譯者案：

目前我國在提高能效和發展清潔能源方面的進展已經居于世界前列，政府在調整產業結構、優化能源結構、節能提高能效、控制非能源活動溫室氣體排放、增加碳匯等方面采取一系列行動，已取得了積極成效。碳捕捉與碳封存作為重要的減排技術，是我國踐行低碳發展戰略的重要技術選擇，實現綠色能源發展至關重要。為了更好地響應國家“雙碳”戰略，在2030年排放達到頂峰，需要進一步深化CCS結合副氫燃料燃氣輪機在我國的研究和發展，基于此中國航發燃機編譯了本文，以期引發行業更多有益的思考。

中國航發燃機：積極開發基于CCS的燃氣輪機低碳能源解決方案

歐洲透平聯盟（European Turbine Network，ETN）對歐盟委員會（European Commission）的倡議表示支持，在更新后的戰略能源技術規劃（SET-Plan）中，明確行動和研究需求，確定其優先級，并將其與能源聯盟（Energy Union）的支柱相匹配。我們很高興有機會參加本次利益攸關者的閉門研討會，本次研討會的主題是關于“議題文件9：繼續努力在歐盟示范碳捕集與封存（CCS）技術并開發可持續的碳捕集與利用（CCU）解決方案”。

盡管繼續使用天然氣、頁巖氣或可再生生物燃料等氣體或液體燃料發電的燃氣輪機背后存在著巨大的動力，但為實現商定的二氧化碳減排目標而采取的政策和監管行動仍然面臨挑戰。這對于燃氣輪機行業來說具有重要的戰略意義，燃氣輪機行業將繼續致力于開發低碳方案和成本效益高的CCS，用于新設計和現有機組的改造。

ETN認為，議題文件9中提到的目標和指標沒有反映技術現實和技術成熟度。此外，應重新安排一些商用CCS技術，以實現負荷靈活性，從而平衡波動的可再生能源。

據調查，由于成本過高（超臨界煤粉電廠（SCPC）和燃氣輪機聯合循環電廠（CCGT）捕集每噸二氧化碳的成本分別為55和80美元），以及缺乏政策和財政方面的支持，CCS技術的推廣應用進展緩慢。在可能的情況下，應安排一些商業上可用的CCS技術以實現負荷靈活性，但不可避免的會以犧牲效率和成本為代價。其他一些二氧化碳捕集概念與負荷靈活性要求不(或幾乎不)兼容。

從最終電力成本的角度來看，盡管燃煤電廠捕獲每噸二氧化碳的成本較低，但無論是否使用CCS，CCGT電廠都比SCPC電廠更具競爭力。考慮到CCS技術造成的相對凈效率損失以及捕集后的最終凈效率均有利于CCGT電廠，解釋了這一顯著結果。

為了認真對待2℃溫控目標，歐盟應該考慮在2020年之前至少建設三到五個大型或中型的示范項目，每個項目都使用下列二氧化碳捕集方法。

1）燃燒后捕集，捕集裝置位于燃氣輪機排氣管上。

2）燃燒前捕集，燃燒前碳被基本去除，留下富氫的燃料氣。

3）富氧燃燒捕集，二氧化碳很容易從排氣的蒸汽中分離出來。

ETN認為，應在以下領域進行更多的研究活動：

1.燃燒后二氧化碳捕集技術與燃氣輪機的集成

燃氣輪機發電的脫碳，無論是對現有的天然氣發電機組還是對新的建設計劃，都將對運營成本和可調度電力水平產生重大影響，因為如果將二氧化碳捕集計算在內，就會產生能源損耗。在選擇最合適的捕集技術及其集成優化方面（同時保持電廠的靈活性）面臨重大挑戰。其中，以下領域值得深入研究。

（a）研究替代燃燒后捕集技術，如鈣循環（Ca-looping cycles）或使用壓力或溫度非線性變化的固體吸附劑，以改善熱集成，從而降低運營成本。此外，還有其他燃燒后捕集方案，如二氧化碳分離膜。

