一种基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法
本发明涉及能源规划，特别是涉及一种基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法。
背景技术：
1、燃烧化石燃料(煤炭、石油和天然气)获取能源会增加大气中温室气体的浓度，因此，利用低碳能源替代化石能源刻不容缓。氢能是一种清洁高效的能源，广泛应用于建筑、交通、化工等领域。绿氢成本的降低决定了氢能产业脱碳速度。生产绿氢的常用方法是电解水，而生物质因其负碳性质逐渐被认为是生产绿氢的可行途径，如：生物质气化、生物质光解和生物质光发酵。其中，生物质气化技术最为成熟和经济。
2、目前生物质气化制氢面临的主要挑战是焦油的形成。气化过程中大量焦油的形成可能会堵塞和损坏设备，因此需要在气化炉优化和催化剂开发方面取得突破。现有的一种叠式流化床钙循环气化炉主要由底部的鼓泡床、顶部的提升立管和再生反应器组成。其中布置在鼓泡流化床气化炉上方增加了提升管，可以进一步增加合成气的停留时间，从而使焦油进一步转化。与传统的钙循环气化炉相比，叠式流化床气化炉提升管高温运行，能够更好地促进焦油裂解重整，提高合成气的产氢量，显著降低焦油含量。
3、上述基于叠式流化床钙循环气化炉的制氢技术虽然从工艺流程上证明该方案的可行性，但为了进一步推动基于叠式流化床钙循环气化炉的制氢技术的实际部署，需要需针对基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统，提出系统性的经济性评估方法，计算出生物质制氢的平准化成本。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，为推动基于叠式流化床钙循环气化炉的制氢技术的实际部署提供科学依据。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、步骤1：收集基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的历史运行数据，确定该系统内设备在制氢工艺中的技术参数；
4、步骤2：基于步骤1的历史运行数据和技术参数，利用aspen plus工艺流程仿真软件搭建生物质气化制氢系统仿真模型；
5、步骤3：将生物质气化制氢仿真模型的运行结果导入aspen process economicanalyzer软件，构建生物质气化制氢系统固定成本评估模型，从而对生物质气化制氢系统进行固定成本评估；
6、步骤4：将生物质气化制氢仿真模型的运行结果导入导入aspen utilites软件，构建生物质气化制氢系统运营成本评估模型，从而对生物质气化制氢系统进行运营成本评估；
7、步骤5：基于固定成本和运营成本，计算基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行生物质制氢的平准化成本。
8、其中，步骤1所述确定该系统内设备在制氢工艺中的技术参数包括：根据氢用户的使用需要，确定基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的生产规模，调研并收集该生产规模下，该系统基于不同生产类别的生物质制氢工艺进行制氢时，系统内各个设备的运行参数。
9、其中，所述生产类别以碳排放强度进行区分，类别编号为ci(i＝1,2)，其中，c1为零碳工艺，c2为负碳工艺。
10、其中，步骤2所述的搭建生物质气化制氢系统仿真模型包括：基于步骤1技术参数，对基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统中空分单元、合成气预处理单元、反应器、产物分离单元进行制氢流程模拟，得到不同生产类别下的生物质制氢工艺仿真模型；
11、将模拟结果中的反应器沿程分布、换热器工况和产物纯度指标和步骤1中的历史数据进行核对，验证生物质制氢仿真模型的有效性，将验证完毕的仿真模型的输入和输出参数进行整合，形成生物质气化制氢系统仿真模型。
12、其中，步骤3所述的对叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行固定成本评估包括：
13、tci＝fci+sc+wc， (1)
14、fci＝tdc+tic， (2)
15、tdi＝idc+nidc， (3)
16、sc＝0.15fci， (4)
17、wc＝0.15fci； (5)
18、式中，tci为总成本，fci为固定设备成本，sc为系统开机成本，wc为流动资金，tdc为总直接成本，tic总间接成本，idc为安装直接成本，nidc为非安装直接成本。
19、其中，在所述固定成本评估过程中：
20、idc＝a1+b1+c1+d1+e1， (6)
21、nidc＝f1+g1+h1， (7)
22、tic＝i1+j1+k1+l1； (8)
23、式中，a1为采购设备安装费，b1为仪表控制费，c1为管道费，d1为电气系统费，e1为生活服务设施费，f1为建造费，g1为场地改造费，h1为土地费，i1为工程与监理费，j1为建设费用，k1为承包费和法律费，l1为应急开支。
24、其中，步骤4所述的叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行运营成本包括：固定运营维护成本和可变成本，其中，可变成本基于系统中各设备的能耗计算获得，系统内所有设备的能耗、物料消耗成本之和为可变成本；所述运营成本为：
25、opex＝vc+fomc； (9)
26、式中，romc为固定运营维护成本，vc为可变成本。
