中國上海交通大學的科學家提議將光伏發電廠與直接空氣捕獲(DAC)系統結合起來,旨在減少由于電網中太陽能過剩而導致的光伏發電削減。
這項研究的主要作者苗義和告訴《光伏》雜志:“無論采用何種減少棄電的方法,將光伏和DAC結合起來都是可行的。然而,使用棄電可以降低DAC的運營成本,這將有助于其早期發展。”
DAC 系統通過化學和物理過程從大氣中去除碳。然而,由于材料開發和工藝構建困難,大規模 DAC 系統仍然具有挑戰性。此外,巨大的能源強度限制了它們的廣泛采用。“雖然目前部署基于柔性吸附劑的 DAC 并沒有產生積極的回報,但隨著碳價上漲和吸附劑成本在未來下降,其經濟效益和減排潛力將逐漸顯現,”Yihe 表示。
在《碳捕獲科學與技術》上發表的一項研究“通過整合靈活的直接空氣捕獲解決太陽能電力削減問題”中,研究人員解釋說,他們的方法是讓光伏驅動的 DAC 系統參與分鐘級調度,從而使 DAC 能夠更好地匹配光伏電站的波動。
該小組假設靈活的 DAC 單元采用模塊化設計,這樣每個單元都可以作為獨立負載運行,無需連續運行,同時還可以在循環或過程之間進行中斷。此外,可縮減和可擴展的吸附過程可以動態調整解吸過程的激活時間。“每個單元都可以獨立運行,從而減少整個系統對連續電源的依賴,”它進一步解釋說。“這些設備可以根據太陽能的間歇性和可用性動態啟動或關閉。”
學者們對在中國青海省一座 1 GW 太陽能發電廠部署 DAC 和電池儲能 (BES) 系統進行了比較技術經濟分析。該設施于 2023 年投入使用,與 200MW/255MWh 磷酸鐵鋰 (LiFePO 4 ) BES 系統相連。DAC 系統被認為是基于溫度真空變壓吸附 (TVSA) 工藝來從空氣中捕獲二氧化碳。
“能源需求通過限電或從電網購買電力來滿足,策略是優先使用零成本限電,并根據需要使用電網電力進行補充,”該團隊指出。“ BES 系統根據需要充電或放電,為電網提供輔助調峰服務。 ”
研究團隊解釋稱,DAC 系統采用的吸附過程是可縮減和可延長的。這意味著,當電力削減不足且使用電網電力在經濟上不可行時,該系統可以在解吸前將吸附時間延長至最多兩個小時,以降低運營成本,同時根據電力可用性動態調整運營。
分析表明,DAC 系統在利用電力削減和捕獲 CO2 方面可以實現最低成本。 “案例分析結果表明,靈活的 DAC 是最具成本效益的解決方案,靈活的運營策略使 DAC 能夠與光伏間歇性兼容,而無需 BES,”學者強調。“除了靈活的 DAC 之外還部署 BES 不會產生積極影響,反而會削弱靈活 DAC 解決削減問題的能力。”
該團隊認為,DAC 和 PV 的結合到 2030 年可能會變得可行,特別是如果碳價逐漸上漲且吸附劑成本下降的話。