TWI443962B

TWI443962B - 用於運作一具有控制系統及co2捕集系統之發電廠之方法

Info

Publication number: TWI443962B
Application number: TW098101986A
Authority: TW
Inventors: Richard Blatter; Olivier Drenik; Holger Nagel
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2014-07-01
Also published as: TW201029316A

Description

用於運作一具有控制系統及CO2捕集系統之發電廠之方法

本發明係關於具備二氧化碳捕集及壓縮之發電廠以及其在頻率回應期間之運作。

近年來，溫室氣體之產生導致全球暖化且溫室氣體之進一步增加將進一步加速全球暖化已變得顯而易見。由於CO2(二氧化碳)被識別為一主要溫室氣體，因此CCS(碳捕集及儲存)被視為一種用於減少溫室氣體往大氣中之釋放並控制全球暖化之潛在主要手段。在此上下文中，CCS被界定為CO2捕集、壓縮、運輸及儲存之過程。捕集被界定為一其中在一基於碳之燃料燃燒之後自煙道氣移除二氧化碳或在燃燒之前移除並處理二氧化碳之過程。用於自一煙道氣或燃料氣流移除CO2中之碳之吸收劑、吸附劑或其他手段之再生被視為該捕集過程之一部分。存在若干種可用於發電廠(例如，燒煤蒸汽發電廠、燃氣汽輪機或結合循環發電廠)中之CO2捕集之方法。討論中之用於CO2捕集之主要技術係所謂預燃捕集、氧燃燒、化學循環及後燃捕集。

預燃碳捕集涉及在燃燒一燃料之前移除該燃料之碳含量之全部或一部分。對於天然氣，此通常係藉由將天然氣與蒸汽重整，隨後進行一轉移反應以產生CO2及氫來完成。CO2可自所得氣體混合物捕集並移除。氫隨後可用來產生有效能量。該過程亦習知為合成氣體或合成氣方法。上述方法可用於煤或任何化石燃料。首先，使該燃料氣化並隨後以與天然氣相同之方式來處理其。預見此方法結合IGCC(整合氣化結合循環)之應用

氧燃燒(亦習知為氧燃料燃燒或氧燃燒)係一種在一氧與再循環CO2之混合物而不是空氣中燃燒煤或其他化石燃料之技術。其產生一由濃縮CO2及蒸汽構成之煙道氣。自此，CO2可簡單地藉由使水汽(其係燃燒反應之二次產物)冷凝來分離。

化學循環涉及將一金屬氧化物用作一將氧自燃燒空氣轉移至燃料之載氧體，通常為一金屬氧化物。來自燃燒之產物係CO2、還原金屬氧化物及蒸汽。在水蒸汽冷凝之後，該CO2流可經壓縮以用於運輸及儲存。

當前所考量之最接近於大規模工業應用之CCS技術係與壓縮、運輸及儲存結合之後燃燒捕集。在後燃燒捕集中，CO2被自一煙道氣移除。剩餘煙道氣被釋放至大氣且CO2經壓縮以用於運輸及儲存。存在若干習知用於自一煙道氣移除CO2之技術，例如吸收、吸附、薄膜分離及低溫分離。

所有用於CO2捕集及壓縮之習知技術均需要相對大量能量。存在許多關於藉由將該等不同過程整合至一發電廠中來使此等過程最佳化並減少功率及效率損失之公開申請案。

對於具有後燃燒捕集之CCS，CO2捕集及供進一步處理(亦即，運輸及儲存)之CO2壓縮係一電廠之淨功率輸出減少相對於一不具有CCS之習用電廠減少之主要原因。

EP1688173給出一後燃燒捕集之一實例及一用於減少因CO2吸收、個別地再生吸收液之而引起之功率輸出損失之方法。此處，提出自一發電廠之汽輪機之不同級抽取用於再生吸收劑之蒸汽以使汽輪機輸出之減少最小化。

