中國上海交通大學(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，旨在減少由于電網(wǎng)中太陽能過剩而導(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：“無論采用何種減少棄電的方法，將光伏和DAC結(jié)合起來都是可行的。然而，使用棄電可以降低DAC的運(yùn)營成本，這將有助于其早期發(fā)展。”

DAC 系統(tǒng)通過化學(xué)和物理過程從大氣中去除碳。然而，由于材料開發(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(qū)動(dòng)的 DAC 系統(tǒng)參與分鐘級調(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，無需連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)還可以在循環(huán)或過程之間進(jìn)行中斷。此外，可縮減和可擴(kuò)展的吸附過程可以動(dòng)態(tài)調(diào)整解吸過程的激活時(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)對連續(xù)電源的依賴，”它進(jìn)一步解釋說。“這些設(shè)備可以根據(jù)太陽能的間歇性和可用性動(dòng)態(tài)啟動(dòng)或關(guān)閉。”

學(xué)者們對在中國青海省一座 1 GW 太陽能發(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) 工藝來從空氣中捕獲二氧化碳。

“能源需求通過限電或從電網(wǎng)購買電力來滿足，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，DAC 系統(tǒng)采用的吸附過程是可縮減和可延長的。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)間延長至最多兩個(gè)小時(shí)，以降低運(yùn)營成本，同時(shí)根據(jù)電力可用性動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)營。

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)營策略使 DAC 能夠與光伏間歇性兼容，而無需 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。