admin 随着全球气候恶化,各类生态环境问题层出不穷,其中二氧化碳等温室气体排放问题得到广泛关注。中国基于推动实现可持续发展的内在要求和构建人类命运共同体的责任担当,积极应对环境问题,2020年9月,国家主席习近平在第75届联合国大会一般性辩论中向全世界庄严宣布,中国力争在2030年前碳排放达到峰值,争取2060年前实现碳中和目标。习近平总书记强调,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局;要推动绿色低碳技术实现重大突破,抓紧部署低碳前沿技术研究,加快推广应用减污降碳技术,建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台。2023年政府工作报告再度对“双碳”发展作出战略性指导,强调要“推动能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变。”并进一步提出“要加快建设新型能源体系,推动重点领域节能降碳。”我国印发的《2030年前碳达峰行动方案》中也指出,要大力发展新能源,在保障能源安全的前提下,推进煤炭消费代替和转型升级,加快清洁、低碳、安全的能源体系。我国主动提出“双碳”目标,将使碳减排迎来历史性转折,这也是促进我国能源及相关工业升级,实现国家经济长期健康可持续发展的必然选择。
我国目前碳排放总量仍处在世界之首,碳排放总量大、强度高,减排任务艰巨,发达国家从碳达峰到碳中和的过渡时期有50~70年,而对于我国来说只有30年的时间,因此,我国面临的能源和经济转型的压力都要远远大于发达国家。反观现实情况,目前我国绿色能源和绿色碳汇的快速发展受限,且现有工业过程的减排潜力有限,依靠现有路径难以完成“碳中和”任务。为实现我国的“双碳”目标,急需开发新的低碳排放工业路线。在节能减排的大背景下,双碳目标的提出对中国乃至世界都有重大意义,其带来的环保压力是机遇,也是挑战。华北电力大学(保定)的长制久氨团队成员于琳竹、武文朝、迟雨轩、石若含、程诚诚、陈嘉林、李琦、杜铭哲、逯久琛、张乐飞响应国家双碳目标号召,结合所学专业知识与学校的深厚电力传统,积极应对电力行业面临的能源升级转型难题。
华北电力大学(保定)长制久氨团队成员在网络调研及实际走访中了解到,为满足“双碳”背景下,从以火电为主的传统电力系统向以新能源发电为主体的新型电力系统升级转型过程中面临更多诉求,电力企业也迎来了新的发展阶段,节能减排、绿色发展成为电力企业发展新征程的首要任务,风电、水电等清洁能源发电技术被逐渐应用于发电行业中,减少污染物排放的同时,也为“双碳”目标的实现提供了条件。十四五期间,14家能源电力央企规划的新能源装机数据已超6亿kW,到“十四五”末,可再生能源发电装机占我国电力新装机总量的比例将超过50%。然而,由于风电、光电等可再生能源自身的供应不稳定,在电厂大规模投入使用后会对电网的安全性和供电的维持造成一定困难,且当电站的发电量大于电力系统的最大传输电量加负荷消纳电量时会造成“弃风、弃光”等现象的发生,风电、光电的发电能力未能充分发挥,影响发电企业的经济效益导致收益降低。
对国内外新能源发展现状研究,团队成员发现伴随着新能源的兴起,氨作为一种无碳化合物,燃烧时只产生水和氮气以及少量的氮氧化合物,可以作为清洁能源代替化石燃料,有望成为重要的新一代绿色清洁能源。通过构建氨储能系统,利用合成氨和氨分解时的热效应进行能量的储存和释放,这一化学储能具有储存方便、安全性可靠、成本低廉等优势,在应对当今全球气候问题和能源问题等挑战时能够发挥重要作用。同时,团队成员调研发现相较于目前抽水储能、压缩空气储能和电磁储能等储能方式,氨储能可以不受地形限制,储能规模大,安全性与可靠性高,储能效率高且无污染,将产生的氨以氨能的方式进行储存和运输,在必要的条件下还可进行能量的地域性转移和空间性储存。 氨能的研发能够缓解我国目前面临的几大危机:气候危机-二氧化碳排放、环境危机-脱硫脱硝脱碳、能源危机-氨能、粮食危机-氨肥,因此氨具有极其重要的战略资源价值。
