美國的發(fā)電部門是二氧化碳排放的主要貢獻者。因此，該部門的減排將在應(yīng)對氣候變化的任何協(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)對這一挑戰(zhàn)的技術(shù)選擇是碳捕捉和儲存(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管道網(wǎng)絡(luò)運輸并安全儲存。這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用對于顯著減少溫室氣體排放，并為清潔能源組合做出貢獻是必要的。但是這種部署既昂貴又耗時，將這種技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)上可能需要20到30年才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
美國能源部在兩項目中使用GAMS軟件旨在推進碳捕獲技術(shù)。NETL二氧化碳捕獲、運輸、利用和儲存(CTUS)模型優(yōu)化了二氧化碳管道和儲存基礎(chǔ)設(shè)施的潛在網(wǎng)絡(luò)。美國能源部成立的碳捕捉模擬計劃(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)能夠快速評估和利用這些新技術(shù)。GAMS很自豪能成為碳捕獲項目成功的一部分。
分析二氧化碳運輸和儲存網(wǎng)絡(luò)
美國能源部使用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)。美國能源部國家能源技術(shù)實驗室開發(fā)的NETL二氧化碳捕獲、運輸、利用和儲存(CTUS)模型都是用GAMS編寫的。它通過運輸和存儲網(wǎng)絡(luò)的成本最小化，通過混合整數(shù)規(guī)劃(MIP)進行優(yōu)化，評估CO2管道的潛在網(wǎng)絡(luò)和存儲基礎(chǔ)設(shè)施，以處理從CCS啟用的電力部門的捕獲和運輸二氧化碳的運輸和儲存。這種類型的問題特別適合用GAMS來處理，因為處理的數(shù)據(jù)量非常大、解決方案方法、與其他建模平臺集成的能力，以及為最終整合到更全面的能源經(jīng)濟模型中對時間的嚴(yán)格要求。
到目前為止，CTUS模型已經(jīng)被集成到國家能源建模系統(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，在能源經(jīng)濟預(yù)測中詳細(xì)描述了碳捕獲和存儲。通過這個功能，成本可變性和能力約束被引入到能源經(jīng)濟預(yù)測中，因為它認(rèn)為CCS系統(tǒng)是緩解氣候變化情景的一種選擇。這種能力使在整個預(yù)測期內(nèi)運輸和儲存的二氧化碳的位置和時間的特定量得以確定。CTUS的一個版本已經(jīng)被修改，并被納入美國能源信息管理局(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)的部署進程。CCSI是由美國能源部在2011成立的，它和國家實驗室、工業(yè)和學(xué)術(shù)機構(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)展和部署先進的碳捕獲和能源相關(guān)技術(shù)。
新科技的技術(shù)和經(jīng)濟表現(xiàn)嚴(yán)重依賴于其設(shè)備配置和操作條件。因此，為了對新技術(shù)進行嚴(yán)格的篩選和評估，確保使用最優(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程的最佳設(shè)備配置和操作條件，這樣就大大降低了實施過程中涉及的成本、時間和風(fēng)險。
CCSI研究小組已經(jīng)開發(fā)了兩種高級優(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。第一個工具基于嚴(yán)格模型進行同步過程優(yōu)化和熱集成。熱集成問題在GAMS中用LPs和MIPs來建模，并用CPLEX求解器來解決。另一個工具優(yōu)化了二氧化碳捕獲系統(tǒng)的設(shè)計和操作。碳捕獲系統(tǒng)被表達為一種MINLP模型，在GAMS中用DICOPT或BARON求解器來解決。通過確定二氧化碳捕獲過程的最佳配置和條件，這些CCSI優(yōu)化工具允許更有效地對未來技術(shù)的材料和概念進行篩選。
