零排放天然气电力

Allam-Fetvedt 循环:100% 碳捕集

解析这项突破性的超临界 CO₂ 技术:在源头捕集全部排放,且不带来效率损失。与传统的燃烧后捕集不同,Allam-Fetvedt 循环把可直接进管道的 CO₂ 作为循环固有的副产物——无需昂贵的改造。

~100%
CO₂ 捕集量
~59%
净效率
250 MW
每个模块化机组
NOx/SOx 排放

Allam-Fetvedt 循环的工作原理

由 8 Rivers Capital 与 NET Power 开发的Allam-Fetvedt Cycle,代表了对热力发电的一次根本性重新构想。它不像常规电厂那样以蒸汽作为工质,而是使用supercritical CO₂——处于同时具有液体和气体性质的温度与压力条件下的二氧化碳。

The process works as follows: 天然气在高压燃烧室中与纯氧(而非空气)燃烧。这种纯氧燃烧只产生 CO₂ 和水蒸气——不产生氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx)。生成的高温高压 CO₂ 驱动一台专用透平发电。

在透平中膨胀做功后,CO₂ 被冷却,水被冷凝分离。大部分 CO₂ 作为工质循环回用,而多余的部分——恰好对应所燃烧天然气的碳含量——在pipeline pressure, ready for sequestration下被捕集,无需额外压缩。这种循环固有的捕集方式以极小的效率代价实现了接近 100% 的 CO₂ 脱除。

碳捕集技术对比

技术净效率捕集率成熟度成本特征
Post-Combustion Capture~50%85-95%CommercialHigh retrofit cost
Pre-Combustion Capture~45%90-95%DemonstrationMedium
Oxy-Combustion~45%95-99%PilotMedium-High
Allam-Fetvedt Cycle~59%~100%Commercial 2026Low (inherent)

开发时间线

2018

NET Power 示范电厂

位于得克萨斯州 La Porte 的全球首座 50 MW 热功率示范设施成功验证了 Allam-Fetvedt 循环技术。

2021

首次并网同步

NET Power 实现全球首例:在得克萨斯州将由天然气产生的零排放电力送入电网。

2025

加利福尼亚合作项目

NET Power 与 Carbon TerraVault 签署谅解备忘录,将在北加利福尼亚开发最高 1 GW 的零排放电力容量。

2026

商业运行

首批电网级 NET Power 电厂预计投入商业运行,每座发电能力最高 250 MW。

关键技术伙伴

NET Power

正在推动 Allam-Fetvedt 循环技术的商业化。首批电网级电厂预计于 2026 年投运,在手项目包括最高 1 GW 容量的加利福尼亚合作项目。每座模块化电厂占地不足 20 英亩,发电能力最高 250 MW。

NYSE: NPWR

8 Rivers Capital

Allam-Fetvedt 循环的发明者。领先的脱碳技术开发商,项目包括与 PacifiCorp 合作、目前处于 Pre-FEED 工程阶段的怀俄明州碳捕集设施。

北卡罗来纳州达勒姆

Greco Energy 的做法

Leo Paskalidis的带领下,Greco Energy 的所有设施都从一开始就按具备 CCUS 集成能力进行设计。我们在北美的开发项目将纳入碳捕集基础设施,以实现净零排放。

预留 CCUS 的设计净零路径技术灵活性

Allam-Fetvedt 循环:常见问题

这是一种天然气发电循环:燃料在纯氧而非空气中燃烧,并以超临界 CO₂ 作为驱动透平的工质。由于燃烧过程中没有来自空气的氮气,排出的不是烟气,而基本上是纯 CO₂ 和水。水被冷凝分离,CO₂ 循环回用,多余的部分以管道压力离开电厂。该循环由 8 Rivers 开发,并由 NET Power 实现商业化。

因为它一开始就没有稀释 CO₂。常规电厂在空气中燃烧燃料,而空气中 78% 是氮气,因此 CO₂ 只占庞大排气流的百分之几,必须再用化学方法分离出来——正是这一分离过程使燃烧后捕集既昂贵又耗能。纯氧燃烧在起点就去掉了氮气,因此 CO₂ 本身就是浓缩且带压的。没有洗涤塔,是因为根本没有排气烟囱。

它已经建成并运行过。NET Power 在得克萨斯州 La Porte 运营一座 50 MW 热功率示范设施,该设施于 2018 年首次点火,并在 2021 年成为首座向电网送电的零排放天然气电厂。这是一个真正的里程碑,但它是示范电厂——首批电网级机组(每台约 250 MW)仍在开发中。在示范规模上得到验证,并不等于在商业上已成常规。

净效率约 59%,而现代 H 级联合循环约为 60–64%。关键在于,这 59% 已经包含了捕集。在常规 CCGT 上外挂燃烧后捕集通常要损失七到十二个效率百分点,因此公平的比较是:含捕集的 59% 对含捕集的约 50%——该循环的优势实际就落在这里。

它以超临界流的形式离开电厂,压力达到管输要求且纯度很高,这正是封存和利用两方面都需要的形态。这也正是约束所在:只有当 CO₂ 有去处时——一条管道、一个封存场址,或一家工业承购方——这一循环才有意义。否则,你得到的就是一座生产没有买家的产品的电厂。

不。在大约 20 MW 以下,GRECO 建设固体氧化物燃料电池;在此之上采用联合循环,因为这两者在我们园区所需的规模上已经得到验证,而且现在就能取得许可。对于已具备 CO₂ 输送和封存条件的较大场地,我们把 Allam-Fetvedt 循环作为一个捕集就绪的选项持续跟踪;我们宁愿把话说明白,也不愿暗示一项我们尚未做过的部署。决定机型的是规模和许可,而不是新颖性。
GRECO 今天建的是什么

捕集就绪是路线图。这才是电厂。

GRECO 在表后发电,让园区在数月内带电,而不必在接入排队中等待数年——大约 20 MW 以下采用无燃烧、NOx 接近于零的固体氧化物燃料电池,以上采用联合循环;热量被回收并售入区域能源网络后,综合效率超过 90%。

资料来源与延伸阅读