27、其中，所述固定运营维护成本：
28、fomc＝a1+b2+c3+d4+e5+f6+g7+h8； (10)
29、式中，a2为维护人工成本，b2为维护物资费，c2为保险和税务费，d2为融资费，e5为人工费，f2为管理费，g2为直接管理费，h2为普通间接成本。
30、其中，所述人工费：
31、
32、式中，pr为制氢年产量，nm表示工段数量，ti为该工厂年运行时间。
33、其中，步骤5所述基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行生物质制氢的平准化成本为：
34、
35、式中，lcoh为生物质制氢产品平准化成本，opex为年度运营成本，ψ为残值，κ为内部收益率，pr为产物年产量，yr为计算年限。
36、有益效果：本发明具有如下优点：1、本方法通过收集基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统实际历史运行数据和设备技术参数，利用仿真软件建立系统在零碳和负碳两种工艺类别下进行制氢的仿真模型，通基于模型进行成本评估，可以确保评估结果的准确性和可靠性，同时也能提高成本评估的效率；
37、2、本方法同时考虑了固定成本和运营成本两大重要因素，能够更真实地反映整个系统的经济性；
38、3、本方法可以根据不同的输入数据和技术参数调整模型，使评估过程具有很高的灵活性，能够适应不同生物质气化制氢系统的需求；
39、4、通过本方法所获得的生物质制氢平准化成本数据，可为规划不同规模生物质制氢工厂的建设和发展提供坚实的科学参考。
技术特征：
1.一种基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，步骤1所述确定该系统内设备在制氢工艺中的技术参数包括：根据氢用户的使用需要，确定基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的生产规模，调研并收集该生产规模下，该系统基于不同生产类别的生物质制氢工艺进行制氢时，系统内各个设备的运行参数。
3.根据权利要求2所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，所述生产类别以碳排放强度进行区分，类别编号为ci(i＝1,2)，其中，c1为零碳工艺，c2为负碳工艺。
4.根据权利要求1所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，步骤2所述的搭建生物质气化制氢系统仿真模型包括：基于步骤1技术参数，对基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统中空分单元、合成气预处理单元、反应器、产物分离单元进行制氢流程模拟，得到不同生产类别下的生物质制氢工艺仿真模型；
5.根据权利要求1所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，步骤3所述的对叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行固定成本评估包括：
6.根据权利要求5所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，在所述固定成本评估过程中：
7.根据权利要求1所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，步骤4所述的叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行运营成本包括：固定运营维护成本和可变成本，其中，可变成本基于系统中各设备的能耗计算获得，系统内所有设备的能耗、物料消耗成本之和为可变成本；所述运营成本为：
8.根据权利要求7所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，所述固定运营维护成本：
9.根据权利要求8所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，所述人工费：
10.根据权利要求1所述的基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，其特征在于，步骤5所述基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行生物质制氢的平准化成本为：
技术总结
本发明公开了一种基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的平准化成本评估方法，包括收集基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统的历史运行数据，确定该系统内设备在制氢工艺中的技术参数；基于历史运行数据和技术参数，搭建生物质气化制氢系统仿真模型；基于生物质气化制氢仿真模型的运行结果，对生物质气化制氢系统进行固定成本评估和运营成本评估；基于固定成本和运营成本，计算基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统进行生物质制氢的平准化成本。本发明基于叠式流化床钙循环气化炉的生物质气化制氢系统，提出系统性的经济性评估方法，可为规划不同规模生物质制氢工厂的建设和发展提供坚实的科学参考。
技术研发人员：罗启炜
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23