תחנות כוח גז טבעי והפוטנציאל לפעילות ללא פליטות עם טכנולוגיות מתפתחות

התפקיד האסטרטגי של גז טבעי במיקס אנרגיה גלובלי

תחנות כוח גז טבעי מספקות כיום כרבע מהדור העולמי, מה שהופך אותם למקור השני בגודלו של חשמל לאחר פחם באזורים רבים.גמישות התפעולית שלהם מאפשרת להם להשתולם במהירות, מה שהופך אותם לשלימים טבעיים למקורות מתחדשים משתנים כגון רוח ושמש.בניגוד למפעלי פחם הדורשים שעות כדי להתאים את התפוקה, טורבינות גז משולבות מודרניות יכולות להגיע מעומס מינימלי לקיבולת מלאה בתוך 30 דקות.

הטיעון הסביבתי של הגז הטבעי נח היסטורית על עוצמת הפחמן הנמוכה שלו.כאשר הוא מועסק במפעל מודרני של מחזור משולב, גז טבעי פולט כ-350–400 ק"ג של CO2 ל- מגה-וואט לשעה, בהשוואה ל-800-900 ק"ג פחם. זה בערך 55 אחוזים ב- CO2 ליחידת חשמל הובילה מדינות רבות לאמץ גז טבעי כדלק מעבר שיכול לפסול בעוד שגודלי פחם מ- 15 אחוזים, ל-2, בעיקר מצריכת דלק טבעי, ל- 15% עד לדלק, ל- 2 עד ל- 15%.

עם זאת, מתמטיקה האקלים סביב גז טבעי מורכב יותר מאשר השוואה פשוטה פחם. גז טבעי הוא בעיקר מתאן, שיש לו פוטנציאל התחממות כדור הארץ בערך 80 פעמים גדול יותר מאשר CO2 במשך תקופה של 20 שנה. מאן דליפות לאורך שרשרת האספקה מעמוד השדרה ועד קצה צמחי כוח יכול להיות לערער באופן משמעותי או אפילו לחסל את היתרון האקלימי של מעבר מקרנות הגנה סביבתית מצאו שיעורי דליפות בחלק מהאזורים המייצרים את רמת הפחמן הטבעית הזו, מאשר את רמת הפחתת כמות האוויר.

פרופיל של מפעל טבעי של גז טבעי

צמח גז טבעי קונבנציונלי משולב מחזורי מייצר שלוש קטגוריות של פליטות שיש לטפל בהן עבור אפס פליטה המבצעת.הפליטה העיקרית היא פחמן דו חמצני, הכולל כ 7-8 אחוזים של זרם הממצה במפעל טיפוסי.הקטגוריה השנייה כוללת קריטריונים כגון תחמוצת חנקן ו תחמוצמי חנקן, אשר תורמים לחומצה וגשם אבל כבר נשלטים באמצעות צמצום משמעותי של זיהום אווירי, אך ניתן לייצג את הזיהומים צמחיים אחרים.

ניתוח אפס-המשימה דורש חיסול כל שלוש קטגוריות בו-זמנית. פחמן דו-חמצני חייב להילכד לפני השחרור, יש לבצע את הבעירה לייצר אפס או ליד אפס NOx, ולאחר מכן להתחלק ממתאן יש להפחית לרמות בלתי ניתנות לשליש.

פחמן לוכד ו- Storage Technologies

לכידת דואר-Combustion

לכידת פחמן דו-מנועי כרוך הפרדה CO2 מהזרם הממצה לאחר שהגז הטבעי נשרף.הגישה הבוגרת ביותר משתמשת בפתרונות כימיים, בדרך כלל תרכובות מבוססות-מין שספגו באופן סלקטיבי CO2 מהגז פלואי.המסומט מחומם לשחרר זרם CO2 מרוכז שניתן לדחוס ולהובל לאחסון או לשימוש.

האתגר העיקרי עם לכידת לאחר-בעירה הוא עונש האנרגיה.החום הנדרש כדי לחדש את המפלט להפחית את תפוקת החשמל נטו של הצמח בכ-8 עד 12 אחוזים, והציוד הנוסף מוסיף עלות הון משמעותית. גז איטי-לחץ נמוך מצמחי גז טבעיים מכיל גם כ-4 עד 5 אחוזים CO2, נמוך מ-12% ל-15 פחם, כלומר נפח גדול יותר של גז נוזלי פחמן חייב ללכוד את אותו בשלב מתקדם של פיתוח.