在相同之上下文中，WO 2007/073201建議使用因壓縮CO2而產生之壓縮熱來再生吸收劑。

此等方法旨在減少特定CO2捕集設備之功率要求，然而使用所提出之CO2捕集方法將始終導致電廠容量(亦即，電廠可投送至電網之最大功率)之顯著減少。

一藉由提高電廠靈活性來減輕CO2捕集對電廠效能之影響之初次嘗試闡述於EP 0537593中。EP 0537593闡述一利用一吸收劑來進行自煙道氣之CO2捕集之發電廠，其中發電機在高功率需求時間期間關閉且其中在此等時間期間CO2捕集藉由使用儲存於一吸收劑槽中之吸收劑繼續進行。EP 0537593闡述CO2捕集設備之一個電力用戶之一簡單開/關模式。其以相對高的成本增加僅少許運作靈活性。

頻率回應對於發電廠運作係一重要問題且對於具有CO2捕集及壓縮之電廠亦必須加以考量。EP 0858153闡述其中一電網具有一在一額定頻率周圍波動之電網頻率之頻率回應基本原理。根據一控制頻率來控制發電廠之功率輸出，在此一方面當控制頻率降至額定頻率以下時增加功率輸出，而在另一方向當控制頻率增加超過該額定頻率時減少功率輸出。不斷地量測電網頻率。EP 0858153闡述一種用於對電網頻率進行平均並將所量測電網頻率用作控制頻率之有利方法，然而此僅限於燃氣輪機功率輸出控制之習用控制機構。為了實現對欠頻事件之回應，電廠通常必須在部分負載下運作。

本發明之主要目的係優化用於具有CO2捕集及壓縮之發電廠之頻率回應操作方法。本發明之另一目的係一種具有一經設計以根據經優化之操作方法運作之CO2捕集及壓縮系統之發電廠。

一個目的係利用CCS(碳捕集及儲存)來提高電廠之靈活性並因此提高其與不具有CO2捕集之習用電廠之競爭力。根據本發明，在一欠頻事件期間將一CO2捕集系統之功率消耗用作一對一發電廠之淨功率輸出之控制參數。在此上下文中，如例如在直接CO2壓縮機驅動器中之電力消耗、機械功率消耗以及活蒸汽(其原本可在蒸汽輪機中轉換成電能)之消耗被視為該捕集系統之功率消耗。一欠頻事件(其通常亦稱作欠頻偏移或低頻事件)係一低於額定頻率之電網之頻率減少。特定而言，藉由下述方式來提高電廠之頻率回應能力：使用CO2捕集及壓縮設備功率消耗之快速變化來調整電廠可在一欠頻事件期間投送至電網之電力。

本發明之要素係一電廠操作方法，其中減少該CO2捕集系統之功率消耗或作為一對該電網頻率之一下降之反應關閉該系統以增加電廠之淨輸出。在本發明之上下文中，將一CO2捕集系統界定為該整個CO2捕集單元加上該壓縮單元以及所有其輔助設備。此操作方法賦予除該工廠之現有控制以外之額外靈活性。因藉由此方法將該CO2系統整合至該發電廠中，故可在一欠頻事件期間以一極高速率增加電廠之淨輸出且不需要部分負載運作從而確保頻率回應期間之淨功率容量。高速率功率變化可藉由該CO2捕集系統之功率消耗之快速梯度來實現。電廠因此可在或接近於基本負載下以最佳效率運作。本發明係以無或少許額外成本實現。

於一習用電廠中，電廠之淨輸出可藉由下述方式回應於一欠頻事件而增加：增加電廠之總功率輸出並增加電廠及其系統中之任何一者之輔助或寄生功率消耗。總功率輸出之增加僅限於電廠之基本負載。此外，可增加電廠之總功率之速率因在電廠之瞬變及慣性期間出現之熱應力而有限。於一習用電廠中，增加任何系統或輔助設備之寄生功率消耗之可能性亦非常有限。通常，一蒸汽或結合循環發電廠之最大用戶係給水泵、冷卻水泵及冷卻設備，其在連續運作期間無法關閉。

CO2捕集及壓縮之大功率消耗(其並非為達成電廠之安全連續運作所需)改變此情形並賦予淨功率快速瞬變而不遭遇對電廠之限制之新的可能性。事實上，該CO2捕集系統之功率消耗可用作一對該電廠之淨功率輸出之控制參數。特定而言，可改變CO2捕集及壓縮之功率消耗並使用此功率來滿足一電網之頻率回應要求。此外，根據此新概念可避免或減少回應於欠頻事件之電廠之使用期限消耗快速負載瞬變，因為淨功率輸出之變化係由一對該CO2捕集系統之功率消耗之控制來滿足。

