甘肃庆阳,华能正宁电厂2台100万千瓦燃煤发电机组“火力”全开,保障冬季能源供应。“2台机组满负荷运行一天,可发4800万千瓦时电,能满足数百万户家庭一天的用电需求,绝大部分电量将通过特高压送往山东。”电厂厂长张延伟说。

 机组一旁,一位超级“碳捕手”正忙碌工作,助力煤电在顶峰保供的同时,更加清洁低碳,二氧化碳捕集率超90%。这是今年9月投运的全球规模最大煤电碳捕集示范工程,年捕集二氧化碳达150万吨,相当于约60万辆汽车一年的碳排放量。

 在我国,煤电以不到四成的装机占比,贡献了超五成的发电量和七成的顶峰能力,发挥了电力保供“顶梁柱”作用,但也面临着降碳难题。华能正宁电厂的碳捕集示范工程,有效破解了难题,技术和装备均实现全国产化。

 碳捕集有“超级车间”——全球首台“二塔合一”复合式吸收塔。

 传统碳捕集工艺中,脱硫后的烟气需要先进入预洗塔降温“洗澡”,去除水分、残留石膏、粉煤灰及少量二氧化硫、氮氧化物,再进入吸收塔,让二氧化碳被吸收溶剂捕获,两座塔独立运行,烟气输送路线长、阻力大。

 为突破这一瓶颈,项目创新采用复合式吸收塔“二塔合一”设计,将烟气预洗涤与碳捕集环节深度集成到一个“超级车间”,并通过中间循环冷却等多种节能技术,实现热量利用最大化,节能效果显著。

 中国华能自主研发的新型吸收溶剂则是“高效捕手”,专门负责在吸收塔里抓取烟气中的二氧化碳。“煤电产生的二氧化碳浓度有10%至15%,这种新型吸收溶剂能够高效稳定实现二氧化碳捕集,产出的二氧化碳纯度达到99%以上。”华能清洁能源技术研究院温室气体减排部副主任牛红伟介绍,新型吸收溶剂配套自主研发的净化装置,可将溶剂使用寿命由约1年延长至2年以上,有效减少更换频率和运行消耗。在同类技术中,能够以更高效率、更低成本完成碳捕集,经济性在国内外领先。

 碳压缩有“打包高手”——我国首台八级超临界二氧化碳压缩机。

 被吸收溶剂捕集的二氧化碳,如何变成方便运输和储存的状态?项目研制出我国首台八级超临界二氧化碳压缩机,可将捕集到的气态二氧化碳压缩至超临界态,体积缩小为原来的1/300,助力提高管道输送效率。

 牛红伟解释道,这台压缩机有8个压缩缸,一步步给二氧化碳加压,填补了国内超临界压缩装备的空白。总重量与传统单轴压缩机相比减少20%,效率提升10%,每压缩1吨二氧化碳可节约10千瓦时电,为捕集后的二氧化碳大规模管道输送与封存提供设备支撑。

 碳封存有“地下安全仓”——国内封存层位最深、单井规模最大的咸水层。

 项目创新采用多层注入技术,将捕集后的二氧化碳注入地下2000至3500米深的3至4个地层,就像多层货架一样,大幅提升了储存量,单井年封存能力达20万吨。封存点还配套“空—天—地—井”一体化监测系统,通过卫星遥感、地面监测、地下井网等方式对封存效果进行全方位监测,保障长期安全高效封存。

 张延伟介绍,这个煤电碳捕集示范工程是个“多面手”,不仅能捕集二氧化碳,还具备辅助调峰能力的运行模式,使煤电机组在实现大规模碳捕集的同时,具备灵活调节能力,保障电力安全稳定供应。

 根据《新一代煤电升级专项行动实施方案(2025—2027年)》,煤电机组将积极推进先进创新技术应用。其中包括因地制宜采用零碳低碳燃料掺烧、碳捕集利用与封存、煤电与新能源耦合等技术,提升机组清洁降碳技术水平。