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在可预见的未来,我们可能要一直将天然气作为主要的发电能源之一。我国目前天然气约占总电力供应量的3%,截至2020年预计将占6.7%。现成又便宜的天然气发出的电占美国总发电量的30%,全世界发电量的22%。
天然气虽然比煤炭清洁得多,仍造成了大量的碳排放。
那么,发电厂能否以廉价高效的方式捕捉天然气燃烧释放的碳元素,进而避免了温室气体的排放?这就是零碳天然气技术所要实现的效果。而这项技术也入围了2018年《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”。
2018年《麻省理工科技评论》全球十大突破性技术榜单
正在研发这项技术的是一家名为NetPower的公司。上榜时,《麻省理工科技评论》认为,如果NetPower的零碳天然气的技术真能实现,就意味着人类从此就可以以合理的价格从化石燃料中获得零碳能源。这样的天然气发电必会改善能源供给的局面,因为它既不像核能那样成本高企,也不像可再生能源那样供给不稳。
好消息是,就在刚刚过去的5月,NetPower位于德克萨斯州拉波特市的天然气电站已经成功点火,此次点火也被Nature等科学媒体报道。
NetPower的这座新电站,也是全球首座可以在不额外增加成本的情况下,有效捕获所有排放物化石燃料电站,这对削减温室气体具有里程碑意义。
如何实现零碳发电?
或许有人会疑问,建设一座化石燃料电站似乎与”节能减排”的口号格格不入。但NetPower与众不同。
该发电厂采用全新的方法来捕获二氧化碳:将二氧化碳转化为驱动专门设计的涡轮机的“工质”。过程中过剩的气体会被抽走,可以运走或销售。
其中的关键在于,NetPower彻底摒弃传统的以水蒸气为工质的热能循环过程,选用全新的Allam循环过程。该循环利用特殊设计的小型汽轮机,在充满高温高压的超临界二氧化碳的燃烧室内,燃烧天然气与纯氧的混合气体。燃烧会产生额外的二氧化碳、水和很多热量。这些高温、高压混合物通过汽轮机,推动叶片产生电力。
混合气体通过汽轮机之后温度会稍有降低,它们随后会被分离。适量的二氧化碳被压缩到临界状态,再重新添加到初始的燃烧室内,这样系统就有稳定的气体循环。剩余的纯二氧化碳气体可以出售或者埋于地下。水蒸气可以凝结成干净的水。阿拉姆循环的热转换效率非常高,可以将80%的天然气能量转化为电能(大部分先进天然气电站只能做到60%)。
现有的天然气工厂用空气来燃烧天然气,空气是氧气和氮气的混合物。这些技术会排放出二氧化碳,这与氮气和残余的氧气分离起来很困难而且昂贵,这使得碳捕获对于传统发电厂来说是不经济的。NetPower利用新型工艺-氧燃料、超临界二氧化碳动力循环-解决了旧技术的成本障碍,该技术可高效生产电力。该系统用氧气燃烧天然气,而不是空气。此外,该循环不使用蒸汽,而是使用高压二氧化碳来转动涡轮机,实际上将二氧化碳问题转化为气候解决方案,同时运行的效率与当今大多数天然气发电厂相当。此外,该技术可以在没有水的情况下运行(但会少量降低效率)。该技术将成为未来经济型世界清洁能源的可靠基石。
NetPower的这项技术之所以重要,是因为迄今为止,为发电厂增加回收排放物的系统已经变得非常复杂和昂贵,极大地增加了发电成本。而NetPower预计,建成几座商业规模的发电厂之后,它的成本将低于标准天然气发电厂的成本。
这意味着该技术可为电网提供廉价、清洁和灵活的电力来源,和标准太阳能以及风力发电厂相比,更容易根据需求调整电量。这也是为什么能源研究人员密切关注这座价值1.4亿美元的示范工厂的原因,以及《麻省理工科技评论》为什么会将该工厂列为2018年10项突破性技术的原因。
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