本次“LCC Insight”欄目，我們邀請到了中英國際低碳學(xué)院助理教授呂小靜，為大家推薦的學(xué)術(shù)文章是Techno-economic assessment of biogas-fed solid oxide fuel cell combined heat and power system at industrial scale. 由Sara Giarola, Ornella Forte, Andrea Lanzini, Marta Gandiglio, Massimo Santarelli, Adam Hawkes共同完成。 為了降低污水處理廠的能耗和碳排放，本研究創(chuàng)新性將制造成本具有挑戰(zhàn)性的固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）應(yīng)用到污水處理廠組成的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（Fig.1）中，將整體發(fā)電效率提高到了60%. 在該污水廠實(shí)施過程中，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)將污泥進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，為SOFC提供燃料。該研究以意大利都靈SMAT管理的一個(gè)污水處理廠為研究對象，采用優(yōu)化調(diào)度模型來評估其能源供應(yīng)系統(tǒng)在全年運(yùn)行中每小時(shí)運(yùn)行的最低成本，不僅考慮了沼氣供應(yīng)的每日和季節(jié)波動性，而且還考慮了替代能源傳輸過程(即從電網(wǎng)輸入電價(jià)、天然氣、碳價(jià)格、設(shè)備維護(hù)以及投資等)價(jià)格的變化，因?yàn)檫@些參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中都會影響電池容量。然后利用污水處理廠沼氣數(shù)據(jù)對系統(tǒng)熱力和電力需求以及電池性能分析來評估SOFC技術(shù)在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中的可行性。此外，還對微型燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)等最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行了分析，從而確定了SOFCs相對于競爭設(shè)備的成本效益優(yōu)選化。

2精彩段落

碳價(jià)格政策在一定程度上是有利于SOFC技術(shù)發(fā)展的。事實(shí)上，在CO2排放價(jià)格為25€/t 的情況下，SOFC 等價(jià)年成本(967,000€/y)將與鍋爐的(963,000€/y)基本保持一致，而SOFC60的成本也將與微型燃?xì)廨啓C(jī)相當(dāng)(其等價(jià)年成本分別為947,000€/y和943,000€/y)。值得一提的是，內(nèi)燃機(jī)一般是最便宜的技術(shù)解決方案(884,000€/y)，因?yàn)樘烊粴獾倪M(jìn)口價(jià)格非常低，從而降低了碳排放。

3學(xué)術(shù)文章

4推薦理由污水處理廠是能源最密集型的公共設(shè)施之一，其電力消耗大概占?xì)W洲的1%以上。目前，在歐洲有超過23000個(gè)污水處理廠均需要進(jìn)行二次處理，總能耗約為15000gwh/年，溫室氣體排放約為27MtCO2-eq/年。因此，減少能源使用和碳排放是歐洲最廣泛且具深度脫碳戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。SOFC雖具有發(fā)電效率高達(dá)50％、污染物NOx排放低于1ppm、燃料多樣性等優(yōu)點(diǎn)，對于解決能源和環(huán)境問題起到重要的推動作用，但其經(jīng)濟(jì)制造成本一直是制約其工業(yè)應(yīng)用的重要瓶頸。本研究評估了當(dāng)規(guī)模經(jīng)濟(jì)導(dǎo)致成本進(jìn)一步降低時(shí)，污水處理廠中SOFC的技術(shù)可行性將如何與經(jīng)濟(jì)成本相抗衡。鑒于此，該分析確定了SOFCs在污水處理廠中應(yīng)用的條件，為制造商和最終用戶提供了關(guān)于在中等規(guī)模以上工廠實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的信息支撐，也為我國發(fā)展此類工業(yè)應(yīng)用在節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)方面提供借鑒。

5點(diǎn)評意義厭氧發(fā)酵型污水處理廠采用SOFC熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，從最終用戶的角度來看，并不再是單純地燃燒過剩的沼氣，這屬于能流高效轉(zhuǎn)換技術(shù)。同時(shí)，在研究的污水處理廠采用沼氣燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)，熱能自給率可達(dá)25%，而電力自給率為26%，運(yùn)營成本以及向大氣排放的CH4均不同程度降低。值得關(guān)注的是，污泥增稠技術(shù)的引入達(dá)到了總懸浮固體的8%，使得SOFCs比其他可用技術(shù)的LCOE降低了50%。從制造商的角度來看，固定成本顯然是技術(shù)部署的主要障礙。目前該技術(shù)的發(fā)展階段包括高投資成本和電池堆棧頻繁替換。在短期內(nèi)，模塊的制造應(yīng)該致力于增加電池堆棧的生命周期，從而減少替換的數(shù)量。此外，電池應(yīng)該能夠處理燃料氣體混合物，如沼氣和甲烷，以減少對沼氣季節(jié)性供應(yīng)的限制。最后，中等規(guī)模的電產(chǎn)量一般均能達(dá)到60%，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性，并進(jìn)一步降低成本。

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