編者按 本+文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
碳捕集利用與封存是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)不可或缺的重要技術(shù)選擇。碳捕集利用與封存技術(shù)不僅可以實現(xiàn)化石能源利用近零排放,促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排,而且在碳約束條件下增強電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放、最終實現(xiàn)碳中和目標(biāo)等方面具有重要意義。 內(nèi)/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com
中國工程院李陽院士科研團(tuán)隊在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》發(fā)表《我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》一文,對我國碳捕集利用與封存技術(shù)水平、示范進(jìn)展、成本效益、潛力需求等進(jìn)行了全面評估。文章指出,我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展迅速,與國際整體發(fā)展水平相當(dāng),目前處于工業(yè)化示范階段,但部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國際先進(jìn)水平。在工業(yè)示范方面,我國具備了大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力,但在項目規(guī)模、技術(shù)集成、海底封存、工業(yè)應(yīng)用等方面與國際先進(jìn)水平還存在差距。在減排潛力與需求方面,我國理論封存容量和行業(yè)減排需求極大,考慮源匯匹配之后不同地區(qū)陸上封存潛力差異較大。在成本效益方面,盡管當(dāng)前碳捕集利用與封存技術(shù)成本較高,但未來可有效降低實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的整體減排成本。為此,文章建議,加快構(gòu)建碳捕集利用與封存技術(shù)體系,推進(jìn)全鏈條集成示范,加快管網(wǎng)布局和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),完善財稅激勵政策和法律法規(guī)體系。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
一、前言 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)指將 CO2 從能源利用、工業(yè)過程等排放源或空氣中捕集分離,通過罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場地加以利用或封存(見圖 1),最終實現(xiàn) CO2 減排的技術(shù)手段,是我國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)技術(shù)組合不可或缺的重要構(gòu)成部分。CCUS 技術(shù)不僅可以實現(xiàn)化石能源利用近零排放,促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排,而且在碳約束條件下增強電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的 CO2 和非二氧化碳溫室氣體排放、最終實現(xiàn)碳中和目標(biāo)等方面具有重要意義。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
近年來,我國高度重視 CCUS 技術(shù)發(fā)展,相關(guān)技術(shù)成熟度快速提高,系列示范項目落地運行,呈現(xiàn)出新技術(shù)不斷涌現(xiàn)、效率持續(xù)提高、能耗成本逐步降低的發(fā)展態(tài)勢。與此同時,CCUS 技術(shù)的內(nèi)涵和外延進(jìn)一步豐富和拓展。《“十四五”規(guī)劃和 2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確將 CCUS 技術(shù)作為重大示范項目進(jìn)行引導(dǎo)支持,未來 CCUS 技術(shù)在我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)、保障國家能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的過程中將會發(fā)揮更為重要的作用。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
《中國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖》《中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2021)》對我國 CCUS 技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)與梳理,提出了政策建議與發(fā)展路徑。《第三次氣候變化國家評估報告》《中國二氧化碳利用技術(shù)評估報告》從技術(shù)角度闡述了 CO2 利用技術(shù)的成熟度、減排潛力和發(fā)展趨勢。國際能源署、政府間氣候變化專門委員會(IPCC)對 CCUS 在全球范圍內(nèi)的減排潛力進(jìn)行了評估,2070 年全球要實現(xiàn)近零排放,CCUS 技術(shù)累積減排約 15% 的排放量;2100 年要實現(xiàn) 1.5℃溫升控制目標(biāo),全球 CCUS 累積減排 5.5×1011~1.017×1012 t CO2。在碳中和情景下,2060 年我國 CCUS 捕集量可達(dá)約 1.6×109 t CO2。
