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将太阳能和风能转化为甲醇所必须采取的措施

来源： 2020-12-14 17:45:37

只有在化学工业使甲醇生产过程更加灵活，从而使其适应间歇性和可变性的风能和太阳能的情况下，可再生能源发电技术在电力制甲醇项目中的应用才变得可行。这是牛津大学科学家进行的一项研究的主要结论，作者在该研究中解释说，甲醇工业目前由常规化学工艺控制，常规化学工艺需要恒定，刚性的电源，而常规电源只能通过常规能源来确保。

相比之下，采用更灵活的化学过程将使甲醇制电厂的运营商可以根据可变的可再生能源模式调整需求，同时结合需求侧管理以平衡发电和最终使用负荷。英国科学家解释说：“迄今为止，可再生化学品生产的局限性主要通过昂贵的能量存储来解决，尤其是以压缩氢气(H2)的形式来达到可再生能源输出的水平。”仍然，几个技术问题。

对于他们的案例研究，研究人员考虑了一个甲醇工厂，该工厂通过从点源捕获碳来获取CO2，并从电解中获取H2，其中甲醇合成回路以催化反应器为中心，并采用基于蒸馏的步骤进行产品纯化。对设施的完全电气化进行了两种不同的分析，分别采用了光伏发电和风力发电，并且在两种情况下都可以选择使用传统的备用电源。“在该系统中，可再生能源供应的可变性通过结合基于H2的储能系统和通过存储过程材料和能量实现的过程灵活性来解决，”学者指出。

该系统的规模可在两个不同的地方每年生产40万吨甲醇-诺德奈，诺德奈是德国北海沿岸的一个岛屿，具有很大的风能;位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠的Kramer Junction，太阳辐射水平很高。它的设计方式是，当可再生能源过剩时，可以生产通过电解产生的过量氢和通过合成反应器产生的粗甲醇，并将其存储在两个不同的存储子系统中。“当功率不足太大时，存储的H2该小组解释说，备用电源只是一种故障保护措施，可确保可持续生产，并且CO2储存子系统可以处理燃料电池之间的负载不匹配问题。碳捕获和甲醇合成。此外，储热单元有助于甲醇合成和碳捕获之间的整合。

根据科学家的说法，该解决方案的可行性在很大程度上取决于可调度的能源价格和过程灵活性的程度。他们接着说，灵活的甲醇生产的潜在好处是，当确保100%可再生能源供应时，这是可能的，其中大部分节省来自取消基于H2的储能系统或非常便宜的可再生能源，例如Kramer Junction，其中H2的成本很高使用PV可以抵消存储量。该研究的作者说：“优化结果证实了工艺的灵活性将导致减少废料，这代表了可再生能源的利用率提高。”“但是，请注意，尽管总体成本有所降低，但在这两个地点针对最经济的方案进行灵活运营都会产生更高的可再生能源发电成本。”

他们进一步解释说，对于没有灵活性的Kramer Junction案例，估计的甲醇平均成本(LCOMeOH)比Norderney系统的成本高出约17%，这是由于处理太阳能的高可变性需要多余的太阳能。但是，当引入化学过程的灵活性时，太阳能有潜力将项目的LCOMeOH降低34%，而对于风力发电项目，该百分比为22%。牛津团队表示：“通过引入过程灵活性，可以大大避免产生过多的产物。”

该模型的应用中的决定性因素是核心柔性化学过程单元的成本和化学过程中中间产品的存储成本。此外，这需要对柔性处理单元进行尺寸过大。“从某种意义上说，过程灵活性是与过程集成竞争的设计;其实施需要对案例进行分析。“尽管如此，如果能够实现本工作中展示的通过实现过程灵活性而实现的成本降低幅度(20%至35%)，其潜在收益很可能会超过许多化学过程中能源整合的机会成本。”