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电制气(P2G,power to gas)

图9显示了一条无碳供暖的十分完美的技术路线。但由于氢的物理化学特性,带来氢燃料利用产业链上的一系列难题。那么,业界研究能不能退而求其次,用碳中和燃料实现建筑供暖?


电制气(P2G,power to gas)(图1)


所谓碳中和燃料,是不会产生温室气体净排放或碳足迹的燃料。在实践中,这通常意味着使用二氧化碳作为原料制造的燃料。



由于可再生电力是可变电力,如风能和太阳能是波动的和间歇性的,为了电网的稳定,必须进行平衡。因此,需要长期、大容量的电力储备及电力生产能力的储备。电制气(P2G)技术有助于解决这个问题。P2G技术通过2个步骤将剩余电力转换为电网兼容气体,将电网与燃气网连接起来。第一步,通过水的电解生产氢气;第二步,将氢气与外部CO或CO源通过甲烷化转化为CH。由此产生的CH可以作为替代天然气(substitutenatural gas, SNG)直接注入现有的天然气管网或储气库,并用作热电联产发动机燃料。如果CO来自于直接空气碳捕集(direct aircapture, DAC),那么SNG是碳中和的,即它的燃烧没有增加大气中的CO。



甲烷化的基本反应是:CO+4H→CH+2HO。甲烷化有2条路径:一是热化学催化反应,需要用镍(或钌)作为催化剂;二是生物化学反应,类似沼气生产。这2种方法在城区级建筑中都可以应用,二者的关键技术都是对反应温度的控制。



SNG热值与商用天然气很接近,表5给出了P2G几种技术路径的转换效率。


电制气(P2G,power to gas)(图2)


从表5可以看出,P2G再发电的效率并不高。采用P2G技术的主要意义在于将高峰可再生电力转换成易于储存的合成天然气,在电力不足或调峰时用合成天然气或混合天然气热电联产,相当于间接储电,甚至可以实现季节性储电。有关这方面内容将在本系列其他文章中论述。


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