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近期,全球 CCUS 研究院對世界 CCUS 設(shè)施現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進(jìn)行了梳理,國內(nèi)部分示范工程被納入其中;但有關(guān)我國 CCUS 技術(shù)示范的整體情況仍待全面梳理。針對于此,本文對截至 2021年 7 月我國已投運和建設(shè)中的 CCUS 示范項目進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研,立足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基本國情和應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略需求,總結(jié)我國 CCUS 技術(shù)水平、示范工程進(jìn)展、成本效益現(xiàn)狀、減排潛力態(tài)勢;進(jìn)一步開展中外 CCUS 技術(shù)發(fā)展比較分析,評價我國 CCUS 技術(shù)發(fā)展情況,據(jù)此提出“雙碳”目標(biāo)下 CCUS 技術(shù)發(fā)展的對策建議。
二、我國 CCUS 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
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“十一五”時期以來,國家自然科學(xué)基金、 973 計劃、863 計劃、國家重點研發(fā)計劃等科技計劃持續(xù)支持 CCUS 技術(shù)研發(fā),通過加強基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、項目集成示范,CO2 捕集、運輸、利用、封存等各技術(shù)環(huán)節(jié)發(fā)展迅速,取得了系列成果。尤其是燃燒前捕集、運輸、化工利用、強化深部咸水開采與封存、集成優(yōu)化類的技術(shù)近十年來發(fā)展迅速。與國際對比分析表明(見圖 2),我國 CCUS 技術(shù)與國際先進(jìn)水平整體相當(dāng),但捕集、運輸、封存環(huán)節(jié)的個別關(guān)鍵技術(shù)及商業(yè)化集成水平有所滯后。
注:概念階段表示提出概念和應(yīng)用設(shè)想;基礎(chǔ)研究表示完成實驗室環(huán)境下的部件或小型系統(tǒng)的功能驗證;中試階段表示完成中等規(guī)模全流程裝置的試驗;工業(yè)示范表示 1~4 個工業(yè)規(guī)模的全流程裝置正在運行或者完成試驗;商業(yè)應(yīng)用表示 5 個以上工業(yè)規(guī)模正在或者完成運行。
CO2 捕集技術(shù)指利用吸收、吸附、膜分離、低溫分餾、富氧燃燒等方式將不同排放源的 CO2 進(jìn)行分離和富集的過程,是 CCUS 技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提。現(xiàn)階段,我國第一代捕集技術(shù)研究取得了顯著進(jìn)展,大部分技術(shù)已從概念或基礎(chǔ)研究階段發(fā)展到工業(yè)示范水平,部分技術(shù)已經(jīng)具備商業(yè)化應(yīng)用能力,但大規(guī)模系統(tǒng)集成優(yōu)化缺乏工程經(jīng)驗;第二代捕集技術(shù)處于實驗室研發(fā)或小試階段。我國燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟,整體上處于工業(yè)示范階段,與國際先進(jìn)水平同步;燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段,相比國際先進(jìn)水平發(fā)展有所滯后,特別是對于目前 CO2 捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法,國際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段,我國仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國內(nèi)外均處于中試階段,整體發(fā)展較為緩慢,尤其是增壓富氧燃燒技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段。隨著第二代低成本捕集技術(shù)的不斷發(fā)展成熟,成本與能耗將明顯低于第一代捕集技術(shù);為了進(jìn)一步降低 CO2 捕集成本,捕集技術(shù)的代際更替應(yīng)加快推進(jìn)。
運輸指將捕集的 CO2 運送到可利用或封存場地的過程,主要包括罐車、船舶、管道運輸?shù)确绞健?/font>通常小規(guī)模和短距離運輸考慮選用罐車,長距離規(guī)模化運輸或 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)先考慮管道運輸。在我國,罐車和船舶運輸技術(shù)都已開展商業(yè)應(yīng)用,與國際先進(jìn)水平同步,而輸送潛力最大的管道運輸技術(shù)剛開展相關(guān)示范,相比處于商業(yè)應(yīng)用階段的國際水平差距顯著。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
CO2 生物與化工利用技術(shù)指利用 CO2 的不同理化特征,生產(chǎn)具有商業(yè)價值的產(chǎn)品并實現(xiàn)減排的過程。國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展水平基本同步,整體上處于工業(yè)示范階段。近十年來,各項生物與化工利用技術(shù)均有所發(fā)展,尤其是部分化工利用技術(shù)進(jìn)展顯著;發(fā)展水平最高的是利用 CO2 合成化學(xué)材料技術(shù),如合成有機(jī)碳酸酯、可降解聚合物及氰酸酯 / 聚氨酯,制備聚碳酸酯 / 聚酯材料等。 內(nèi)/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com