對於CO2捕集及壓縮之頻率回應之一個額外優點係避免在頻率儲備之容量不再可用時電網可能需要之電廠之降級運作之可能性。根據該電網，可能需要一些電廠在部分負載(例如90%負載)下運作以保持一用於欠頻事件之功率儲備。在90%下運作可導致降低之效率並增加針對每一所生產之MWh之資金及運作成本。此處，特別有利地，本發明使得一電廠能夠以最佳效率在基本負載或接近於基本負載下運作且仍具有一針對欠頻事件之固有功率儲備，因為該CO2捕集系統之功率消耗可關閉並用於頻率回應。

於一將該CO2捕集系統用作一對該淨功率輸出之控制參數之第一方法中，該CO2捕集及CO2壓縮設備或其主要電力用戶可在一欠頻事件期間完全關閉。該CO2分離(其獨立於所選技術)被停止且該電廠正像一具有煙道氣中之CO2排放之習用電廠一般運行。對應地，不需要具有其寄生功率需求之CO2壓縮。

除完全停止或甚至跳開該CO2捕集及壓縮單元之外，針對頻率回應運作提出一至該CO2捕集設備及壓縮之降低容量或部分負載運作之減載。降低容量可藉由運作低於達成該額定CO2捕集速率所需之容量之該CO2捕集系統之組件中之至少一者來實現。因而，將在頻率回應期間降低該捕集速率。

因欠頻事件僅極少且在一短時間週期期間出現，故因此運作模式而不捕集之CO2之累積量通常較小且可忽略不計。根據該電網，欠頻事件(其將導致此一短期CO2排放)在幾年中出現僅一次且將僅持續幾分鐘或幾十分鐘。

然而，該捕集設備及壓縮單元之靈活運作將提高具有CO2捕集及壓縮之發電廠之競爭力。因而將使得可早日將除純粹試驗電廠項目以外的此類電廠引入至一競爭性電力市場中且因而減少CO2排放。

在下文中，利用該CO2吸收實例來說明一種關於CO2捕集及壓縮之頻率支援方法。下文中所述之此方法及所有其變體同樣可適用於一CO2捕集方法，該CO2捕集方法由CO2吸附、吸附劑再生及捕集CO2壓縮組成。使用相同原理之頻率回應運作可以想像用於所有CO2捕集方法。

一由CO2吸收、吸收劑再生及捕集CO2壓縮組成之CO2捕集及壓縮過程之運作賦予用於提高電廠運作之靈活性之三個主要選項。其可一個一個地或同時實施。其係：

1.　關閉或在CO2壓縮單元之降低容量下運作。

2.　關閉或在再生單元之降低容量下運作。

3.　關閉或在吸收單元之降低容量下運作。

儘管第一選項已導致寄生功率消耗之顯著減少，但其將導致一CO2在一極短時間週期內至大氣之釋放，因為無法經濟地儲存大量未壓縮CO2。因此，所捕集CO2之部分或全部可例如在一欠頻事件期間經由該CO2壓縮單元之一旁路釋放。為了對所捕集CO2進行完全處置，其可例如與該CO2吸收單元下游之煙道氣混合並經由發電廠之煙囪釋放。

寄生功率消耗之進一步顯著減少可藉由第二選項實現。再生通常係藉由該吸收劑之"再沸騰"來完成，該吸收劑之"再沸騰"係指藉由蒸汽來對該吸收劑加熱以釋放該CO2。因而，該蒸汽不同可供用於發電。一旦在頻率回應運作期間停止該再生，則該蒸汽可供用於發電。

一其中亦停止或在降低之容量下運作該吸收過程之第三選項導致輔助功率消耗之進一步減少。功率消耗之此減少明顯小於前兩個選項中所達成之節省。根據該吸收單元之設計，在此運作模式期間使該煙道氣之一部分或全部在該捕集設備周圍繞過。

該吸收過程本身之運作在不作進一步測量之情況下並無任何意義，因為習用配置中之吸收劑將很快飽和且無法捕集再捕集CO2。然而，根據吸收劑儲存槽之大小，無再生之CO2捕集及CO2壓縮在一有限時間週期期間係可能的。

