīng)用于燃煤電廠的CO2捕集研究[24]。目前，我國富氧燃燒技術(shù)處于研究示范階段，2015年1月，華中科技大學(xué)35MW富氧燃燒工業(yè)示范項(xiàng)目完成點(diǎn)火試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)CO2捕集率超過90%，CO2捕獲濃度高于80%的目標(biāo)。與常規(guī)空氣燃燒條件相比，富氧燃燒條件下空分制氧系統(tǒng)和CO2壓縮純化裝置的能耗分別占據(jù)CO2捕集系統(tǒng)總能耗的66.2%和18.9%，造成電廠能耗成本大幅增加，電廠發(fā)電效率降低10%～12%[18,24-25]，運(yùn)行成本上升37%，捕集成本接近500元/tCO2[26]，高成本限制了富氧燃燒技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

從成本上看，燃燒后捕集技術(shù)的投資成本最低，但因運(yùn)行能耗大而導(dǎo)致捕集成本最高；燃燒前捕集技術(shù)的投資成本最高，運(yùn)行環(huán)節(jié)捕集成本最低；富氧燃燒捕集技術(shù)的投資成本和捕集成本介于二者之間[27]。目前，降低投資和能耗是提高富氧燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵，若能有效降低氧氣獲取成本，將顯著增強(qiáng)富氧燃燒技術(shù)在CO2捕集領(lǐng)域的競爭力。

2 富氧燃燒和水電解制氫（氧）技術(shù)耦合可行性分析

目前，CO2捕集技術(shù)的主要問題在于捕集技術(shù)的高能耗和高成本。綜合文獻(xiàn)資料，CO2捕集是CCUS系統(tǒng)中能耗與成本最高的環(huán)節(jié)，捕集部分的成本占總成本的70%～90%[8-9]，燃煤電廠CO2捕集改造將增加50%～100%的投資成本，增加10%～20%的能源消耗[28]，使燃煤電廠的平準(zhǔn)化度電成本升高29%～32%[10]。

一般來說，CO2濃度越高，捕集能耗和成本越低。富氧燃燒技術(shù)燃燒效率高，煙氣CO2濃度高、雜質(zhì)少，非常有利于CO2的提純、收集和儲存，顯然富氧燃燒技術(shù)已具備商業(yè)化規(guī)模示范條件。但是，富氧燃燒技術(shù)的制氧成本過高，既需要增加空分設(shè)備投資，又需要消耗巨大的能源，極大地制約了富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用推廣，從而影響了發(fā)電企業(yè)開展富氧燃燒CO2捕集項(xiàng)目的積極性。

根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》，燃煤電廠富氧燃燒技術(shù)的CO2捕集成本為400～600元/t，折合發(fā)電成本增加0.26～0.4元/(kW·h)，報告預(yù)計，至2025年富氧燃燒CO2捕集成本為300～480元/t，至2030年和2060年分別降至160～390元/t和80～130元/t[29]。2022年6月，科技部等9部門聯(lián)合印發(fā)《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022-2030年）》，聚焦CO2捕集技術(shù)的全生命周期能效提升和成本降低，著眼CO2捕集與可再生能源融合的工程技術(shù)研發(fā)，力爭到2025年實(shí)現(xiàn)單位CO2捕集能耗比2020年下降20%，到2030年下降30%[30]。

同時，氫能作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的無碳能源載體，高企的制取成本嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用和發(fā)展。以水電解“綠氫”為例，氫能在氫-風(fēng)-光-電耦合應(yīng)用場景不具備成本方面的優(yōu)勢[11]，根本原因在于水電解制氫的運(yùn)行成本偏高。水電解制氫的成本主要取決于電價水平，其中電費(fèi)占據(jù)成本的80%左右[31]，若電價為0.3元/(kW·h)時，制氫成本為1.8元/Nm3，比“灰氫”價格高87%～140%，較“藍(lán)氫”價格高16%～34%，缺乏市場競爭力[11]。

根據(jù)式（1），水電解工藝每生產(chǎn)1Nm3氫氣同時產(chǎn)出0.5Nm3氧氣，即生產(chǎn)1t氫氣產(chǎn)出8 t氧氣。按照2023年3月氧氣全國主流市場均價470元/t（0.672元/Nm3）計算，每生產(chǎn)1Nm3氫氣將產(chǎn)生0.336元的附加經(jīng)濟(jì)效益。以水電解制氫電價0.3元/(kW·h)為例，制氫成本將降為1.464元/Nm3，基本與“藍(lán)氫”平價。以傳統(tǒng)制氧工藝為例，變壓吸附法的純氧電耗約為0.32 kW·h/Nm3，空分制氧的純氧電耗約為0.42 kW·h/Nm3左右[32]。結(jié)合投資成本，變壓吸附法的制氧成本為0.22元/Nm3，空分制氧成本高達(dá)0.82元/Nm3[33]，空分制氧成本已經(jīng)高于氧氣市場價格。