CO2 地質(zhì)利用與封存技術(shù)指通過工程技術(shù)手段將捕集的 CO2 進(jìn)行地質(zhì)利用或注入深部地質(zhì)儲層,實現(xiàn)與大氣長期隔絕的技術(shù),封存方式分為陸上和離岸兩種。在地質(zhì)利用與封存方面,國內(nèi)外各項技術(shù)發(fā)展水平參差不齊。從全球范圍看,強化采油和浸采采礦技術(shù)發(fā)展較快,已開始商業(yè)化應(yīng)用;其余技術(shù)中,除強化深部咸水開采與封存技術(shù)正在開展工業(yè)示范以外,其他技術(shù)均處在中試及以下階段。我國地質(zhì)利用與封存技術(shù)在近十年均有所發(fā)展,尤其是強化深部咸水開采技術(shù)已從概念階段發(fā)展到工業(yè)示范水平,但仍整體落后于世界先進(jìn)水平;盡管驅(qū)替煤層氣技術(shù)略處于領(lǐng)先狀態(tài),但經(jīng)濟(jì)效益較好的 CO2 強化采油技術(shù)(CO2-EOR)在我國仍處于工業(yè)示范階段,相比進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段的國際水平差距明顯。
在 CCUS 集成優(yōu)化技術(shù)方面,近十年我國取得了較大的進(jìn)步。國外 CCUS 集成優(yōu)化技術(shù)已普遍處于商業(yè)化應(yīng)用階段,相比之下我國有關(guān)技術(shù)發(fā)展仍顯落后,尤其是管網(wǎng)優(yōu)化和集群樞紐兩類技術(shù)僅處在中試階段。上述各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展水平不足以支撐我國 CCUS 集成耦合與優(yōu)化技術(shù)研究,制約了我國 CCUS 大規(guī)模示范工程的開展,而大規(guī)模全鏈條集成示范項目的缺失又進(jìn)一步限制了集成優(yōu)化技術(shù)的提升。
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三、我國 CCUS 技術(shù)的示范工程進(jìn)展
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根據(jù)科學(xué)技術(shù)部向全國征集 CCUS 示范項目的統(tǒng)計結(jié)果,自 2004 年我國第一個 CCUS 示范項目在山西投運以來,已投運和建設(shè)中的 CCUS 示范項目共有 49 個,集中在華東和華北地區(qū);已建成的 38 個 CCUS 示范項目,累計注入封存 CO2 超過 2×106 t,形成 CO2 捕集能力 2.96×106 t/a、注入能力 1.21×106 t/a。
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從技術(shù)環(huán)節(jié)分布看,捕集類、化工與生物利用類、地質(zhì)利用與封存類示范項目的占比分別為 39% (15 個)、24%(9 個)、37%(14 個)。在 15 個捕集類示范項目中,中低濃度排放源 CO2 捕集項目有14 個,高濃度排放源捕集項目僅有 1 個。 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
從行業(yè)分布看,主要工業(yè)行業(yè)均有涉及,覆蓋電力、煤化工、石油化工、水泥、鋼鐵等領(lǐng)域。在 15 個捕集類項目中,11 個來自電力行業(yè),3 個來自水泥行業(yè),1 個來自煤化工行業(yè)(見圖 3)。地質(zhì)利用與封存技術(shù)的驅(qū)油類項目通常與化工行業(yè)結(jié)合, 13 個項目中有 5 個來自煤化工行業(yè),2 個來自石油化工。鋼鐵行業(yè)的 CCUS 示范項目處于起步階段, 2020 年在西昌投運的 CO2 礦化脫硫渣關(guān)鍵技術(shù)與萬噸級工業(yè)試驗項目對鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣進(jìn)行捕集并礦化利用。 本@文$內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om
從整體規(guī)模看,雖然目前已投運項目規(guī)模普遍較小,但是我國正在規(guī)劃的項目規(guī)模逐漸增大。在已投運的 CCUS 示范項目中,29 個在 10 萬噸級及以下,僅有中國石油(5.380, 0.20, 3.86%)化工集團(tuán)有限公司中原石油勘探局的 CO2 埋存驅(qū)油、中國石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司的 CO2-EOR 兩個示范項目在 50 萬噸級及以上,尚無百萬噸級項目。2021 年 7 月,中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司的 CCUS 全流程示范項目啟動建設(shè),預(yù)計 2021 年年底投運,將成為我國首個年捕集封存 CO2 百萬噸以上項目;國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司泰州發(fā)電有限公司的 50 萬噸級碳捕集與資源化利用項目、新疆哈密百萬噸級 CO2 捕集與驅(qū)油項目處于籌備建設(shè)階段。值得指出的是,部分項目建成后并未持續(xù)投入運行,而是處于停運或間歇運行的狀態(tài)。目前 CCUS 示范項目成本高、收益低,有能力維持運營的項目主要來自大型國有企業(yè)或少數(shù)幾個擁有相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的大型企業(yè)。 內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com
目前,全球 CCUS 項目發(fā)展迅速,截至 2021年 9 月規(guī)劃、在建和運行中的商業(yè)化 CCUS 設(shè)施的數(shù)量達(dá)到 135 個,比 2020 年增加一倍以上,全部建成后每年可捕集 CO2 約 1.5×108 t。相關(guān)設(shè)施的單體捕集量呈現(xiàn)增加趨勢,數(shù)個項目超過百萬噸級;CCUS 的產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展趨勢明顯,促進(jìn)了項目成本降低。與國際先進(jìn)水平相比,我國 CCUS 技術(shù)在大規(guī)模示范項目的整體規(guī)模、集成程度、離岸封存、工業(yè)應(yīng)用等方面存在較大差距。 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
