中國(guó)上海交通大學(xué)的科學(xué)家提議將光伏發(fā)電廠與直接空氣捕獲(DAC)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，旨在減少由于電網(wǎng)中太陽(yáng)能過(guò)剩而導(dǎo)致的光伏發(fā)電削減。
這項(xiàng)研究的主要作者苗義和告訴《光伏》雜志：“無(wú)論采用何種減少棄電的方法，將光伏和DAC結(jié)合起來(lái)都是可行的。然而，使用棄電可以降低DAC的運(yùn)營(yíng)成本，這將有助于其早期發(fā)展。”
DAC 系統(tǒng)通過(guò)化學(xué)和物理過(guò)程從大氣中去除碳。然而，由于材料開(kāi)發(fā)和工藝構(gòu)建困難，大規(guī)模 DAC 系統(tǒng)仍然具有挑戰(zhàn)性。此外，巨大的能源強(qiáng)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(méi)有產(chǎn)生積極的回報(bào)，但隨著碳價(jià)上漲和吸附劑成本在未來(lái)下降，其經(jīng)濟(jì)效益和減排潛力將逐漸顯現(xiàn)，”Yihe 表示。
在《碳捕獲科學(xué)與技術(shù)》上發(fā)表的一項(xiàng)研究“通過(guò)整合靈活的直接空氣捕獲解決太陽(yáng)能電力削減問(wèn)題”中，研究人員解釋說(shuō)，他們的方法是讓光伏驅(qū)動(dòng)的 DAC 系統(tǒng)參與分鐘級(jí)調(diào)度，從而使 DAC 能夠更好地匹配光伏電站的波動(dòng)。
該小組假設(shè)靈活的 DAC 單元采用模塊化設(shè)計(jì)，這樣每個(gè)單元都可以作為獨(dú)立負(fù)載運(yùn)行，無(wú)需連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)還可以在循環(huán)或過(guò)程之間進(jìn)行中斷。此外，可縮減和可擴(kuò)展的吸附過(guò)程可以動(dòng)態(tài)調(diào)整解吸過(guò)程的激活時(shí)間。“每個(gè)單元都可以獨(dú)立運(yùn)行，從而減少整個(gè)系統(tǒng)對(duì)連續(xù)電源的依賴(lài)，”它進(jìn)一步解釋說(shuō)。“這些設(shè)備可以根據(jù)太陽(yáng)能的間歇性和可用性動(dòng)態(tài)啟動(dòng)或關(guān)閉。”
學(xué)者們對(duì)在中國(guó)青海省一座 1 GW 太陽(yáng)能發(fā)電廠部署 DAC 和電池儲(chǔ)能 (BES) 系統(tǒng)進(jìn)行了比較技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。該設(shè)施于 2023 年投入使用，與 200MW/255MWh 磷酸鐵鋰 (LiFePO 4 ) BES 系統(tǒng)相連。DAC 系統(tǒng)被認(rèn)為是基于溫度真空變壓吸附 (TVSA) 工藝來(lái)從空氣中捕獲二氧化碳。
“能源需求通過(guò)限電或從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電力來(lái)滿(mǎn)足，策略是優(yōu)先使用零成本限電，并根據(jù)需要使用電網(wǎng)電力進(jìn)行補(bǔ)充，”該團(tuán)隊(duì)指出。“ BES 系統(tǒng)根據(jù)需要充電或放電，為電網(wǎng)提供輔助調(diào)峰服務(wù)。 ”
研究團(tuán)隊(duì)解釋稱(chēng)，DAC 系統(tǒng)采用的吸附過(guò)程是可縮減和可延長(zhǎng)的。這意味著，當(dāng)電力削減不足且使用電網(wǎng)電力在經(jīng)濟(jì)上不可行時(shí)，該系統(tǒng)可以在解吸前將吸附時(shí)間延長(zhǎng)至最多兩個(gè)小時(shí)，以降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)根據(jù)電力可用性動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)營(yíng)。
分析表明，DAC 系統(tǒng)在利用電力削減和捕獲 CO2 方面可以實(shí)現(xiàn)最低成本。 “案例分析結(jié)果表明，靈活的 DAC 是最具成本效益的解決方案，靈活的運(yùn)營(yíng)策略使 DAC 能夠與光伏間歇性兼容，而無(wú)需 BES，”學(xué)者強(qiáng)調(diào)。“除了靈活的 DAC 之外還部署 BES 不會(huì)產(chǎn)生積極影響，反而會(huì)削弱靈活 DAC 解決削減問(wèn)題的能力。”
該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，DAC 和 PV 的結(jié)合到 2030 年可能會(huì)變得可行，特別是如果碳價(jià)逐漸上漲且吸附劑成本下降的話(huà)。