高成本、高能耗、低收益對于富氧燃燒CO2捕集技術(shù)和水電解制氫（氧）技術(shù)的推廣是一個巨大挑戰(zhàn)。除了財政補(bǔ)貼等激勵政策，還需要通過技術(shù)創(chuàng)新，采用富氧燃燒CO2捕集與水電解制氫（氧）融合技術(shù)有效降低CO2捕集成本，為燃煤電廠CO2捕集和可再生能源制取“綠氫”提供技術(shù)發(fā)展新思路。

3 基于富氧燃燒技術(shù)的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型

據(jù)預(yù)測，未來電力在我國終端能源消費(fèi)中的占比將不斷攀升，預(yù)計2025年將達(dá)到30%，2035年將突破38%，2060年將接近80%，屆時我國主要能源消費(fèi)領(lǐng)域?qū)⒏采w電力終端消費(fèi)[34]。同時，我國電力的可再生能源發(fā)電量占比也將不斷攀升，風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展將是大勢所趨。鑒于風(fēng)電、光電屬于間歇性能源，具有波動性大和峰谷落差大等特點(diǎn)，電網(wǎng)系統(tǒng)需要配置儲能系統(tǒng)和調(diào)峰能力強(qiáng)的燃煤發(fā)電機(jī)組以平抑電網(wǎng)峰谷差，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定。有相關(guān)研究預(yù)測，2060年可再生能源、氫能和配套CO2捕集的燃煤發(fā)電將占據(jù)80%以上的電力消費(fèi)份額[3]，構(gòu)架碳-氫-風(fēng)-光-電耦合系統(tǒng)應(yīng)用模型將成為可能。圖2為基于“富氧燃燒”模式的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型示意圖。

圖2 基于富氧燃燒技術(shù)的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型示意圖

基于“雙碳”目標(biāo)，我國煤炭清潔化利用發(fā)電技術(shù)的整合勢在必行，CO2捕集技術(shù)將是我國火力發(fā)電行業(yè)實(shí)現(xiàn)CO2減排目標(biāo)的重要技術(shù)著力點(diǎn)。據(jù)此提出基于富氧燃燒技術(shù)的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合應(yīng)用場景構(gòu)想：以氧氣的制取、供應(yīng)和利用為媒介，利用富氧燃燒的CO2捕集技術(shù)，以水電解“綠氫”行業(yè)為依托，通過發(fā)電/電網(wǎng)電力傳輸紐帶，構(gòu)織新能源-傳統(tǒng)能源深度融合的CO2減排體系。由圖2可見，基于富氧燃燒技術(shù)的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合應(yīng)用場景表現(xiàn)為電-氣-電（Power to Gas to Power，PGP）的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換流程，由電能鏈和氧氣鏈構(gòu)成。電能鏈由風(fēng)/光可再生能源發(fā)電的富余電力和燃煤電廠低谷時段的廠用電，通過水電解工藝制取氧氣，利用氧氣儲存設(shè)施融入燃煤發(fā)電系統(tǒng)，將電力反饋送入電網(wǎng)，氧氣儲存設(shè)施可以平抑水電解制氧與富氧燃燒鍋爐之間的運(yùn)行負(fù)荷差，幫助電網(wǎng)系統(tǒng)削峰填谷；氧氣鏈主要表現(xiàn)為水電解制氧、氧氣儲存、富氧燃燒。對于“富氧燃燒”模式的綜合能源系統(tǒng)而言，氧氣是一種極好的能量存儲介質(zhì)，具體原因如下：①電能和氧氣通過水電解制氧與富氧燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換；②氧氣儲存設(shè)施可以有效提升電網(wǎng)供電能力和供電效率，具有成比例放大電網(wǎng)規(guī)模的杠桿作用；③基于可再生能源和富氧燃燒技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?，推動中國能源CO2減排體系的發(fā)展。

4 耦合模型應(yīng)用場景效益分析

耦合模型應(yīng)用場景效益主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

從宏觀層面講，耦合模型應(yīng)用場景的經(jīng)濟(jì)效益首先表現(xiàn)為可有效避免大量火力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的擱淺成本。我國火力發(fā)電行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計運(yùn)行壽命一般為30年，現(xiàn)有大型燃煤電廠的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行年限普遍不長，若不采取CO2捕集技術(shù)，這些基礎(chǔ)設(shè)施幾乎不可能運(yùn)行至壽命期結(jié)束。運(yùn)用CO2捕集技術(shù)改造現(xiàn)有燃煤電廠，不僅可以避免因現(xiàn)有資產(chǎn)提前退役而產(chǎn)生的高額擱淺成本，還能減少因建設(shè)其他低碳能源基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的額外投資，顯著降低實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)成本。