一是大規(guī)模商業(yè)化示范項目較少。全球處于建設(shè)階段或運行階段的大規(guī)模 CCUS 項目共有 31 個,分布在美國(13 個)、中國(5 個)、加拿大(4 個)、歐洲(4 個)、中東(3 個)、澳大利亞(1 個)、巴西(1 個);2021 年新建了多個千萬噸級 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群,其中最大的是“休斯頓航道 CCUS 創(chuàng)新區(qū)”,旨在利用多個 CCUS 工業(yè)碳源并在墨西哥灣近海地層每年封存 1×108 t CO2;處于開發(fā)后期或運行中的 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群數(shù)量達(dá)到 24 個,分布在美國(6 個)、英國(6 個)、荷蘭(4 個)、希臘(1 個)、挪威(1 個)、丹麥(1 個)、加拿大(1 個)、中國(1 個)、中東(1 個)、澳大利亞(1 個)、巴西(1 個)。CCUS 產(chǎn)業(yè)集群體現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng),通過提高壓縮、脫水、管道和封存規(guī)模來大幅降低碳減排的單位成本。我國新疆 CCUS 產(chǎn)業(yè)中心計劃建設(shè)規(guī)模為 2×105 ~3×106 t CO2/a。
二是尚未開展百萬噸級全流程集成示范。目前,國內(nèi)多數(shù)項目都是針對 CCUS 單一技術(shù)環(huán)節(jié),與擁有多個全流程 CCUS 技術(shù)示范項目經(jīng)驗的發(fā)達(dá)國家相比差距明顯。截至 2021 年 10 月,美國在建和運行中的百萬噸級以上的商業(yè)化全流程集成運營設(shè)施有 5 個,加拿大有 3 個;美國、英國、荷蘭、挪威、阿聯(lián)酋等國家建設(shè)的 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群,不僅重視 CCUS 全鏈條技術(shù)環(huán)節(jié)的集成,而且通常涉及電力、石油、鋼鐵等多個工業(yè)行業(yè),統(tǒng)籌考慮跨產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
三是 CO2 離岸封存技術(shù)示范滯后。我國目前還沒有海底封存示范項目運行和建設(shè)。截至 2021 年,挪威、美國、巴西、日本等國家都已開展不同規(guī)模的離岸封存示范項目,全球海底封存量累計超過了 2.5×107 t CO2;挪威政府近期批準(zhǔn)的長船項目,將從垃圾焚燒廠和水泥廠捕集的 CO2 運輸?shù)奖焙=5叵碌姆獯娴攸c進(jìn)行永久封存,初期每年可注入和封存 1.5×106 t CO2。
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四是工業(yè)難減排領(lǐng)域的 CCUS 技術(shù)示范基礎(chǔ)薄弱。國內(nèi)已有的 CCUS 示范項目行業(yè)分布不均衡,多數(shù)應(yīng)用于電力、化工行業(yè),沒有長期穩(wěn)定運行的水泥、鋼鐵行業(yè)大規(guī)模一體化示范項目。多個國家已經(jīng)開始開展鋼鐵、水泥等難減排工業(yè)領(lǐng)域的大型示范項目。例如,阿聯(lián)酋 Al Reyadah CCUS 項目從鋼鐵廠排放的煙氣中捕集 CO2 并用于強化石油開采,構(gòu)成了該國 CCUS 大型網(wǎng)絡(luò)樞紐的一部分,每年捕集、運輸和注入 8×105 t CO2。
四、我國 CCUS 技術(shù)的成本與效益 本文+內(nèi)-容-來-自;中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om
(一)CCUS 技術(shù)成本 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
已投運 CCUS 示范項目凈減排成本統(tǒng)計顯示,我國 CCUS 技術(shù)推廣依然面臨高能耗、高成本的挑戰(zhàn)。CCUS 技術(shù)的能耗及成本因排放源類型及 CO2 濃度不同有明顯差異,通常 CO2 濃度越高,捕集能耗和成本越低,CCUS 減排技術(shù)的 CO2 避免成本越低。在已投運的 CCUS 示范項目中(見圖 4),水泥行業(yè)受到技術(shù)成熟度的影響具有最高的捕集能耗,達(dá)到 6.3 GJ/t CO2 ;電力行業(yè)捕集能耗為 1.6~3.2 GJ/t CO2 ;煤化工行業(yè)由于捕集源和捕集技術(shù)的差異性,能耗為 0.7~2.5 GJ/t CO2 ;石油化工行業(yè)的捕集能耗最低,約為 0.65 GJ/t CO2。 本`文@內(nèi)-容-來-自;中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m
注:資料來源于國內(nèi)現(xiàn)行 39 個示范項目成本和能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
電力、水泥是我國減排成本較高的行業(yè),凈減排成本分別為 300~600 元 /t CO2、180~730 元 /t CO2。煤化工和石油化工領(lǐng)域的一體化驅(qū)油示范項目凈減排成本最低可達(dá)到 120 元 /t CO2(見圖5)。結(jié)合項目成本來看,捕集能耗高的行業(yè) CCUS 示范項目成本也較高,降低 CCUS 捕集能耗對降低我國 CCUS 示范項目成本十分重要。 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
注:資料來源于國內(nèi)現(xiàn)行 39 個示范項目成本和能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
