站内搜索: 资讯 企业 产品 供应 求购 招聘 图书
您的位置:中国核电信息网 > 技术论文 > 核与可再生能源的小型混合能源系统
 

    2020 年 4 月, Energies 期刊发表了一篇由加拿大安大略理工大学(UOIT)研究人员撰写的文章,题为“热电联产型核与可再生能源小型混合能源系统的技术经济评价”。文章介绍了 5 种不同的热电联产型(CHP)混合能源系统(HES),分别是:①传统的小型化石燃料热力发电系统(FFTG);②小型可再生能源(RES)系统;③基于 FFTG 与 RES 的小型混合能源系统;④小型核能系统;⑤基于核与RES 的小型混合能源系统(N-R MHES)。研究人员对上述系统的净现值费用(NPC)、能源成本(COE)和温室气体(GHG)排放这三种技术经济关键性能指标(KPI)进行了比较分析,并对影响系统的不同变量进行了敏感性分析。结果表明,N-R MHES可能是最适合脱碳和能源可持续发展的系统。

  1 NPC和COE分析

表 1 列出了 5 种热电联产型能源系统在并网和离网模式下的 NPC 和 COE。

在并网模式下,系统①“传统小型 FFTG”的 NPC 和 COE 均最高,而系统④“小型核能系统”和系统⑤“N-R MHES”的 NPC和 COE 最低。系统①在并网模式下,总电力需求的 99.99%是从电网购买的。此外,FFTG 的锅炉中使用了大量的柴油燃料(161 438升/年)来满足热负荷,从而增加了系统的总成本。因此,系统①在并网模式下的 NPC 和 COE 均很高。由于较低的资金成本和运营成本,系统④在并网模式下的 NPC 最低。系统⑤在并网模式下,由于微型模块堆(MMR)和 RES 的组合会产生大量的剩余电能,这些多余的能量出售给电网可以获得大量收入。此外,MMR 产生的热能足以满足热需求,不需要额外的燃料来满足热负荷。因此,系统⑤在并网模式下的 COE 最低。在并网模式下,系统⑤的 NPC 略高于系统④的 NPC,这是因为系统⑤中使用不同RES 设备(例如风轮机、水轮机和光伏面板)的初始成本较高。

在离网模式下,系统①的 NPC 和 COE 均最高,系统④的 NPC和 COE 均最低。需要指出的是,由于系统②“小型 RES 系统”没有提供任何可行解,这就意味着该系统不支持本文的电力需求研究。系统①在离网模式下,发电机组通过燃烧燃料来提供总电力负荷,这显著增加了系统成本。但是,此时锅炉燃料成本较低,因为锅炉仅提供热需求的 2.57%。系统④在离网模式下,由于仅由 MMR 组成,并且没有导致较高初始成本的 RES 设备,因此 NPC 和 COE 均最低。

此外,大量多余的电能被锅炉热负荷系统的复合控制器用来提供热负荷。由于在离网模式下系统④不需要运行锅炉,所以无需额外的燃料成本来满足热量供应需求,因此系统④的NPC 和 COE 均最低。尽管在离网模式下系统⑤产生的多余电能(6 210 660 千瓦时/年)和热能(9 765 760 千瓦时/年)均高于系统④产生的多余电能(4 193 123 千瓦时/年)和热能(7 748 223千瓦时/年),但是在离网模式下不能将多余的电能出售给电网,所以此时系统⑤的 NPC 和 COE 仍然高于系统④的 NPC 和 COE。

    2 GHG  排放量分析

表 2 列出了 5 种热电联产型能源系统在并网和离网模式下的 GHG 排放量。


    研究人员分析了 5 种类型的 GHG 排放量: 、NO 和颗粒物,其中颗粒物包括烟灰、烟雾和液滴。在并网模式下,系统①中所有类型的 GHG 排放量均最高,因为在系统①中99.99%的电力需求是由电网提供的,并且可通过燃烧天然气来发电。对于系统④和系统⑤来说,不管是在并网模式还是在离网模式下,都没有燃烧化石燃料,仅靠 MMR 就满足了供电和供热需求,因此这两种系统的 GHG 排放量均为零。需要指出的是,这项研究中仅仅涉及电力生产过程的 GHG 排放量分析,并没有考虑场址建设和设备制造(比如 PV 面板)过程中的碳足迹。令人惊讶的是,系统②“小型 RES 系统”和系统③“基于 FFTG与 RES 的小型 HES”在并网模式下的 GHG 排放量也很大。通常认为这两种系统的 GHG 排放量应该是最小的,因为它们都是基于 RES 的并网 HES,且只有在提供热能时需要燃烧化石燃料。导致这种结果主要是因为仅靠系统②或系统③无法满足电网的供电需求,只能再通过天然气发电来进行补充,从而产生大量 GHG 排放量。