לכידת טרום-שילוב ו-Allam Cycle

לכידת טרום-בעירה לוקחת גישה שונה על ידי המרת גז טבעי לתוך תערובת של מימן ו- CO2 לפני הבעירה, ולאחר מכן הפרדה את CO2 ושריפת רק מימן.הגז הטבעי הוא רפורמה עם קיטור לייצר גז סינתז, העובר תגובה של העברת גז מים כדי להגדיל את ריכוז מימן.ה- CO2 נתפס באמצעות פותרים פיזיים או מלמברנס, מה שהשאיר זרם מימן-חמצני, למעט גישה סטנדרטית דלק זה יכול להיות משולב יותר מ-95.

מחזור Allam-Fetvedt מייצג עזיבה רדיקלית יותר מהבעירה קונבנציונלית.מערכת זו משתמשת oxy-combustion - שריפת גז טבעי עם כמעט חמצן טהור ולא אוויר - ופועלת עם CO2 סופר קריטי כנוזל העבודה במקום קיטור.הזרם הממצה מורכב כמעט לחלוטין מ- CO2 ומים, עם CO2 להיות מופרד בקלות, מחסו, ומחסם לאחסון בזמן שחלק CO2 ממוחזר מסולק מסולק ב-cookie הוא כמעט לחלוטין מגובהומים מגובהומים ב-Creta, תוך כדי לחץ מסחרי, תוך כדי לחץ על ידי דחיסה 502, תוך כדי לחץ גבוה יותר.

הידרוגן - Zero-Carbon Fuel Pathway

הצטברות הידרוגן בגז Turbines

שריפת מימן במקום גז טבעי מבטלת את פליטות CO2 בשלב של הבעירה, בתנאי מימן עצמו מיוצר באמצעות שיטות פחמן נמוכות. טורבינות גז מודרני המיועד גז טבעי יכול להיות שונה כדי להתמודד עם תערובת דלק מימן, וכמה יצרנים הציגו טורבינות מדורגות עבור 100 אחוזים תפעול מימן. האתגרים כוללים ניהול מהירויות גבוהות יותר של להבות וטמפרטורות שיכולות להגדיל את היווצרות NOx, כמו גם טיפול בגירסת חומר בתוך רכיבים חשופים מימן.

דינמיקת הבעירה גם שונה באופן משמעותי עם מימן.מהירות הלהבה הגבוהה וטווח רחב יותר של מימן דורש שינויים בתכנון השרוף כדי למנוע פלאשבק - שבו הלהבה מתפשטת במעלה הזרם לתוך תעלת הדלק.ד. מערכות דלות-NOx יבשות המיועדות לגז טבעי לא יפעלו ביעילות בשברירי מימן גבוהים.

ירוק, כחול ו Turquoise hydrogen הפקה

ההשפעה של הפליטה של הבעירה מימן תלויה לחלוטין באופן שבו המימן מיוצר. מימן ירוק מיוצר באמצעות אלקטרוליטיזה באמצעות חשמל מתחדש, וכתוצאה מכך אפס פליטות לאורך שרשרת הערך. מימן כחול מיוצר מגז טבעי באמצעות רפורמה מתאן או רפורמה אוטוותרמית עם לכידת פחמן, הניב מימן עם 60 עד 85% פליטות פחמן נמוך יותר מאשר פליטת גז טבעי ישיר טורקיז משתמש מימן methaneericol CO2 באופן קבוע, או פחמן, כדי למנוע פחמן דו-חמצני, 000 לחלוטין, 000 פחמן, 000 פחמן, 000 פחמן, 000 נמוך יותר מאשר פליטת פחמן או פחמן, 000 פחמן, 000 פחמן, 000 פחמן, 000 פחמן, 000 נמוך יותר מאשר פליטת פחמן, 000 נמוך יותר מאשר פליטת פחמן, 000 נמוך יותר מאשר פליטת פחמן דו-חמצני, 000 נמוך יותר מאשר פליטת פחמן דו-חמצני טבעי פליטת פחמן או פחמן או פחמן, 000 נמוך יותר מאשר פליטת פחמן, 000 נמוך יותר מאשר פליטות פחמן פחמן דו-חמצני מאשר פליטת פחמן דו-חמצני מאשר פליטת פחמן דו-חמצני טהור של פחמן דו-חמצני מאשר פליטות פחמן, 000 מאשר פליטת פחמן, 000 מאשר פליטות פחמן באופן קבוע של פחמן, 000 מאשר צריכת גז טבעי קוגניציה גז טבעי ישירות של פחמן, 000 באופן

הכלכלה הנוכחית תומכת מאוד מימן כחול, אשר ניתן לייצר בערך 2 עד 3 $ לקילוגרם בהשוואה ל $ 8 ל $ 8 עבור מימן ירוק.עם זאת, ירידה בעלויות חשמל מתחדשות ושיפור יעילות אלקטרוליטייזר הם במהירות צמצום הפער הזה.המשרד האמריקני של תוכנית הפליגן של אנרגיה יש יעד של 1 ק"ג עבור מימן נקי בתוך עשור, אשר יגרום לדלקת מימן במהירות עם עלות גז טבעי על בסיס של פחמן.