由於該CO2捕集及壓縮方法之一跳開經常比該等系統之一減載更快且更安全，因此提出該系統之至少一個部分之一跳開與該電廠負載控制之一組合。若該系統之至少一個部分跳開，則所得淨功率輸出增加可高於該頻率回應所需。在此種情況下，可使用習用電廠控制來減少該電廠之總功率輸出以確保該電網所需之正確淨功率輸出。

除關閉CO2捕集系統之組件之外，其部分負載運作係可能的。舉例而言，該CO2壓縮單元之質量流可因例如入口導流葉片之控制構件而減少。在一包含兩個或兩個以上並行壓縮機組之壓縮單元之情況下，關閉至少一個壓縮機亦明顯地將導致該CO2壓縮單元之功率消耗之減少。在滿負載運作之兩個並行壓縮機組之情況下，關閉一個壓縮機組將導致50%之功率消耗減少但亦暗示無法壓縮50%之所捕集CO2且通常將使其繞過至煙囪。另一選擇係，可降低再吸收速率。此可例如藉由下述方式來實現：減少流過該再生單元之吸收劑流並繞過其餘流並在其進入該吸收單元之前混合該兩個流。由於該流之僅一部分流過該再生單元，因此再生所需之蒸汽減少且過剩蒸汽可用於發電。由於將再生與非再生吸收劑混合，因此用於吸收CO2之所得混合物之容量減少且一更低百分比之CO2自煙道氣捕集且更少之CO2釋放以在該再生單元中壓縮。由於首先捕集CO2並隨後繞過其並不非常經濟，因此提出同時減少所有捕集系統組件之容量。

在一欠頻事件期間運作該吸收單元而不再生或在減少之吸收劑容量下再生之另一可能性係在此時間期間使用所儲存之CO2吸收劑。

若現出一臨界電網情形，則在頻率降至一臨界臨限值以下之前來自調度中心之一信號可能已經啟動該CO2捕集系統之功率消耗之上述減少且因此有助於穩定電網。

可具有用於運作該CO2捕集系統之不同控制方法。一個實例係一對該CO2捕集系統之該等不同組件之開環控制。此尤其適用於僅使用對該等不同組件之開/關控制之情況下。

開環控制亦可以想像用於一其中實現一對該CO2捕集系統之功率消耗之連續控制(亦即，不具有因不同組件之開/關切換而引起之功率輸出之突然階躍)之更精密操作過程。在此實例中，對該CO2捕集系統之功率消耗之連續控制係藉由在改變一個組件之功率消耗同時其餘組件在恆定負載下運作來實現。然而，閉環控制可有利於例如瞬變運作或在變化邊界條件下之運作。

在預見在該等不同組件之減少容量下之運作之情況下，一閉環控制將實現負載分佈能之更好最佳化。此在實施對CO2捕集速率之控制時尤其有利。在引種情況下，該CO2捕集系統之功率消耗不隨在控制一個組件之同時其餘組件在恆定負載下運作而變化。必須考量該等不同組件之容量之減少。為此，每一組件之當前操作條件之一回饋係有利的且一閉環控制係更可取的。

本發明之另一目的係一種具有一CO2捕集系統之燃燒基於碳之燃料之熱電廠，該CO2捕集系統設計用於根據上文所述之頻率回應方法來運作。該對應之CO2捕集系統正啟用快速系統減載。

本發明之一個實施例係一燃燒一基於燃料之發電廠，其具有至少一個煙道氣流。除習知用於發電之習用組件以外，一根據本發明之電廠通常包含一用於自該煙道氣流移除CO2之CO2捕集單元及一CO2壓縮單元。該捕集單元通常包含：捕集設備，其中該CO2自該煙道氣移除；一再生單元，其中該CO2自該吸收劑、吸附劑或其他劑釋放以約束來自該煙道氣之該CO2；及一處理系統，其用於調節該CO2以用於運輸。該壓縮單元由至少一個用於CO2壓縮之壓縮機組成。通常，該壓縮單元亦由至少一個用於在該壓縮期間及/或之後二次冷卻所壓縮之CO2之冷卻器或熱交換器組成。

