低碳电力系统第二次作业

低碳电力技术基础第二次作业
【题目描述】
一座装有600MW 超临界机组的典型燃煤电厂，改造为具有匹配捕集能力的燃烧后碳捕集电厂。

捕集系统采用基于MEA 吸收剂（质量分数30%）的化学吸收法。

参数如下：基准等效发电出力0g =600MW ；机组最小出力min g =300MW ；等效发电效率G0η=44%；基准等
效碳排放强度G0e =0.80kgCO 2/kWh ；碳捕集系统基本能耗C M g =15.0MW ；吸收单位CO 2的能
耗A λ=0.020kWh/kgCO 2；解析单位CO 2的能耗D λ=0.182kWh/kgCO 2；压缩单位CO 2的能耗C λ=0.113kWh/kgCO 2；CO 2吸收率C β=90%；CO 2分解率L β=100%；烟气分流比调整范围为0-100%；解析速率因子的调整范围是0-1.2。

（1）综合灵活运行方式下，当碳捕集电厂的等效发电出力500g MW =，烟气分流比
=0.7V γ、解析速率因子为0.8D r =，计算其捕集能耗C g ，净发电出力N g 、净发电效率N G η，
净对空排放量NA G E 、净碳去储排放量NC G E ；
解：
5=0.020.7510=kW=5.6MW C
A A A A V G A V G g E E ge =λ=λγ=λγ⨯⨯⨯⨯0.85600 在分流式运行方式下，可以计算得出相同条件下的解析能耗和压缩能耗分别如下：
1g ==C
C D D D D V G E ge λλβγ 1C C L C C C C V G g E ge =λ=λββγ
所以510.80.90.75100.836.691C C C D D D D D V G g r g r ge MW ==λβγ=⨯0.182⨯⨯⨯⨯⨯= 510.80.90.75100.822.781C C C L C C C C C V G g r g r ge MW ==λββγ=⨯0.113⨯⨯1⨯⨯⨯⨯= 所以：
80.072C C
C C C C C L C A
D C M A V G D D V G C C V G M g g g g g ge r ge r ge g MW =+++=λγ+λβγ+λββγ+=净发电出力50080.072419.928N C g g g MW =-=-= 净发电效率0419.9284436.95500N N
N
G
G g g η=η⨯=%⨯=% 净碳对空排放量为：
52(1)E (1)(10.90.7)5100.8148000/NA C C G V G V G E ge kgCO h =-βγ=-βγ=-⨯⨯⨯⨯= 净碳去储排放量为：
52227815100.8198398/0.113
C NC
C G G C G C g E E E ge kgCO h =-=-=⨯⨯-=λ 综上所述，将计算结果如下表所示：
（2）绘制运行区间 a ）综合灵活运行方式下，碳捕集电厂净发电出力随发电出力的变化曲线；
由第一问中得到的结果可知：
C C
C C C C C L C A
D C M A V G D D V G C C V G M g g g g g ge r ge r ge g =+++=λγ+λβγ+λββγ+
故：()N C C C L C A V G D D V G C C V G M g
g g g ge r ge r ge g =-=-λγ+λβγ+λββγ+ (r r )C C L C A D D C C V G M g ge g =-λ+λβ+λββγ-
记r r C C L GE A D D C C λ=λ+λβ+λβ
β 由C D r r =，可知GE λ是一个关于解析速率因子D r 的变
量，所以此时可以得到：=(1)N C C GE V G M GE V G M g g ge g e g g g -λγ-=-λγ-=α-β 可见净发电出力和发电出力之间是线性关系，但是其斜率=1GE V G e α-λγ是一个随r D 和V γ变化的变量，所以为得到变化曲线，采用控制变量法做出r D 为一个定值时（作图时取r =0.8D ），V γ变化时的曲线簇，和当V γ为定值时（作图时取=0.7V γ），
r D 变化时的曲线簇，通过MATLAB 进行作图，得到结果如下：
上图为当固定解析速率因子r D 时，当烟气分流比V γ从0.1变化到1时的曲线簇，其中从上至下曲线对应的V γ逐渐增大。

由于发电机组的最大和最小等效发电出力分别是600MW 和300MW ，所以所做的曲线只取这之间的部分。

上图中为固定当烟气分流比V γ为0.7时，当解析速率因子r D 从0到1.2之间变化时的曲线簇，其中从上至下各条曲线对应的r D 逐渐增大。

（2）分流灵活运行方式下，在净碳去储排放定义下，当分流比为0.8时，净发电效率和净碳排放强度随净发电出力的变化曲线；
当分流灵活运行方式下时，
C
A A A A V G g E ge =λ=λγ
C C
D D D D V G g
E ge =λ=λβγ
C C L C C C C V G g E ge =λ=λββγ
(C C C L C C C L C A V G D V G C V G M A D C V G M g ge ge ge g ge g =λγ+λβγ+λββγ+=λ+λβ+λββ)γ+
N C C C L M A V G D V G C V G g g g ge ge ge =--λγ-λβγ-λββγ
()C C L C A D C V G M g ge g =-λ+λβ+λββγ- 00(1()=N C C L N N
A D C V G G G G N C M
g e g g g g -λ+λβ+λββ)γη=⨯η⨯η+
其中，据上面的公式即可绘制净发电效率随净发电出力的变化曲线；
C L C V G E ge =ββγ ，G G E ge = ，=()g NC C L G
G C V G E E E 1e -=-ββγ (1)g (1)NC C L N C L G V G G
G G V G G G E e e e e e E ge -ββγ===-ββγ （由于与净发电出力无关，故为常值函数）。

通过MATLAB 得到净发电效率和净碳排放强度随净发电出力的变化曲线分别如下：
净发电效率和净发电出力的变化曲线
（c ）综合灵活运行方式下，分别在净碳对空排放定义和净碳去储排放定义下，碳捕集电 厂净碳排放量随净发电出力的变化区间。

在综合运行方式下，根据（1）中计算的结果可知
C C
C C C C C L C A
D C M A V G D D V G C C V G M g g g g g ge r ge r ge g =+++=λγ+λβγ+λββγ+
=(r r )C C L C A D D C C V G M ge g λ+λβ+λββγ+ 记r r C C L GE A D D C C λ=λ+λβ+λββ ，则=C C GE V G M g ge g λγ+
(1)g N C C C GE V G M GE V G M g g g g ge g e g =-=-λγ-=-λγ-
(g g )/(1)N C
M GE V G g e =+-λγ
(1)E =(1)ge (1)(g g )e /(1)NA C C C N C
G V G V G V M G GE V G E e =-βγ-βγ=-βγ+-λγ
(1)(g g )/(1)C NC
C L C L N C
C G G C G G C V G C V G M GE V G C
g E E E ge ge r ge r e e =-=-=-ββγ=-ββγ+-λγλ 由于已经得到的=(1)N C C GE V G M GE V G M g g ge g e g g -λγ-=-λγ-
又(1)E =(1)ge NA C C G V G V G E =-βγ-βγ 所以当g 为特定值时，NA G E 的取值范围取决于V
γ的值，可知此区间两个端点是ge G 和(1)ge C G -β。

而当g 取一个特定的值时，对于一个定值NA G E ，N g 的取值区间只取决于D r ，由N
g 的表达式可知这个区间的两个端点分别是
(1e )C V G A M g g -γλ-， (1e ( 1.2 1.2))g C C L C V G A D C M g -γλ+λβ+λββ- 据此可以绘制取值区间，所以通过取不同的等效发电出力，得到净碳对空排放量与净发电出力的变化区间如下：。