在离网模式下,系统①由于发电机组和锅炉中柴油的燃烧,仍然会产生最大的 GHG 排放量。系统④和系统⑤显示为 GHG 零排放,这是因为全部供电和供热需求均可通过 MMR、RES 以及MMR 的余热得到满足。

    3  敏感性分析
 
    由于这项技术经济研究考虑了多个变量,故上述讨论不能明确得出一个结论。为此,研究还对折现率、通货膨胀率和项目寿期进行了敏感性分析,以确定其对系统性能的影响,如表 3 所示。


    从表 3 中可以看出,在贴现率、通货膨胀率和项目寿期的不同取值条件下,系统②在离网模式下均是不可行的。在离网模式下,系统①和系统④的项目寿期延长至 60 年或者 100 年、系统③的项目寿期延长至 100 年时,将不能满足所选定的电力和热负荷需求。所有系统出现不可行性的情况都是由于装机容量不足引起的。这是因为供电和供热需求每年都在以一定的百分比增长,而能源装机容量却不增加,因此当前的能源无法充分满足需求。较高的通货膨胀率也对系统的可行性有显著影响,例如,较高的通货膨胀率显著提高了系统①、系统②和系统③的 NPC。但是,系统⑤“N-R MHES”无论是在并网还是离网模式下,无论折旧率、通货膨胀率和项目寿期是高还是低,它都能始终以较低的 NPC 来满足供电和供热需求。

在较低折现率(3%和 8%)和较短项目寿期(30 年)的情况下,系统④(离网模式)的 NPC 比系统⑤(离网模式)更低,如表 3 中的第 1、4、7、10、13 和 16 种情况。有时候,在较高折现率(10%)和较短项目寿期(30 年)的情况下,系统④(离网模式)的 NPC 也可能会小一些,如表 3 中的第 19、22和 25 种情况。

在较短项目寿期(30 和 60 年)或较低通货膨胀率(2%和4%)的情况下,系统④(并网模式)的 NPC 在少数情况下可能要比系统⑤(并网模式)的略低,如表 3 中的第 19、20 和 22种情况。但是,在较高项目寿期(60 和 100 年)时,系统⑤总是提供最具经济性的 NPC。

  4  结论

大型 N-R HES 并不是一个新概念。多个国家正在加强对 N-R HES 的研究和创新。然而,大型核电站具有巨大的风险和需要高昂的资本成本,因此,这项研究提出并评估了 MMR 与 RES 的混合能源系统——N-R MHES。尽管 N-R MHES 取决于当地 RES的可用性,但 N-R MHES 始终能提供基荷电力供应,这使得混合能源系统的弹性和稳定性得到了加强。本研究旨在为 N-R MHES的技术和经济方面提供清晰的思路,研究结果可以总结如下:

(1)从敏感性分析可以得出结论,N-R MHES 将来可能成为可持续能源解决方案的弹性能源供应来源。N-R MHES 显然有益于可靠能源系统的长期规划。

   (2)就 NPC、COE 和 GHG 排放而言,MMR 可以替代柴油发电机组。基于 RES 的离网能源系统很少有能力或不能充分满足大中型电力需求,但却可能是满足小规模供电和供热需求的有效解决系统。尽管基于 RES 的并网能源系统被大众认为是清洁的,但若它是来自于化石燃料的燃烧,则并不总是一种清洁能源。在满足大型或中型供电需求时,并网 N-R MHES 可能是在COE 方面最具成本效益的解决方案。此外,由于离网 N-R MHES中具有大量可使用的多余电能和热能,因此可能是中型或大型远程工业应用(如海水淡化厂、采矿站和电动汽车充电平台)的较佳选择。N-R MHES 没有 GHG 排放,可以为脱碳方面的项目提供最佳能源解决方案。
      
                                                                                            来源:www.mdpi.com(宋敏娜 倪民子编译)

 
 
  我来说两句:网名
  您的联系方式: (电话、手机)
  验证码: 查看评论(0)
网友评论请注意:
遵守中华人民共和国有关法律、法规,尊重网上道德,承担一切因您的行为而直接或间接引起的法律责任。
中国核电信息网拥有管理留言的一切权利。
您在中国核电信息网留言板发表的言论,中国核电信息网有权在网站内转载或引用。
中国核电信息网留言板管理人员有权保留或删除其管辖留言中的任意内容。
如您对管理有意见请用意见反馈向网站管理员反映。