חיוג ותשתית מעבר

אסטרטגיה מעשית לטווח קצר כרוכה שילוב מימן לתוך צינורות גז טבעיים קיימים ומערכות של התלקחות בהדרגה ריכוזים.רוב המחקרים מצביעים על כך ששילוב של עד 20 אחוזים מימן לפי נפח דורש שינויים מינימליים צינורות, חותמות, וציוד למשתמש קצה. גישה זו מאפשרת טורבינות גז להתחיל להפחית את פליטות מיד בעוד שייצור מימן סולמות למעלה ותשתיות ייעודיות בנויות.

פיתוח אסטרטגיות ומערכת-Level Technologies

קומפקטי Oxide דלק Cells Integrated with Gas Turbines

תאי דלק חד תחמוצתיים הופכים גז טבעי או מימן ישירות לחשמל באמצעות תגובות אלקטרו-כימיות ולא בעירה, השגת יעילות חשמלית מעל 60 אחוזים - גבוה משמעותית מ-40 עד 45% אופייניים לטורבינה גז פשוטה.כאשר משולבים עם טורבינת גז בתצורה היברידית, תא הדלק פועל בטמפרטורה גבוהה ולחץ, והחום והדלק הבלתי ממצה שלה נשרף ב- CO2 כדי להשיג יעילות משולבת יותר ל- 70% יותר.

כמה פרויקטים של הדגמה אישרו את הרעיון הזה בקנה מידה מגה-וואט.הטכנולוגיה מתמודדת עם אתגרים הקשורים עמידות תאים, רכיבה תרמית ועלות, אבל יצרנים פרויקט כי עם ייצור נפח, מערכות טורבינות גז משולבות גז דלק יכול להשיג שוויון בעלויות עם צמחים משולבים קונבנציונליים עד סוף 2020 תוך מתן פליטות אפס.

שיבוש כימי

הבעירה כימית מציגה גישה אחרת שמפרידה באופן טבעי CO2 במהלך תהליך הבעירה.המערכת משתמשת ב- תחמוצת מתכת חמצני נושאת חמצן חד-חמצני שמפיצה בין שני כורים. בכור הדלק, תחמוצת המתכת משחררת חמצן כדי ליישב את הגז הטבעי, לייצר CO2 ו- Vapor מים. תחמוצת המתכת מופחתת חזרה למתקן אוויר שבו היא מחוסמת עם אוויר יקר, ולא יכול לערבב דלק ישיר.

בדיקות מעבדה ופיילוט בקנה מידה הראו כילאה כימית עם מגוון של חומרי נושא חמצן, כולל ברזל, נחושת, ו תחמוצת ניקל.האתגרים הטכניים כוללים שמירה על השלמות המכנית של חלקיקי נושאת החמצן על פני אלפי מחזורים ומדפי מערכות הכור מטייס ועד תוכניות מחקר מסחריות.

מסגרת כלכלית ומדיניות עבור Zero-Emission Gas Plants

עלויות הון והפעלה

הכלכלה של רטרופיטה של צמחי גז טבעיים קיימים עבור אפס-המשימה משתנה באופן משמעותי על ידי מסלול טכנולוגיה.פוסט-בעירה פחמן לכידת מוסיף 60 $ ל 90 $ לשעה עלות ממולאת של חשמל מצמח מחזור משולב, על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית. מחזור אלאם ונתיבי אחסון מימן דורשים כיום מפעל חדש, עם עלויות הון ל -40% יותר מגובה פחמן משולב של $ 30 שעות ביממה, אך תוספת של $ 102.

זיכויים מס ומנגנוני תמחור פחמן חיוניים כדי לסגור את פער העלות.האשראי המס של US סעיף 45Q, המספק 85 $ ל טון מדד של CO2 מאוחסנים לצמיתות היווצרותים גיאולוגיים, יכול להפחית חלק משמעותי של עלות ללכוד.מערכת המסחר של האיחוד האירופי, עם מחירי פחמן בטווח של 60 $ ל 100 $ ל מטריה בשנים האחרונות, משפר את זהה דומה של הכלכלה יחסית ללכידת אזורים פחמן-חמצני יכול להשיג פליטות פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן-חמצני, 000 $ 60 כדי להפחית את עלויות פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של פחמן לטווח של עלויות פחמן לטווח של $ 60 עד 100 $ 100 $ 100 $ 100 $ 100 $ 100 $ ל - פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של פחמן לטווח של $ 100 $ 100 $ 100 $ 100 $ ל 100 $ ל 100 $ ל 100 $ ל 100 $ ל 100 ל - 000 ל 100 $ ל - 000 ל - 000 ל - 000 ל - 000 ל -

