基于电转氨(power to ammonia,P2A)的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合绿电制氢和哈伯反应合成氨工艺,为农业、工业和制造业等行业提供绿氨,对促进可再生能源消纳及氢能储运等行业发展具有重要的意义...基于电转氨(power to ammonia,P2A)的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合绿电制氢和哈伯反应合成氨工艺,为农业、工业和制造业等行业提供绿氨,对促进可再生能源消纳及氢能储运等行业发展具有重要的意义。为定量评价IEPU的能效、技术经济性和降碳潜力,该文基于Aspen Plus建立碱性电解水制氢、合成氨及换热网络等关键过程模型,对IEPU进行系统仿真,定量评价各设备全流程之间的能量流、(火用)流、碳足迹及绿氨的平准化成本。热经济性能效评估表明,IEPU系统的设计工况整体能量效率为39.47%,(火用)效率为26.51%。技术经济性评估表明,当可再生能源电价为0.204元/(kW·h),年利用小时数达到6000时,IEPU系统的绿氨成本约为传统煤制氨生产工艺的1.5倍。基于全生命周期碳足迹评价的结果表明,水、核、风和光伏4种能源驱动的IEPU系统碳足迹在0.20~2.39 kg CO_(2.eq)/kg NH3间波动。结果可用于指导氨基IEPU的规划与设计。展开更多
为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束...为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束条件,提出基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的最小成本求解方法;其次,利用蒙特卡洛模拟生成多种随机场景,确定系统在给定容量配置条件下的成本期望;最后,在顶层容量配置优化问题中,以系统容量为决策变量,采用遗传算法调用蒙特卡洛模拟及MILP运行优化算法,实现使IEPU系统全生命周期成本最小的最优容量配置。优化结果表明:底层运行优化中储气的接入使弃光量和碳排放量分别减少5.49%和0.35%,顶层计及源荷不确定性的电力设备容量提升20%左右,更加接近实际场景,验证了所提出方法的有效性。结合参数灵敏度分析,可为IEPU系统的规模化设计提供参考。展开更多
综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性...综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性与降碳潜力,该文通过构建IEPU工艺流程的仿真模型,模拟风电制氢、甲醇合成及压缩提纯等关键过程,建立多能流与物料流数据的全生命周期清单,进行碳足迹评价,并指出进一步碳减排的可行路径;通过对能量效率、电流密度等技术参数及风电价格、碳税等经济参数进行灵敏度分析,开展不同技术经济性背景下的经济性评估,探究IEPU的盈利条件。碳足迹评价表明,年产39万t绿色甲醇IEPU的全生命周期净碳减排量达5.88万t。技术经济性评估表明,在良好的技术经济性背景下,当风电售价降低至0.21元/(kW×h),基于IEPU生产的绿色甲醇成本可与传统甲醇生产工艺相当。展开更多
文摘基于电转氨(power to ammonia,P2A)的综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合绿电制氢和哈伯反应合成氨工艺,为农业、工业和制造业等行业提供绿氨,对促进可再生能源消纳及氢能储运等行业发展具有重要的意义。为定量评价IEPU的能效、技术经济性和降碳潜力,该文基于Aspen Plus建立碱性电解水制氢、合成氨及换热网络等关键过程模型,对IEPU进行系统仿真,定量评价各设备全流程之间的能量流、(火用)流、碳足迹及绿氨的平准化成本。热经济性能效评估表明,IEPU系统的设计工况整体能量效率为39.47%,(火用)效率为26.51%。技术经济性评估表明,当可再生能源电价为0.204元/(kW·h),年利用小时数达到6000时,IEPU系统的绿氨成本约为传统煤制氨生产工艺的1.5倍。基于全生命周期碳足迹评价的结果表明,水、核、风和光伏4种能源驱动的IEPU系统碳足迹在0.20~2.39 kg CO_(2.eq)/kg NH3间波动。结果可用于指导氨基IEPU的规划与设计。
文摘为应对源端可再生能源及荷端负荷需求的随机性波动对综合能源生产单元(integratedenergyproductionunit,IEPU)运行调度及容量配置问题带来的挑战,该文提出一种两阶段随机优化方法。首先,在底层运行优化问题中,通过建立各设备模型及约束条件,提出基于混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的最小成本求解方法;其次,利用蒙特卡洛模拟生成多种随机场景,确定系统在给定容量配置条件下的成本期望;最后,在顶层容量配置优化问题中,以系统容量为决策变量,采用遗传算法调用蒙特卡洛模拟及MILP运行优化算法,实现使IEPU系统全生命周期成本最小的最优容量配置。优化结果表明:底层运行优化中储气的接入使弃光量和碳排放量分别减少5.49%和0.35%,顶层计及源荷不确定性的电力设备容量提升20%左右,更加接近实际场景,验证了所提出方法的有效性。结合参数灵敏度分析,可为IEPU系统的规模化设计提供参考。
文摘综合能源生产单元(integrated energy production unit,IEPU)通过耦合可再生能源制氢与火电碳捕集技术,制备易于储运的绿色燃料,在协调解决可再生能源消纳、碳利用及氢能储运等问题方面具有良好的应用前景。为定量评价IEPU的技术经济性与降碳潜力,该文通过构建IEPU工艺流程的仿真模型,模拟风电制氢、甲醇合成及压缩提纯等关键过程,建立多能流与物料流数据的全生命周期清单,进行碳足迹评价,并指出进一步碳减排的可行路径;通过对能量效率、电流密度等技术参数及风电价格、碳税等经济参数进行灵敏度分析,开展不同技术经济性背景下的经济性评估,探究IEPU的盈利条件。碳足迹评价表明,年产39万t绿色甲醇IEPU的全生命周期净碳减排量达5.88万t。技术经济性评估表明,在良好的技术经济性背景下,当风电售价降低至0.21元/(kW×h),基于IEPU生产的绿色甲醇成本可与传统甲醇生产工艺相当。