就 CCUS 全鏈條技術(shù)而言,現(xiàn)階段全球主要碳源(煤電廠、燃?xì)怆姀S、煤化工廠、天然氣加工廠、鋼鐵廠、水泥廠)的 CO2 避免成本約為 20~194 美元 /t,我國的 CCUS 成本整體處于世界較低水平(見圖 6)。我國傳統(tǒng)電廠、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)電廠的避免成本分別為 60 美元 /t CO2、81 美元 /t CO2,相比 60~121 美元 /t CO2、81~148 美元 /t CO2 的世界平均水平處于國際最低水平。我國鋼鐵、化肥生產(chǎn)的避免成本分別為 74 美元 /t CO2、28 美元 /t CO2,相比于 67~119 美元 /t CO2、23~33 美元 /t CO2 的世界平均水平接近國際最低水平。我國天然氣循環(huán)聯(lián)合發(fā)電(NGCC)、水泥行業(yè)的避免成本為 99 美元 /t CO2、129 美元 /t CO2,相比 80~160 美元 /t CO2、104~194 美元 /t CO2 的世界平均水平處于低位。我國天然氣加工行業(yè)的避免成本為 24 美元 /t CO2,相比 20~27 美元 /t CO2 的世界平均水平處于中等位置。 本文+內(nèi)-容-來-自;中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om
(二)CCUS 技術(shù)效益 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)研究認(rèn)為,如果不采用 CCUS 技術(shù),大部分模式都無法實現(xiàn)到 21 世紀(jì)末 2℃的溫升控制目標(biāo);即使可以實現(xiàn),減排成本也會成倍增加,預(yù)計增幅平均高達(dá) 138%。長期以來,受高能耗、高成本、技術(shù)不成熟等因素的影響,在大部分情景下 CCUS 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性尚不具備與其他低碳技術(shù)競爭的能力;但從實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的整體減排成本角度看,CCUS 與能效提升、終端節(jié)能、儲能、氫能等的共同組合是實現(xiàn)碳中和最為經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。未來 CCUS 技術(shù)將展現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)社會潛力,主要表現(xiàn)以下五方面。
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一是 CCUS 技術(shù)具有負(fù)成本的早期機(jī)會,合理的碳定價機(jī)制可使 CCUS 技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)可行性。在特定條件下,依靠 CO2 化工、生物、地質(zhì)利用帶來的可觀經(jīng)濟(jì)收益便能夠抵消捕集、運輸、封存環(huán)節(jié)的相關(guān)成本,實現(xiàn) CCUS 技術(shù)的負(fù)成本應(yīng)用。例如,CO2 的地質(zhì)利用可在實現(xiàn)碳減排的同時,通過注入 CO2 驅(qū)替或置換油、氣、水等產(chǎn)品帶來收益。在源匯匹配條件適宜的情況下,我國部分 CCUS 項目成本低于強化采油(EOR)驅(qū)油收益,具有負(fù)成本減排潛力。在碳定價機(jī)制等外在收益存在的情況下, CCUS 也可以通過獲得的額外減排收益抵消部分成本而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。在合理的碳價水平下,CCUS 技術(shù)同樣存在實現(xiàn)盈利的可能性。 本+文`內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
二是 CCUS 技術(shù)可避免大量的基礎(chǔ)設(shè)施擱淺成本。利用 CCUS 技術(shù)對能源、工業(yè)部門的基礎(chǔ)設(shè)施改造,能夠大規(guī)模降低現(xiàn)有設(shè)施的碳排放,避免碳約束下大量基礎(chǔ)設(shè)施提前退役而產(chǎn)生的高額擱淺成本。我國是世界上最大的煤電、鋼鐵、水泥生產(chǎn)國,這些重點排放源的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施運行年限不長;考慮到基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命一般為 40 年以上,若不采取減排措施,在碳中和目標(biāo)下這些設(shè)施幾乎不可能運行至壽命期結(jié)束。運用 CCUS 技術(shù)進(jìn)行改造,不僅可以避免已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)施提前退役,還能減少因建設(shè)其他低碳基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的額外投資,從而顯著降低實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)成本。據(jù)估算,我國煤電擱淺資產(chǎn)規(guī)模可能高達(dá) 3.08~7.2 萬億元,相當(dāng)于我國 2015 年國內(nèi)生產(chǎn)總值的 4.1%~9.5% 。 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
三是在特定區(qū)域和條件下,火電廠加裝 CCUS 的發(fā)電成本比燃?xì)怆姀S、可再生能源發(fā)電技術(shù)更具競爭力。 內(nèi)/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com