（b）研究廢氣再循環的影響，包括加強的再循環方案（如使用二氧化碳分離膜），以提高廢氣中的二氧化碳含量，從而降低電廠碳捕集的規模和成本。這種方法將導致燃氣輪機的燃燒和熱通道環境產生重大變化，也可能對其可操作性、材料以及部件壽命產生影響。

采用廢氣再循環（EGR）和富二氧化碳（CO2-rich，二氧化碳含量高于EGR）概念的燃氣輪機有助于大幅提高燃氣輪機的效率，因為它允許更高的渦輪進口溫度，同時將污染物排放保持在工業排放標準規定的范圍內。即使在最小環境負荷較低的情況下，預計污染物排放量也會顯著減少。廢氣中的二氧化碳含量越高，越有可能降低捕集二氧化碳的成本，從而降低電力的最終成本。由于當前和未來可再生能源占主導地位，靈活性和成本效益是CCS技術可持續性的首要要求。在CCGT中實施EGR，滿足了兩方面的要求:確切地說，可以將需要脫碳的廢氣量減少近50%，從而大大減小了捕集設施的規模，增加了操作靈活性，降低了資金和運營支出。除了采用EGR/CO2-rich策略外，目前的CCGT電廠可以通過用封閉式超臨界二氧化碳（close dsupercritical carbon dioxide，S-CO2）循環取代蒸汽動力部分的方式進行"重新編碼"。這種解決方案在保持效率不變甚至更高的同時，提高了電廠的靈活性：這是由于多個因素的協同作用，如S-CO2循環底層設備的巨大緊湊性和隨之而來的低熱慣性（包括汽輪機轉子），單相熱回收，無除鹽水及常壓冷凝器的需求。

最后，采用EGR/CO2-rich的概念，結合S-CO2底層循環，可以為CCS技術的開發提供近期/中期靈活、高效及成本效益高的解決方案。

2.應用氫氣、生物質衍生氣和其他低碳氣體

氫氣（H2）、生物質衍生氣和其他低碳氣體通常比化石衍生氣體清潔度低，可能給燃氣輪機燃燒器和熱通道帶來不利影響。

因此，應進行更多的研究，以提高燃料的靈活性，以及直接燃燒，或摻混至天然氣分配網絡(如天然氣重整，燃燒前捕集氣化工藝產生的富氫合成氣，電解產生的氫氣(來自未利用的可再生電力)或生物質衍生氣)。

3.富氧燃燒燃氣輪機的先進、高效循環

目前正在開發一系列先進、高效的循環，以便為燃燒后捕集技術的應用提供更高效分離固有二氧化碳的替代方案。這為富氧燃燒捕集提供了近乎純凈的二氧化碳廢氣流(水凝結后)，從中更容易分離二氧化碳。其中一些循環在非常高的壓力（高達300bar）下運行，并給運行和部件制造帶來了重大挑戰。以超臨界二氧化碳動力循環(如NetPower循環)為例，廢氣中的二氧化碳被回收利用，或清潔能源系統循環，其中蒸汽用于調節燃燒條件。

帶有內部富氧燃燒捕集的超臨界二氧化碳循環是一種高成本效益以及（燃料和負荷）靈活的技術，這個技術在高度集成的二氧化碳捕集過程中，效率高，對環境和空間的影響最低。此外，S-CO2/富氧燃燒捕集策略可以有效地解決電改氣、CCS和S-CO2泵送(提高采收率、無水頁巖氣開采)的全面集成問題。

雖然在低成本、低碳電力方面具有巨大潛力，但這些循環需要在燃燒、熱通道環境(高蒸汽/二氧化碳水平)、材料、渦輪機械要求、控制策略等方面有重大發展，因為這些系統與傳統系統非常不同，并且存在許多挑戰和不確定性，這些挑戰和不確定性可能會限制循環的潛在性能，并嚴重阻礙其發展。研究這些變化的運行環境的影響將有助于識別最有潛力的循環，從而為未來燃氣輪機的發展提供可能的技術路線。