דרישות סודיות ותשתית

פריסה נרחבת של צמחי גז אפס פליטה תלויה בפיתוח במקביל של תשתיות תחבורה CO2 ואחסון.לארה"ב יש כ-5,000 קילומטרים של צינורות CO2, בעיקר המשרתים פעולות שיקום נפט משופרות, אבל רשת התחבורה הלאומית של CO2 של 50,000 עד 100,000 קילומטרים יידרשו כדי לתמוך בפריסת לכידת משמעותית.כמה מדינות, כולל אילינוי, אינדיאנה, וצפון דקוטה, הן פיתוח פעיל של מסגרות אחסון עבור CO2 מושבים גיאוגרפיים עבור שטח בבעלות ולוגיבית עבור בעלות על בסיס גיאוגרפית.

תשתיות הידרוגן מציגות אתגרים דומים.צנרת מימן ייעודית, מערות אחסון וציוד קצה חייב להיות בנוי כדי לתמוך בצמחים הפועלים על מימן טהור.היוזמה האירופית הידרוגן Backbone הציגה תוכנית לבניית 40,000 ק"מ של צינורות מימן עד 2040, המקשרת מרכזי ייצור עם נקודות ביקוש כולל תחנות כוח.בבארצות הברית, המחלקה לאנרגיה בחרה שבעה מרכזי מימן אזוריים למימון תחת תשתית מימן ותכניות של מימן, הכוללות מספר מפעלים לאספקת חשמל.

הדרך קדימה: Integrating Technologies עבור רשת מבוזרת

שום טכנולוגיה יחידה לא תשנה את תחנות כוח הגז הטבעיות למתקנים של אפס פליטה משלה.התסריט הסביר ביותר כרוך בתיק פתרונות שנקבעו על פי תנאים אזוריים ומאפיינים צמחיים.צמחים קיימים ליד מאגרים אחסון CO2 מתאים כנראה יוחזרו עם מערכות לכידת לאחר-בעירה. צמחים חדשים שנבנו באזורים עם תשתיות מימן מתפתחות יועדו למיזוג מימן מהתפרצות, אשר עשוי לפעול על גז טבעי עם מחזור פחמן ולכידת אווירי אווירי אוויריים חדשים.

ציר הזמן של המסחר הוא מאיץ.הרשת של סוכנות האנרגיה הבינלאומית עד שנת 2050 צופה כי רוב תחנות הכוח החדשות של גז שנבעות ממטוסים המגיעים באינטרנט לאחר 2030, שנועדו להיות מוכנים לפחמן או לקיבולת מימן. עד 2040, התרחיש קורא למעשה לכל הדור הנותר של גז שנלכד עם פחמן, פועל על מימן נמוך פחמן, או שניהם Achieving מסגרת טבעית זו דורשת פיתוח דומה של תשתיות בנייה ואספקה אחסון.

ההזדמנות היא משמעותית.צמחי כוח גז טבעי מייצגים השקעה קיימת משמעותית ביכולת הדור אמין.אם נכסים אלה יכולים להיות מחוסנים ולא לפרוש מוקדם, העלות של מעבר האנרגיה יורדת באופן משמעותי, ואמינות החשמל נשמרת בעוד יכולת מתחדשת ממשיכה להתרחב.אם נכסים אלה, מפתקים מתקדמים ולוויות כימיות לתאי דלק עתירי עתירי טמפרטורה גבוהה ומחזורי CO2 קריטיים, הופכים את זה לפחמיון מבחינה טכנית עמידים, והם כבר מטופלים במהירות, הם נמצאים תחת אתגרים כלכליים ומשתנים, והם כבר מטופלים, והם כבר מטופלים, בעיקר, אשר נמצאים תחת השפעה כלכלית.

גז טבעי יישאר חלק ממערכת החשמל במשך עשרות שנים, אבל הצורה שהיא לוקחת תשתנה. תחנת הכוח המכוסה בגז של 2040 תישא דמיון מועט למפעלים של היום.זה כנראה יתפוס את ה- CO2 או לשרוף מימן, להשיג אפס נטו או אפילו פליטות נטו-שליליות אם בשילוב עם ביומסה בתצורה היברידית.זה יפעל בתיאום הדוק יותר עם מתחדשים, בתנאי שהשמש לא תזרחררת את הטרנספורמציה העולמית.