一方面,當(dāng) CCUS 技術(shù)與燃煤電廠耦合發(fā)電實現(xiàn)與燃?xì)怆姀S相同的排放水平時,較低的捕集率、適宜的輸送距離和方式可使燃煤發(fā)電成為比燃?xì)獍l(fā)電更具經(jīng)濟(jì)性的發(fā)電技術(shù)。國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 36 家燃煤電廠的全流程 CCUS 改造總平準(zhǔn)化發(fā)電成本(TLCOE)分析表明,以成本最低為目標(biāo)對電廠與封存地進(jìn)行源匯匹配后,在 50% 凈捕集率條件下,75% 的燃煤電廠 TLCOE 低于我國 2018 年燃?xì)怆姀S標(biāo)桿上網(wǎng)電價的下限(77.5 美元 /MW·h),100% 的燃煤電廠 TLCOE 低于燃?xì)怆姀S標(biāo)桿上網(wǎng)電價的上限(110 美元 /MW·h);燃煤電廠加裝 CCUS 比燃?xì)怆姀S更有成本競爭優(yōu)勢。考慮 CCUS 技術(shù)進(jìn)步、激勵政策效應(yīng)之后,可能實現(xiàn)更高捕集率條件下的成本競爭優(yōu)勢。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
另一方面,燃煤發(fā)電耦合 CCUS 技術(shù)目前處于示范階段,不同煤炭價格下我國燃煤電廠 CCUS 的平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)為 0.4~1.2 元 /kW·h,整體上與太陽能(6.680, 0.19, 2.93%)、風(fēng)能、生物質(zhì)發(fā)電水平相當(dāng)。當(dāng)燃煤電廠耦合 CCUS 處在煤炭資源較為豐富、CO2 運輸距離較短的理想條件下,燃煤電廠耦合 CCUS 與可再生能源發(fā)電技術(shù)存在比較競爭優(yōu)勢。國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司燃煤電廠 CCUS 改造的成本經(jīng)濟(jì)性研究表明,與風(fēng)電相比,在燃煤電廠凈捕集率為 85% 的條件下,44% 的電廠改造后總減排電價低于最小風(fēng)電價格,56% 的電廠改造后總減排電價低于最高風(fēng)電價格。CCUS 技術(shù)成本會隨著技術(shù)進(jìn)步、基礎(chǔ)設(shè)施完善、商業(yè)模式創(chuàng)新以及政策健全而逐漸降低,在可再生能源補貼力度持續(xù)退坡之后,未來燃煤電廠 CCUS 發(fā)電成本優(yōu)于可再生能源發(fā)電技術(shù)的可能性將進(jìn)一步提高。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com
四是生物能與 CCUS 耦合(BECCS)、直接空氣捕集(DAC)可有效降低碳實現(xiàn)中和目標(biāo)的邊際減排成本。作為重要的負(fù)排放技術(shù),BECCS、 DAC 技術(shù)在深度減排進(jìn)程中可降低碳中和目標(biāo)實現(xiàn)的總成本。BECCS 技術(shù)的成本為 100~ 200 美元 /t CO2,DAC 技術(shù)的成本約為 100~600 美元 /t CO2。英國研究案例表明,以 BECCS、DAC 技術(shù)實現(xiàn)電力部門的深度脫碳,要比以間歇性可再生能源、儲能為主導(dǎo)的系統(tǒng)總投資成本減少 37%~48%;在更加嚴(yán)格的 CO2 減排目標(biāo)下,負(fù)排放技術(shù)的部署可通過取代中遠(yuǎn)期更為昂貴的減排措施來實現(xiàn) 35%~80% 的成本降低。因此,部署以 BECCS 為主的負(fù)排放技術(shù)將是助力我國碳中和目標(biāo)實現(xiàn)的重要保障。
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五是 CCUS 技術(shù)在實現(xiàn)碳減排的同時還具有良好的社會效益。CCUS 技術(shù)在降低氣候變化損失、增加工業(yè)產(chǎn)值與就業(yè)機(jī)會、保障能源安全、提高生態(tài)環(huán)境綜合治理能力、解決區(qū)域發(fā)展瓶頸等方面具有協(xié)同效益。油氣行業(yè)氣候倡議組織(OGCI)研究表明,到 2050 年,部署 CCUS 可以累計創(chuàng)造 4×106 ~1.2×107 個工作崗位。 本+文`內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
五、我國 CCUS 技術(shù)的減排潛力
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(一)封存理論容量與分布 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
我國東北、華北、西北地區(qū)具有較好的 CO2 地質(zhì)利用與封存條件,陸上地質(zhì)利用與封存技術(shù)的理論總?cè)萘繛?1.5×1012~3.0×1012 t CO2,海洋也有萬億噸量級的理論封存容量。CCUS 技術(shù)的理論封存潛力巨大,但受制于 CCUS 技術(shù)成本、排放源距離、環(huán)境因素等外部條件制約,減排潛力難以完全釋放。當(dāng)前,我國地質(zhì)利用與封存場地集中在東北、華北、西北地區(qū)的松遼盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地等沉積盆地。 本+文`內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
(二)各行業(yè) CCUS 技術(shù)的減排需求及潛力 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
綜合國內(nèi)外的相關(guān)研究結(jié)果,同時考慮 CCUS 技術(shù)在電力、工業(yè)等部門的應(yīng)用及其未來減排潛力,碳中和目標(biāo)下我國 CCUS 總體減排需求在 2030 年為2×107 ~4.08×108 t CO2,2050 年為 6×108 ~ 1.45×109 t CO2,2060 年為 1×109 ~1.82×109 t CO2。 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com