為了實現根據所提出之操作概念之運作，該電廠之一蒸汽輪機經設計以將可在關閉該CO2捕集系統之情況下由該電廠產生之最大蒸汽流轉換成能量。

於另一實施例中，發電機及電系統經設計以將藉由關閉該CO2捕集系統產生之最大功率轉換成電力並將此電力傳輸至電網。

為了促進此一電廠之上述運作，其可進一步包括該CO2壓縮機之一旁路，該旁路可安全地排出該CO2且例如通至該CO2捕集裝置之下游之煙道氣煙囪中。

於另一實施例中，該CO2捕集單元經設計以耐受該等煙道氣，即使其不運作例如一經設計以在乾燥條件下運行之吸收單元。

另一選擇係，可預見該CO2捕集單元之一旁路，從而允許獨立於該CO2捕集單元來運作該發電廠。此旁路亦可有利於該電廠之啟動或關閉並且有利於該CO2捕集系統之維護期間之電廠運作。

於另一實施例中，提供一種儲存槽，其經確定尺寸以在一界定時間週期期間供應CO2吸收劑，從而實現連續CO2捕集，即使在一欠頻事件期間該CO2壓縮及再吸收處於關閉狀態。

由於CO2捕集系統係一複雜系統，因此如針對上述不同操作方法所述需要一適當之控制系統。此控制系統依賴於並影響電廠之功率控制。由於功率控制係電廠控制系統之一必需部分，因此有利地將對該CO2捕集系統之控制整合至電廠控制系統中或由該電廠控制系統來協調對該CO2捕集系統之控制並將所有相關資料線連接至該電廠控制系統。若該電廠由若干單元組成且該電廠控制系統具有一由若干電廠控制器及單元主控制器組成之階層式結構，則有利實現該CO2捕集系統之控制至每一單元之主控制器中之此一整合或協調。

另一選擇係，該CO2捕集系統具有其自身的控制器，該控制器經由一直接資料鏈路連接至該電廠控制系統。該電廠控制系統或該單元主控制器必須向該CO2捕集電廠之該控制器發送至少一個信號。此信號可例如係一命令功率消耗信號或一命令捕集速率。

於上述情況下，該CO2捕集控制器未必係一個硬體裝置但可分散至由一個或多個控制單元協調之驅動器及組群控制器中。

在該CO2捕集系統之控制由該電廠控制系統協調之情況下，高級控制單元可例如向該CO2壓縮單元之組群控制器發送總命令質量流並自此組群控制器以輸入形式接收總實際質量流。此實例中之該壓縮單元含有若干壓縮機組。該等壓縮機組中之每一者皆具有其自身的裝置控制器。該組群控制器具有一用於判定如何最佳地將該命令總CO2壓縮質量流分佈於該等不同壓縮機組上並向每一個別壓縮機組之裝置控制器發送一命令質量流。回過來，該組群控制器獲得每一壓縮機組之實際CO2壓縮質量流。每一壓縮機組裝置控制器可重新與依賴於更低位階之控制器一起工作。

相同類型之體系可適用於對該CO2捕集系統之所有組件之控制。

一用於執行所提出之方法之發電廠主要由一習用發電廠1加上一CO2捕集單元2及一CO2壓縮單元9組成。

一針對後燃燒捕集之典型配置顯示於圖1中。發電廠1供應有空氣3及燃料4。其主要輸出係在抽取蒸汽以用於CO2再吸收之情況下之電廠總功率輸出A及通至CO2捕集單元之煙道氣15。此外，自電廠1抽取蒸汽並經由通至CO2捕集單元之蒸汽13及蒸汽控制閥14將其供應至CO2捕集單元2。蒸汽經由回流管線6在降低之溫度下或以冷凝液形式回送至電廠1，在那裏其再引入至蒸汽循環中。一CO2捕集單元2通常由一其中CO2藉由一吸收劑自煙道氣移除之CO2吸收單元及一其中CO2自吸收劑釋放之再生單元組成。根據煙道氣之溫度及CO2吸收單元之操作溫度，亦可能需要一煙道氣冷卻器。

CO2耗盡之煙道氣16自CO2捕集單元釋放至一煙囪。在CO2捕集單元2不在運作之情況下，可使其經由CO2捕集單元之煙道氣旁路11繞過。

在正常運作中，所捕集之CO2將在CO2壓縮單元9中壓縮，且所壓縮之CO2 10將向前移動以用於儲存或進一步處理。

用於CO2捕集單元之電力7需要用來驅動CO2捕集單元2之驅動輔助設備且用於CO2壓縮單元之電力8用於驅動CO2壓縮單元9。至電網之CO2捕集電廠淨功率輸出(因吸收之功率要求(其根據電網功率需求而變化)而減小之C)D因此係因用於包含CO2捕集及壓縮之電廠輔助設備之電力17而減少、因用於CO2壓縮單元之電力8而減少及因用於CO2捕集單元之電力7而減少在抽取蒸汽以用於CO2再吸收之情況下之電廠總功率輸出A。