综合考虑上述问题和挑战,长制久氨团队成员深究氨制备和电力行业体系,日夜扎根实验室,以氮气和水作为原料,研制出了多种过渡金属催化剂用于电解法制备氨。实现了以碳纳米材料作为催化剂的载体,将现有的制备方法加以改进,进行多种过渡金属催化剂的制备,探究电化学装置催化制氨的效果,最终寻找到催化效果最佳(氨产率较高、法拉第效率较高)的合适催化剂材料,并获取最佳的反应条件。
长制久氨团队成员考虑到电力行业转型升级与氨储能的联系,可将“弃风、弃光”中产生的弃电或燃煤电厂在非用电高峰时段运行多余负荷产生的电量作为用电来源,利用电解水和氮气的制氨技术将电能转化为氨能存储起来,以克服可再生能源发电间歇性的问题,增强电网的调峰能力。此外,对于传统的燃煤、燃油、燃气发电机组来说,对氨也具有较大的需求量,烟气脱硫、烟气脱硝、电力企业碳捕集计划等每个步骤都需要氨进行参与。因此,在传统电力企业厂区搭建电化学制氨装置,对传统电力企业减碳、减排目标具有较大的促进作用。
无论是应用于风力发电、光能发电等较大规模的使用,还是小型燃煤电厂、各类化工厂的轻量化设计,“绿氨”都是各大企业应该重视发展的新技术新进展,以期在绿色环保、可持续发展方向上找到新的出路。在阳极水中的氧失去电子生成氧气,将氧气进行干燥处理后通入锅炉中,达到使煤灰充分燃烧的效果;将通过空气分离装置分离出的氮气通入电池阴极,氮气得到电子质子化合成氨气,得到的氨气通过加压处理在钢瓶中储存作为氨能以备使用。电厂的制氨改造项目可以因地制宜,根据氨需求量的大小随制随用。本项目将电解制氨的电化学装置应用到电力系统中,针对电力系统中可再生能源发电和传统火电产生的严重弃电现象,可利用发电厂产生的多余电能参与电化学制氨的反应过程,从而将发电厂多余的电能通过电化学的方法转化为绿色燃料氨中的化学能进行储存,达到消纳弃电的效果。同时,在电解制氨的过程中不会排放出任何污染气体,电解得到“绿氨”,符合国家目前“碳达峰,碳中和”的发展战略。对于电力系统中可再生能源发电的不稳定性和波动性等问题,可以通过本项目设计的电化学装置将电能转化为氨中的化学能进行储存,满足了电能的就地消纳、平抑风光的出力波动的目的,更绿色高效的提升火电和新能源发电储能调峰能力;同时,将电解制氨的电化学装置应用于电厂,可构建一个氨储能系统,电厂通过自己生产和储存氨,整合规划出燃煤电厂氨法脱硫、氨法脱硝、氨法碳捕集的烟气综合治理体系,能够满足电厂污染物治理过程中对吸收剂的巨大需求,为电力行业双碳背景下的战略转型提供技术途径,使传统火电厂通过储能实现多产品和多元化发展。团队成员同时申报寒假社会实践,核心成员进行了项目内容的相关宣传工作,达到了引领教育的目的。
“双碳”目标是我国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求而作出的重大战略决策,展示了我国为应对全球气候变化作出的新努力和新贡献,体现了对多边主义的坚定支持,为国际社会全面有效落实《巴黎协定》注入强大动力,重振全球气候行动的信心与希望,彰显了中国积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路、推动全人类共同发展的坚定决心。这向全世界展示了应对气候变化的中国雄心和大国担当,使我国从应对气候变化的积极参与者、努力贡献者,逐步成为关键引领者。在新时代背景下,“双碳”目标赋予新的内涵,长制久氨团队主动适应时代要求,发掘电厂新能源转型的现存问题和发展前景,以所学知识助力电厂转型升级,用青春赋能国家双碳事业,新时代,团队成员将继续宣传双碳目标,为国家环保事业努力奋斗,为中国的蓬勃发展注入青春活力!
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