美国DOE向Coal FIRST计划投入1亿美元开发未来燃煤电厂

【转载】 CASEnergy  先进能源科技战略情报研究中心  2019年5月

近日，美国能源部（DOE）宣布向“Coal FIRST”计划投入1亿美元，旨在开发未来先进煤电厂，为美国消费者提供安全、稳定、可靠的近零排放电力。DOE于去年11月公布了“CoalFIRST”计划，目的是开发灵活（Flexible）、创新（Innovative）、弹性（Resilient）、小型（Small）、变革（Transformative）的适用于未来能源系统的先进燃煤电厂。此类电厂将具备如下特点：（1）能够灵活运行以满足电网需求；（2）使用创新的先进组件，提高效率，减少排放；（3）为美国提供灵活的电力；（4）比目前的传统公用事业规模燃煤电厂的规模小；（5）改变煤电技术的设计和制造方式。“Coal FIRST”计划及本次资助详情如下：

一、“Coal FIRST”计划

“Coal FIRST”计划开发超越当今最先进的新型煤炭发电技术，使燃煤发电厂更适应现代化的电网。该计划将把电厂关键组件的研发与现有技术整合到先进的系统中。通过技术创新和设计及制造方法的改进，开发超越目前公用事业规模发电厂性能的新型先进燃煤发电原型系统。“Coal FIRST”计划所设想的未来先进煤电机组将具备如下特征：

1、整体效率高（满负荷时为40%（HHV）以上，在需求负荷内效率降低尽可能少）；

2、体积小（单位面积约为50至350 MW），可最大限度利用高质量、低成本的车间制造的优势，降低现场施工成本，并缩短项目周期；

3、近零排放，可选择考虑不排放或少量排放二氧化碳（排放水平等于或低于天然气发电技术）的设计，或者在不进行重大电厂改造的情况下进行碳捕集改造；

4、高爬坡率和最小载荷，可适用于2050年高比例可再生能源发电的情况；

5、集成热量或其他能量存储（如化学品生产）技术，以提高运行效率并降低设备损坏几率；

6、最大限度地减少用水量；

7、通过利用先进工艺和模块化设计的方法，缩短电厂设计、构造和调试时间；

8、增强维护功能，包括通过监控和诊断技术的进步减少维护，并最大限度地减少强制停机；

9、与煤炭提质或联合发电等技术整合；

10、可进行天然气混合燃烧。

基于上述目标，“Coal FIRST”计划将重点关注以下关键领域：（1）煤和天然气联合循环；（2）间接超临界二氧化碳（SCO2）循环；（3）先进超超临界蒸汽发电；（4）具有或不具有多联产（加压、氧吹和/或空气吹）的整体气化联合循环；（5）富氧燃烧系统（加压、空气、流化床或悬浮床）；（6）多联产概念；（6）直接合成气/热解气SCO2循环。

二、本次资助情况

本次资助的目的是开发“Coal FIRST”计划的未来燃煤电厂所需的关键组件，也可能包括开发相应的先进制造技术及工艺，具体资助公告将于今年8月或9月发布。本次资助主要关注的关键组件如下： 1、煤燃烧组件，如加压流化床燃烧、分级模块燃烧、加压富氧燃烧、化学循环燃烧、先进超超临界锅炉和用于SCO2动力循环的燃烧加热器。

2、用于燃煤、间接SCO2动力循环的单轴轴流压缩机/膨胀机。

3、用于燃煤、直接SCO2动力循环的集成燃烧器/膨胀机，带有内部叶片冷却。

4、气化炉、气化炉组件和/或空气分离单元。

5、10至50 kW合成气固体氧化物燃料电池（SOFC）模块。

6、其他组件，如传感器、控制器、储能装置、多联产装置、合成气发动机、先进循环。

此外，DOE还宣布已经在“Coal FIRST”计划下选定了13个项目，总计资助195万美元进行未来燃煤电厂的概念设计，获得资助的机构为：8 Rivers Capital公司、阿勒格尼科技公司、Barr工程公司、CONSOL宾夕法尼亚煤炭公司、Constantem科技公司、Echogen电力系统公司、美国电力研究院、Hydrogen Energy California公司、Nexant公司、华盛顿大学、Wormser Energy Solutions公司。