將對CO2捕集及壓縮所需之額外組件之控制與對發電廠之控制整合在一起之對應控制系統18亦繪示於圖1中。控制系統18具有該所需之至少一關於不具有包含總及淨功率之CO2捕集之習用電廠之控制信號交換22及至少一條針對CO2壓縮單元9之控制信號線。此外，指示至少一條針對包含CO2捕集單元之煙道氣旁路11之CO2捕集單元2之控制信號線19。在捕集單元2係基於吸收或吸附之情況下，一再生單元係該系統之一部分且對應地需要至少一條通至該再生單元之針對再生單元之控制信號交換20。若捕集單元2亦包含至少一個用於一吸附劑/吸收劑之儲存槽，則需要針對吸收劑/吸附劑儲存系統之控制信號交換21。對於其中通至CO2捕集單元之蒸汽13用於再生之所示實例，經由通至蒸汽控制閥之控制信號交換24來控制蒸汽控制閥14。此控制線連接至作為捕集單元2之一部分之再吸收單元，或直接連接至控制系統18。

使用兩個實例來解釋對CO2捕集電廠淨功率輸出D之控制，其中頻率回應需要一自一在那裏所有組件皆滿負載運作之操作點開始之CO2捕集電廠淨功率輸出D之增加：於一簡單方法中，CO2捕集電廠淨功率輸出D首先因CO2壓縮單元9之功率消耗之一經控制減少而增加。由於CO2壓縮單元9之功率消耗減少，因此自CO2再生單元2釋放之CO2量保持恆定。因此，CO2流之一部分必須經由CO2壓縮單元旁路12繞過該CO2壓縮單元9。一旦完全關閉CO2壓縮單元9，則CO2捕集電廠淨功率輸出D因該CO2再生單元之功率消耗之一經控制減少而增加。最後，當完全關閉該CO2再生單元時，CO2捕集電廠淨功率輸出D因該CO2吸收單元及若適用一煙道氣冷卻器之功率消耗之一經控制減少而增加。在CO2吸收單元2並非設計用於在乾燥條件下運行(亦即，其無法在不具有吸收劑流及/或額外煙道氣冷卻之情況下曝露至通至CO2捕集單元之煙道氣15)之情況下，必須根據可供用於該吸收單元之功率來打開CO2捕集單元2之煙道氣旁路11。

在一更精密之方法中，CO2捕集電廠淨功率輸出D因CO2捕集單元2及CO2壓縮單元9之所有組件之功率消耗之一經控制及協調減少而增加。該目標係以減少之功率消耗來使CO2捕集速率最大化。為此，所有組件之容量以相同之速率同時減少且流過所有組件之CO2流相同。因此，功率消耗隨捕集速率變化而變化。為了確保不同組件之流動速率匹配，需要來自此等組件之回饋且閉環控制係有利的。在極低之捕集速率下，且若CO2吸收單元2並非設計用於在乾燥條件下運行(亦即，其無法在不具有吸收劑流及/或額外煙道氣冷卻之情況下曝露至煙道氣)，則必須根據可供用於吸收單元2之功率來打開CO2捕集單元之煙道氣旁路11。

CO2捕集系統之主要電力用戶對電廠功率輸出之影響顯示於圖2至4中。電廠本身之輔助設備功率消耗之影響亦指示於此等圖中。

於圖2中，隨著時間顯示一欠頻率事件之一實例以及一具有CO2捕集及壓縮之發電廠之最佳化運作方法。在時間T=0s時，電廠處於在CO2捕集及壓縮系統處於運作中之情況下處於基本負載下之正常運作中。藉由指示電廠之不同級處之相對輸出Pr來顯示電廠輔助設備及CO2捕集系統之主要功率消耗對CO2捕集電廠淨功率輸出D之影響。此圖中所示之所有功率輸出皆由在抽取蒸汽以用於再吸收之情況下處於基本負載下之在抽取蒸汽以用於CO2再吸收之情況下之電廠總功率輸出A正規化。A'係在不抽取蒸汽以用於再吸收之情況下之總輸出。B係因電廠輔助設備而減少之總輸出。C係在輸出B進一步因CO2壓縮而減少之後的輸出。D係在C因吸收之功率消耗而減少之後的所得CO2捕集電廠淨功率輸出。正規化電廠頻率F_G 係與正常電網頻率正規化之頻率，其通常為50Hz或60Hz。