分行業(yè)來看,一是 CCUS 技術(shù)在能源電力部門未來的減排貢獻(xiàn)將隨著我國電力總體需求的增加、低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程的加快而逐漸增大。多項研究報告指出,我國電力需求到 2050 年將增長到 1.2×1013~1.5×1013 kW·h,同時火電(燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電)占比將大幅縮減至 15% 以下,由此核算電力系統(tǒng)將產(chǎn)生 4.32×108 ~1.64×109 t CO2。根據(jù)國際能源署電力運維平臺 CCUS 特別報告,在可持續(xù)發(fā)展情景下,我國 CCUS 減排容量預(yù)計將快速增長,到 2030 年電力部門 CCUS 捕集規(guī)模約為 1.9×108 t CO2/a,到 2050 年捕集量約為 7.7×108 t CO2/a;到 2070 年將超過 1.2×109 t CO2/a。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm
二是 CCUS 技術(shù)對鋼鐵、水泥等難減排的工業(yè)行業(yè)的貢獻(xiàn)將更加突出。據(jù)中長期預(yù)測數(shù)據(jù)分析,2070 年前 CCUS 技術(shù)將在工業(yè)部門碳減排方面持續(xù)發(fā)揮作用,預(yù)計到 2030 年 CCUS對我國工業(yè)碳減排貢獻(xiàn)約為 8×107 ~2×108 t CO2/a,到 2050 年達(dá)到 2.5×108 ~6.5×108 t CO2/a,2070 年緩慢抬升至 6.7×108 ~6.5×108 t CO2/a。
三是石化和化工領(lǐng)域高濃度排放源可為早期 CCUS 示范提供低成本發(fā)展機(jī)遇。2030 年石化和化工行業(yè)的 CCUS 減排需求約為 5×107 t CO2,2040 年后保持同等水平并逐漸降低。
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四是 BECCS 等負(fù)排放技術(shù)不可或缺。以農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物、能源作物作為典型生物質(zhì)燃料,預(yù)計到 2050 年我國相關(guān)資源潛力可達(dá) 6×108 tce,對應(yīng) CO2 負(fù)排放潛力可達(dá) 3.6×108 ~5.9×108 t。 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
(三)源匯匹配情況 本`文@內(nèi)-容-來-自;中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m
CCUS 源匯匹配主要考慮排放源和封存場地之間的地理位置關(guān)系與環(huán)境適宜性,即評估每個碳源是否有地質(zhì)條件合適且成本可行的 CO2 封存場地,這是 CCUS 技術(shù)推廣的重要約束條件。在無國家骨干管網(wǎng)和公共管網(wǎng)的情景下,250 km 是不需要建設(shè)中繼壓縮站的最長管道距離,因建設(shè)成本較低而作為 CCUS 項目建設(shè)源匯匹配的距離上限。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com
從區(qū)域分布情況看,新疆、內(nèi)蒙古、陜西等中西部地區(qū)省份的化石資源豐富,與東北、華北、西北地區(qū)的陸上封存地匹配度較高,能源與工業(yè)原料生產(chǎn)可通過 CCUS 實現(xiàn)較低成本的低碳化。東部、沿海地區(qū)是能源和工業(yè)原料的消費地區(qū),特別是福建、廣東、廣西等省份能夠用于封存的沉積盆地面積小、分布零散、地質(zhì)條件相對較差,加之陸上封存潛力相對有限,源匯空間錯位且匹配難度較大;在毗鄰海域的沉積盆地實施離岸封存是重要的備選方案。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
從行業(yè)分布情況看,準(zhǔn)噶爾盆地、吐魯番 – 哈密盆地、鄂爾多斯(28.400, 0.55, 1.97%)盆地、松遼盆地、渤海灣盆地是火電行業(yè)部署 CCUS 技術(shù)(含 CO2-EOR)的重點區(qū)域,適宜優(yōu)先開展 CCUS 早期集成示范項目,推動 CCUS 技術(shù)大規(guī)模、商業(yè)化發(fā)展。但在 50 km 的運輸范圍內(nèi),火電行業(yè)源匯匹配情況不佳,未來 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展存在挑戰(zhàn)。對于鋼鐵、水泥等行業(yè),現(xiàn)階段分布于渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、江漢盆地、鄂爾多斯盆地等地及其附近的排放源數(shù)量多、CO2 排放量大、封存場地適宜性較高,源匯匹配情況較好;相比之下,南方、沿海及其他區(qū)域的排放源距離陸上盆地較遠(yuǎn),后期需要考慮實施離岸封存。 本@文$內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om
六、我國 CCUS 技術(shù)發(fā)展建議
(一)構(gòu)建面向碳中和目標(biāo)的 CCUS 技術(shù)體系 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
超前部署第二代 CCUS 技術(shù)研發(fā)項目,驅(qū)動第二代技術(shù)成本和能耗顯著下降,爭取 2035 年前具備第二代捕集技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用能力。明確碳中和目標(biāo)下 CCUS 技術(shù)需求,針對碳捕集、運輸、利用、封存、監(jiān)測各個環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)。發(fā)揮 CCUS 在多能互補的能源系統(tǒng)和工業(yè)領(lǐng)域中的關(guān)鍵減排作用,包括結(jié)合 CCUS 與新興能源與工業(yè)系統(tǒng)、培育 CCUS 發(fā)展的新技術(shù)經(jīng)濟(jì)范式、識別 CCUS 與可再生能源和儲能系統(tǒng)集成可行性及發(fā)展?jié)摿Α⑻剿骺稍偕茉?/ 儲能 + CCUS 的集成技術(shù)新方向等,全面構(gòu)建功能多元的 CCUS 技術(shù)體系。