從微觀層面講，耦合模型應(yīng)用場景可提升鍋爐燃燒效率1.3%～1.8%[18]，與燃燒前和燃燒后CO2捕集技術(shù)相比，可分別提高燃煤電廠發(fā)電效率3.6%～6%和4.6%～9%，降低水電解制氫成本0.356元/Nm3，提高“綠氫”市場競爭力。同時，耦合模型應(yīng)用場景的發(fā)電可靠性高、靈活性強(qiáng)、調(diào)度區(qū)間大，有助于電力系統(tǒng)統(tǒng)籌規(guī)劃與靈活性調(diào)度[27]。另外，相關(guān)文獻(xiàn)研究分析表明，耦合模型應(yīng)用場景具備良好的經(jīng)濟(jì)效益：①當(dāng)電力配額達(dá)到7000h/a，配置CO2捕集的燃煤電廠的平準(zhǔn)化度電成本與傳統(tǒng)燃煤電廠相同[35]。②特定條件下，發(fā)電成本比燃?xì)怆姀S和可再生能源發(fā)電技術(shù)更具競爭力，以神華集團(tuán)36家燃煤電廠CO2捕集改造項(xiàng)目的度電成本分析為例，50%凈捕集率下，75%的燃煤電廠成本低于2018年我國燃?xì)怆姀S標(biāo)桿上網(wǎng)電價的下限，100%的燃煤電廠低于燃?xì)怆姀S標(biāo)桿上網(wǎng)電價的上限；85%凈捕集率下，44%的燃煤電廠成本低于風(fēng)電價格的下限，56%的燃煤電廠低于風(fēng)電價格的上限[36]。③通過CO2捕集與風(fēng)/光電制氫耦合運(yùn)行可減少40%的棄風(fēng)/光電量、降低20%的CO2排放[37]。④CO2捕集與風(fēng)/光電等可再生能源協(xié)調(diào)調(diào)度運(yùn)行，可以減少儲能電池的投資容量，提升可再生能源的利用率，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益[38]。

在環(huán)境效益方面，耦合模型應(yīng)用場景會增大電廠的能耗與水耗，能耗增加會使電廠發(fā)電效率降低3.4%～4%[18,24-25]，600MW燃煤電廠采用富氧燃燒改造后，循環(huán)冷卻和直流冷卻的發(fā)電機(jī)組的耗水量分別增加25.87%和16.55%[39]。但是在鍋爐煙氣污染物排放方面，耦合模型應(yīng)用場景有突出的環(huán)境效益：①鍋爐煙氣的CO2濃度可穩(wěn)定在80%以上，利于CO2捕集[18,26,40]；②顯著改善煤灰的沾污結(jié)渣特性，煤灰熔融溫度下降，減輕鍋爐爐膛結(jié)焦情況[41]；③降低煙氣SOX、NOX的生成量和排放量[18,26,40,42-43]；④鍋爐煙氣量減少，煙塵排放濃度上升約40%[26]，在90℃～170℃范圍內(nèi)的飛灰電阻率明顯降低，有利于提升電除塵的除塵效果[44]；⑤提高SO3/SO2轉(zhuǎn)化率1%～1.4%，易于濕式靜電除塵器去除煙氣中的SO3[45]；⑥由于富集效應(yīng)和煙氣量減少，痕跡金屬排放特性出現(xiàn)顯著的影響。以Hg為例，飛灰中Hg的富集有利于除塵器捕獲Hg[18,26]。

5 耦合模型特點(diǎn)和應(yīng)用展望

基于富氧燃燒技術(shù)的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型具有以下顯著的特點(diǎn)：①基于富氧燃燒CO2捕集技術(shù)，以氧氣的制取、供應(yīng)和利用為媒介，聚合可再生能源等環(huán)境友好型供能單元，既能有效提升燃煤電廠的CO2減排能力，降低燃煤鍋爐污染物排放量，又能提高風(fēng)/光電等可再生能源的消納能力，為構(gòu)建低碳（零碳）能源供應(yīng)體系提供了思路；②鑒于風(fēng)/光發(fā)電技術(shù)、富氧燃燒CO2捕集技術(shù)、水電解制氫（氧）技術(shù)均有成熟的模型和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟度高，耦合模型可實(shí)現(xiàn)性和延展性強(qiáng)，且耦合模型能有效降低富氧燃燒CO2捕集和水電解制氫（氧）的投資和運(yùn)行成本，有利于耦合技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