根據所提出之操作方法，自B至C及C至D之功率減少以及自A至A'之總功率增加用於在一欠頻事件期間控制CO2捕集電廠淨功率輸出D。在此實例中，當正規化電網頻率F_G 因控制器具有一其中其不對相對於設計頻率之偏移作出反應之0.2%死帶而在從20s到30s之時間週期期間從100%降至99.8%時，CO2捕集電廠淨功率輸出D保持恆定。當在時間T=35s處頻率繼續降至之99.3%時，頻率回應進入活動狀態且在時間T=30s與T=35s之間CO2捕集電廠淨功率輸出D因CO2壓縮之一經控制關閉而增加。當在T=35s與T=40s之間正規化電網頻率F_G 繼續降至98%時，亦關閉CO2再生且不再抽取蒸汽以用於再吸收。因此，總功率自A增加至A'且CO2捕集電廠淨功率輸出D相應增加。於一用於增加CO2捕集電廠淨功率輸出D之最後步驟中，在時間T=40s與T=45s之間關閉CO2吸收並使頻率穩定在97.5%處。

於圖3中，隨著時間顯示一第二欠頻事件以及一具有CO2捕集及壓縮之發電廠之最佳運作方法。在T=0s處，電廠處於在CO2捕集及壓縮系統處於運作中之情況下處於基本負載下之正常運作中。

於此實例中，在從T=20s到T=30s之時間週期期間正規化電網頻率F_G 從100%降至99.8%。因一0.2%死帶，故在T=30s之前無控制動作發生。當在時間T=30s與T=35s之間頻率繼續降至99.3%時，CO2捕集電廠淨功率輸出D因作為頻率回應之CO2壓縮之一經控制關閉而增加。由於在T=35s 與40s之間正規化電網頻率連續降至97.8%，因此亦關閉CO2再生且不再抽取蒸汽以用於再吸收。因此，總功率自A增加至A'且CO2捕集電廠淨功率輸出D相應增加。在時間T=40s與T=45s之間，正規化頻率F_G 恢復至98%且CO2捕集電廠淨功率輸出D減少總功率A'之一減少，以滿足對應於該欠頻之電網淨功率要求。同時，正規化電網頻率F_G 穩定在98%處。

圖4顯示一發電廠之功率輸出變化之第三實例以及一在一欠頻回應事件期間用於CO2捕集及壓縮之靈活運作方法。在此實例中，電網之額外淨功率要求由CO2捕集及壓縮系統之組件之突然關閉或跳開來滿足。

同樣，在時間T=0s處，電廠處於在CO2捕集及壓縮系統處於運作中之情況下處於基本負載下之正常運作中。藉由指示處於電廠之不同級處之相對輸出P_r 來顯示電廠輔助設備及CO2捕集系統之主要電力用戶對CO2捕集電廠淨功率輸出D之影響。此圖中所示之所有功率輸出皆由在抽取蒸汽以用於再吸收之情況下處於基本負載下之在抽取蒸汽以用於CO2再吸收之情況下之電廠總功率輸出A正規化。A'係在抽取蒸汽以用於再吸收之情況下之總輸出。B係因電廠輔助設備而減少之總輸出。C係在輸出B因CO2壓縮而進一步減少之後的輸出。D係在D因吸收之功率消耗而減少之後的所得CO2捕集電廠淨功率輸出。

如在先前實例中一樣，假定一0.2%死帶且在正規化電網頻率F_G 在從T=20s到T=30s之時間週期期間從100%降至 99.8%時CO2捕集電廠淨功率輸出D保持恆定。一旦頻率偏移超過0.2%，則頻率回應進入活動狀態且在時間T=30s處CO2捕集電廠淨功率輸出D因CO2壓縮之一突然關閉或跳開而增加。當在時間T=35s處頻率F_G 繼續降至99%時，無進一步控制動作發生。當正規化電網頻率F_G 繼續降至99%以下時，亦跳開CO2再生且不再抽取蒸汽以用於再吸收。因此，總功率自A增加至A'且CO2捕集電廠淨功率輸出D相應增加。當在T=35s與T=40s之間頻率F_G 繼續降至98%時，無進一步控制動作發生。於一用於增加淨功率輸出E之最後步驟中，一旦在T=40s處淨頻率降至98%以下，則跳開CO2吸收。淨頻率F_G 進一步降至97.5%，且其穩定於此處。

