Low-carbon Coordinated Optimization Dispatch of an IGFC System Integrated with Pressure Swing Adsorption and Oxygen Storage

XU Chenhui; GUO Panfeng; LI Xin; LI Xinyu; ZHAO Zhangfei; LIU Songkai

doi:10.20204/j.sp.2025.11005

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Low-carbon Coordinated Optimization Dispatch of an IGFC System Integrated with Pressure Swing Adsorption and Oxygen Storage

更新时间：2025-12-10

- Low-carbon Coordinated Optimization Dispatch of an IGFC System Integrated with Pressure Swing Adsorption and Oxygen Storage
- Vol. 53, Issue 11, Pages: 38-47(2025)
- 作者机构：
  
  1. 三峡大学电气与新能源学院,湖北,宜昌,443000
  2. 中国长江三峡集团有限公司,湖北,宜昌,443631
  3. 宿州学院机械与电子工程学院,安徽,宿州,234099
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2025.11005
  CLC：
- Published：2025
- 稿件说明：
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徐晨辉,郭攀锋,李欣,李新宇,赵张飞,刘颂凯.含变压吸附与储氧的IGFC系统低碳协同优化调度[J].智慧电力,2025,53(11):38-47.

XU Chenhui, GUO Panfeng, LI Xin, et al. Low-carbon Coordinated Optimization Dispatch of an IGFC System Integrated with Pressure Swing Adsorption and Oxygen Storage[J]. 2025, 53(11): 38-47.
徐晨辉,郭攀锋,李欣,李新宇,赵张飞,刘颂凯.含变压吸附与储氧的IGFC系统低碳协同优化调度[J].智慧电力,2025,53(11):38-47. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11005.

XU Chenhui, GUO Panfeng, LI Xin, et al. Low-carbon Coordinated Optimization Dispatch of an IGFC System Integrated with Pressure Swing Adsorption and Oxygen Storage[J]. 2025, 53(11): 38-47. DOI： 10.20204/j.sp.2025.11005.

摘要

整体煤气化燃料电池（IGFC）系统面临净输出功率偏低与CO2处理成本高昂的挑战。为此，构建了一种集成变压吸附（PSA）、氧气储存（OST）与甲烷合成装置（MSU）的改进型IGFC系统。该系统通过空气分离装置将无法即时消纳的新能源转化为O2并储存，为IGFC内部组件供氧；同时，利用PSA技术分离IGFC净化气中的H2，并将其与富氧燃烧室产生的CO2在甲烷合成装置中反应生成CH4，供给气负荷。该设计显著提升了系统能源综合利用效率，降低了碳排放总量，并节省了碳捕集、压缩与运输过程中的成本。日前调度仿真结果表明：在保证经济性的前提下，改进型IGFC系统可将碳成本降至传统IGFC系统的36.79%，碳排放总量降至32.64%，净输出功率提升至120.1%，充分验证了其在经济性、低碳性与输出性能方面的综合优势。

Abstract

Integrated gasification fuel cell （IGFC） systems face the challenges of low net power output and high carbon dioxide treatment costs. To address these issues， an improved IGFC system integrating pressure swing adsorption （PSA）， oxygen storage， and a methane synthesis unit is proposed. This system utilizes an air separation unit to convert surplus renewable energy that cannot be immediately consumed into oxygen for storage and supply to the internal components of the IGFC. Simultaneously， PSA technology is employed to separate hydrogen from the purified gas of the IGFC. This hydrogen then reacts with carbon dioxide from an oxy-fuel combustion chamber in the methane synthesis unit to produce methane， which is supplied to the gas load. This design significantly enhances the overall energy utilization efficiency of the system， reduces total carbon emissions， and saves costs associated with carbon capture， compression， and transportation. Day-ahead scheduling simulation results demonstrate that， while maintaining economic viability， the improved IGFC system reduces carbon costs to 36.79% and total carbon emissions to 32.64% of those of a traditional IGFC system， while increasing the net power output to 120.1%. These results fully verify the comprehensive advantages of the proposed system in terms of economy， low-carbon performance， and output capability.

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