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(二)推進(jìn) CCUS 全鏈條集成示范及商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程
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優(yōu)先部署海底封存示范項目,開展 CCUS 在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用示范,補齊 CCUS 技術(shù)環(huán)節(jié)示范短板。開展大規(guī)模全鏈條集成示范工程,加速推進(jìn) CCUS 產(chǎn)業(yè)化集群建設(shè)。加快突破全流程工程技術(shù)優(yōu)化方法,爭取在“十四五”時期建成 3~5 個百萬噸級 CCUS 全鏈條示范項目。以驅(qū)油 / 氣、固體廢物礦化、化工利用等 CO2 利用技術(shù)的大規(guī)模示范為牽引,積極支持油氣、能源、化工等相關(guān)行業(yè) CCUS 產(chǎn)業(yè)示范區(qū)建設(shè),逐步將 CCUS 技術(shù)納入能源、礦業(yè)的綠色發(fā)展技術(shù)支撐體系以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)序列。
(三)加快 CCUS 技術(shù)管網(wǎng)規(guī)劃布局和集群基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 本+文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
加大 CCUS 相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施投入,加強運輸管網(wǎng)建設(shè),優(yōu)化設(shè)施管理模式,建立合作共享機(jī)制,帶動形成以管網(wǎng)設(shè)施和封存場地為基礎(chǔ)的區(qū)域 CCUS 產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心。合理規(guī)劃未來 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群分布,對已初步形成的基于源匯分布地域特點的 CCUS 集群進(jìn)行布局完善,充分發(fā)揮相關(guān)集群在基礎(chǔ)設(shè)施共享、項目系統(tǒng)集成、能量資源交互利用、工業(yè)示范與商業(yè)應(yīng)用銜接等方面的優(yōu)勢,降低綜合減排成本。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com
(四)完善財稅激勵政策和法律法規(guī)體系
借鑒對太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等清潔能源技術(shù)發(fā)展的支持方式,探索制定適合國情、面向碳中和目標(biāo)的 CCUS 稅收優(yōu)惠和補貼激勵政策;給予超前部署的新一代低成本、低能耗技術(shù)以及與新能源耦合的負(fù)排放技術(shù)同等政策激勵。加速推動 CCUS 投融資以加速商業(yè)化步伐,將 CCUS 納入產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展目錄,探索政府與市場有機(jī)結(jié)合的 CCUS 商業(yè)化投融資機(jī)制,積極利用綠色金融、氣候債券、低碳基金等多種方式支持 CCUS 項目示范。提供穩(wěn)定持續(xù)的科技創(chuàng)新政策支持,提升 CCUS 的技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性和安全性,特別是先進(jìn)技術(shù)和具備負(fù)排放效益技術(shù)的研發(fā)示范。完善法律法規(guī)體系,制定 CCUS 行業(yè)規(guī)范、制度法規(guī)框架體系以及科學(xué)合理的建設(shè)、運營、監(jiān)管、終止標(biāo)準(zhǔn)體系,建立并完善 CCUS 建設(shè)運營所需的技術(shù)規(guī)范。 本+文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com
注:本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整,若需可查看原文。 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
作者介紹 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
李陽,油氣田開發(fā)地質(zhì)、開發(fā)工程專家,中國工程院院士。 本@文$內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om
20世紀(jì)九十年代中后期,主要致力于高含水老油田提高采收率技術(shù)研究工作,提出了“分隔控油”剩余油富集規(guī)律認(rèn)識,創(chuàng)建了以油藏地球物理及大幅度提高采收率為核心的高含水油田穩(wěn)產(chǎn)技術(shù),為我國東部原油持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)做出了突出貢獻(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)后,作為兩期國家“973”項目首席科學(xué)家,開展了超深層碳酸鹽巖縫洞型油藏開采及提高采收率研究工作,揭示了自由流-滲流耦合的流體流動規(guī)律,建立了超深層縫洞儲集體識別與建模、數(shù)模方法,研究注水開發(fā)關(guān)鍵技術(shù),為此類油氣藏高效開發(fā)提供了理論和技術(shù)支撐。 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
作者:張賢,李陽,馬喬,劉玲娜
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