上文及圖式中所述之實例性實施例向熟習此項技術者揭示不同於該等實例性實施例且含於本發明之範疇內之實施例。

舉例而言，可在高功率需求時間期間節省或減少用於煙道氣再壓縮(如在低溫CO2分離之情況下或高壓位階上之吸收之情況下所使用)之功率。或者，在藉助冷凍氨之CO2分離之情況下，可在一欠頻事件期間節省或減少冷卻功率。此外，該方法及一不具有CO2壓縮之對應電廠可以想像。

在此處所給出之實例中，未指示電網頻率與控制動作之間的時間延滯。根據量測、信號傳輸及控制器之速度，可存在一可為大約數秒之顯著延滯。

此外，在一基於燃氣輪機之發電廠或結合發電廠中，任何欠頻事件均將導致燃氣輪機總功率輸出之一減少。通常，在燃氣輪機中針對頻率回應實施一過燒，該過燒係一超過設計溫度之熱氣溫度增大。對頻度回應之標準量測可與針對具有CO2捕集及壓縮之發電廠所述之特徵結合。

1‧‧‧發電廠

2‧‧‧CO2捕集單元

3‧‧‧空氣

4‧‧‧燃料

6‧‧‧回流管線

7‧‧‧用於CO2捕集單元之電力

8‧‧‧用於CO2壓縮單元之電力

9‧‧‧CO2壓縮單元

10‧‧‧經壓縮之CO2

11‧‧‧CO2捕集單元之煙道氣旁路

12‧‧‧CO2壓縮單元旁路

13‧‧‧通至CO2捕集單元之蒸汽

14‧‧‧蒸汽控制閥

15‧‧‧通至CO2捕集單元之煙道氣

16‧‧‧CO2耗盡之煙道氣

17‧‧‧用於包含CO2捕集及壓縮之電廠輔助設備之電力

18‧‧‧控制系統

19‧‧‧針對CO2捕集單元及煙道氣旁路之控制信號交換

20‧‧‧針對再生單元之控制信號交換(若適用)

21‧‧‧針對吸收劑/吸附劑儲存系統之控制信號交換(若適用)

22‧‧‧關於不具有包含總及淨功率之CO2捕集之習用電廠之控制信號交換

23‧‧‧針對CO2壓縮單元及壓縮機旁路之控制信號交換

24‧‧‧通至蒸汽控制閥(直接自控制系統或經由再生單元)之控制信號交換(若適用)

A‧‧‧在抽取蒸汽以用於CO2再吸收之情況下之電廠總功率輸出

A'‧‧‧在不抽取蒸汽以用於CO2再吸收之情況下之電廠總功率輸出

B‧‧‧因不具有CO2捕集及壓縮之電廠輔助設備而減小之A

C‧‧‧因CO2壓縮之功率要求(根據電網功率需求而變化)而減小之B

D‧‧‧CO2捕集電廠淨功率輸出(因吸收之功率要求(其根據電網功率需求而變化)而減小之C)

F_G ‧‧‧正規化電網頻率

下文將藉助附圖更詳細地闡述本發明、其性質以及其優點。參照圖式。

圖1係一具有CO2捕集及壓縮之發電廠之一示意圖。

圖2示意性地顯示一具有一用於在一欠頻回應事件期間用於CO2捕集及壓縮之靈活運作方法之發電廠之功率輸出變化。

圖3示意性地顯示一具有一在一欠頻回應事件期間用於CO2捕集及壓縮之靈活運作方法之發電廠之功率輸出變化結合一對電廠總輸出之修正。

圖4示意性地顯示一具有一在一欠頻回應事件期間用於CO2捕集及壓縮之靈活操作方法之發電廠之功率輸出變化，其中對電網之額外淨功率需求係藉由CO2捕集及壓縮系統之跳開來滿足。