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    通過(guò)碳捕獲和儲(chǔ)存來(lái)優(yōu)化應(yīng)對(duì)氣候變化
    美國(guó)的發(fā)電部門是二氧化碳排放的主要貢獻(xiàn)者。因此,該部門的減排將在應(yīng)對(duì)氣候變化的任何協(xié)調(diào)的二氧化碳減排努力中發(fā)揮核心作用。一種可能幫助發(fā)電部門應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的技術(shù)選擇是碳捕捉和儲(chǔ)存(CCS)。碳捕獲技術(shù)可以顯著減少化石燃料發(fā)電廠二氧化碳的大氣排放。被捕獲的二氧化碳通過(guò)管道網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸并安全儲(chǔ)存。這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)于顯著減少溫室氣體排放,并為清潔能源組合做出貢獻(xiàn)是必要的。但是這種部署既昂貴又耗時(shí),將這種技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)上可能需要20到30年才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
    美國(guó)能源部在兩項(xiàng)目中使用GAMS軟件旨在推進(jìn)碳捕獲技術(shù)。NETL二氧化碳捕獲、運(yùn)輸、利用和儲(chǔ)存(CTUS)模型優(yōu)化了二氧化碳管道和儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施的潛在網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)能源部成立的碳捕捉模擬計(jì)劃(CCSI)旨在使碳捕獲技術(shù)更容易地用于工業(yè)。他們的優(yōu)化工具集使行業(yè)能夠快速評(píng)估和利用這些新技術(shù)。GAMS很自豪能成為碳捕獲項(xiàng)目成功的一部分。
    分析二氧化碳運(yùn)輸和儲(chǔ)存網(wǎng)絡(luò)
    美國(guó)能源部使用GAMS分析潛在的二氧化碳減排情況,CCS可能發(fā)揮作用,滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)能源部國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的NETL二氧化碳捕獲、運(yùn)輸、利用和儲(chǔ)存(CTUS)模型都是用GAMS編寫的。它通過(guò)運(yùn)輸和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的成本小化,通過(guò)混合整數(shù)規(guī)劃(MIP)進(jìn)行優(yōu)化,評(píng)估CO2管道的潛在網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施,以處理從CCS啟用的電力部門的捕獲和運(yùn)輸二氧化碳的運(yùn)輸和儲(chǔ)存。這種類型的問(wèn)題特別適合用GAMS來(lái)處理,因?yàn)樘幚淼臄?shù)據(jù)量非常大、解決方案方法、與其他建模平臺(tái)集成的能力,以及為終整合到更全面的能源經(jīng)濟(jì)模型中對(duì)時(shí)間的嚴(yán)格要求。
    到目前為止,CTUS模型已經(jīng)被集成到國(guó)家能源建模系統(tǒng)(NEMS)中,并且也被整合到MARKAL能源模型中。當(dāng)集成到NEMS作為CTUS子模塊時(shí),在能源經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)中詳細(xì)描述了碳捕獲和存儲(chǔ)。通過(guò)這個(gè)功能,成本可變性和能力約束被引入到能源經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)中,因?yàn)樗J(rèn)為CCS系統(tǒng)是緩解氣候變化情景的一種選擇。這種能力使在整個(gè)預(yù)測(cè)期內(nèi)運(yùn)輸和儲(chǔ)存的二氧化碳的位置和時(shí)間的特定量得以確定。CTUS的一個(gè)版本已經(jīng)被修改,并被納入美國(guó)能源信息管理局(EIA)的NEMS版本,并被用于生產(chǎn)年度能源展望。
    CCSI優(yōu)化工具集
    碳捕獲模擬倡議的目標(biāo)是加快碳捕獲技術(shù)的部署進(jìn)程。CCSI是由美國(guó)能源部在2011成立的,它和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)是合伙伙伴的關(guān)系。CCSI優(yōu)化工具集可以幫助工業(yè)發(fā)展和部署的碳捕獲和能源相關(guān)技術(shù)。
    新科技的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)嚴(yán)重依賴于其設(shè)備配置和操作條件。因此,為了對(duì)新技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和評(píng)估,確保使用優(yōu)流程是很重要的。優(yōu)化工具確定了潛在的二氧化碳捕獲過(guò)程的佳設(shè)備配置和操作條件,這樣就大大降低了實(shí)施過(guò)程中涉及的成本、時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)。
    CCSI研究小組已經(jīng)開發(fā)了兩種優(yōu)化功能,作為其不確定性和替代工具(FOQUS)的優(yōu)化和量化框架的一部分。兩種功能都使用了GAMS軟件。個(gè)工具基于嚴(yán)格模型進(jìn)行同步過(guò)程優(yōu)化和熱集成。熱集成問(wèn)題在GAMS中用LPs和MIPs來(lái)建模,并用CPLEX求解器來(lái)解決。另一個(gè)工具優(yōu)化了二氧化碳捕獲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作。碳捕獲系統(tǒng)被表達(dá)為一種MINLP模型,在GAMS中用DICOPT或BARON求解器來(lái)解決。通過(guò)確定二氧化碳捕獲過(guò)程的佳配置和條件,這些CCSI優(yōu)化工具允許更有效地對(duì)未來(lái)技術(shù)的材料和概念進(jìn)行篩選。


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    The GAMS Model
    The above can easiliy be formulated using the GAMS language. The use of concise algebraic descriptions makes the model highly compact, with a logical structure. Internal documentation, such as explanation of parameters and units of measurement, makes the model easy to read.
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