以科學(xué)發(fā)展的眼光來看，隨著“雙碳”目標(biāo)的不斷深化，我國能源領(lǐng)域的減碳、低碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)將不斷得到挖掘、研究、利用并呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢。但是，我國豐富的煤炭資源決定了成熟、可靠的燃煤發(fā)電技術(shù)在未來發(fā)電領(lǐng)域仍將占據(jù)重要地位，燃煤發(fā)電技術(shù)的靈活性可以提高電力系統(tǒng)可再生能源消納能力，平抑電網(wǎng)峰谷差，保障電力系統(tǒng)品質(zhì)，因此CO2捕集技術(shù)將是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)和關(guān)鍵。同時，高成本、高能耗、低收益一直困擾著富氧燃燒CO2捕集技術(shù)和水電解制氫（氧）技術(shù)的推廣和普及。大部分情景下，富氧燃燒CO2捕集技術(shù)和水電解制氫（氧）技術(shù)尚不具備與其他低碳（零碳）技術(shù)在經(jīng)濟(jì)層面競爭的能力，建立基于富氧燃燒技術(shù)的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型，可以依靠“源-網(wǎng)-荷-儲”等多領(lǐng)域、多技術(shù)的耦合作用，凸顯耦合技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

為了豐富和拓展耦合模型的應(yīng)用場景，建議政府通過營造頂層設(shè)計、財政補(bǔ)貼、碳稅征收、金融政策等制度環(huán)境支持耦合技術(shù)的發(fā)展；科學(xué)有序地制定火力發(fā)電行業(yè)CO2捕集技術(shù)的發(fā)展路徑與路線圖、時間表，進(jìn)一步促進(jìn)燃煤電廠CO2捕集與新能源、儲能、氫能等綜合能源融合技術(shù)的研發(fā)，降低CO2捕集技術(shù)的投資成本和捕集能耗，助力CO2捕集技術(shù)的推廣應(yīng)用；鼓勵開展基于“富氧燃燒”模式的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合應(yīng)用場景的項(xiàng)目示范，研究、論證和確定耦合模型的工藝流程、容量匹配、設(shè)備配置等技術(shù)參數(shù)。

6 結(jié)論及建議

本文綜述了CO2捕集技術(shù)對于我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必要性和重要性?；诟谎跞紵腃O2捕集技術(shù)，以氧氣的制取、供應(yīng)和利用為媒介，以水電解“綠氫”行業(yè)為依托，提出了 “富氧燃燒”模式下的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合應(yīng)用場景，構(gòu)建了新能源-傳統(tǒng)能源深度融合的CO2減排體系?；凇案谎跞紵蹦Ｊ降奶?氫-風(fēng)-光-電耦合模型應(yīng)用場景具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益：①提出基于富氧燃燒的碳-氫-風(fēng)-光-電協(xié)同運(yùn)行框架，耦合模型應(yīng)用場景充分考慮富氧燃燒CO2捕集技術(shù)，并聚合環(huán)境友好型供能單元，可以有效降低CO2排放量，提升系統(tǒng)的CO2捕集能力。②宏觀層面可有效避免擱淺成本，降低實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)成本；微觀層面可以提高富氧燃燒效率，降低“綠氫”成本，在特定條件下，具備與常規(guī)燃煤電廠同等的度電成本，并可以降低棄風(fēng)/光率和儲能投資成本。③碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型應(yīng)用場景可以有效協(xié)調(diào)電源側(cè)和用電側(cè)的負(fù)荷特性，調(diào)節(jié)各單元的出力水平，既能減少CO2排放，又能提升新能源的消納能力。④鍋爐污染物排放具有顯著的環(huán)境效益，能夠有效降低污染物排放。

展望CO2捕集耦合技術(shù)，建議從科技創(chuàng)新和成本平價入手，通過項(xiàng)目示范和工程實(shí)踐進(jìn)一步驗(yàn)證耦合模型的科學(xué)性和可行性：①科學(xué)開展基于“富氧燃燒”模式的碳-氫-風(fēng)-光-電耦合模型應(yīng)用場景的項(xiàng)目示范，研究、論證和確定耦合模型的工藝流程、容量匹配、設(shè)備配置等技術(shù)參數(shù)，核算耦合模型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性；②從國家頂層設(shè)計、財政補(bǔ)貼、碳稅征收、人才隊伍建設(shè)等方面支持CO2捕集耦合技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)耦合技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用，使其具備與其他低碳技術(shù)在經(jīng)濟(jì)層面競爭的能力。