您現在的位置是:首頁 > 新聞資訊網站首頁新聞資訊
中國能源行業綠色發展專題(二)| CCUS:方興未艾,布局未來
摘要
為了實現我國2030年“碳達峰”和2060年“碳中和”的目標,全社會正積極行動,通過多種手段加快推進各行業低碳減排工作的開展。然而,我國當前能源結構仍主要依賴煤炭等化石能源,且短期內難以實現以低碳清潔能源為主導的結構性轉變,因此二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS)作為一種可實現化石能源深度減排的技術,將成為我國達成氣候目標不可替代的重要手段。本文希望通過梳理目前CCUS各類技術在我國的發展現狀,分析CCUS在中國實現大規模應用的主要挑戰,探尋未來發展機遇。
綜合來看,我們認為中國CCUS技術的發展路徑將呈現如下規律:
? 短期內,大型國有能源企業通過煤化工企業獲取低成本捕集的碳源,結合經過商業可行性驗證的強化采油應用,通過一體化示范項目積累經驗,逐步實現CCUS的擴容和降本。
?長期來看,為實現2060年的碳中和目標,火電和鋼鐵行業的低成本碳捕集勢在必行,而相應的管網建設和地質封存技術的大規模應用也必不可少;但預期CCUS帶來的額外商業回報仍較為有限,CCUS的全面發展將高度依賴碳定價機制或其他形式的政策補貼。
CCUS在中國的現狀
何為CCUS?即二氧化碳的捕集、利用和封存技術(Carbon Capture, Utilization and Storage)。它指的是從不同排放源(或空氣中)采集并提純二氧化碳后,不僅是簡單地直接封存入地下,而是將其投入新的生產和使用之中,重新開發CO2經濟價值的各類技術。
CCUS雖然是一種新興技術,但其中很多環節可依附于既有技術路徑實現產業化,而且相較于傳統的CCS技術(碳捕集和封存),可以產生更多的經濟效益。不過,較大的研發資源和固定資產投入仍讓多數企業觀望躊躇。因此,國家政策支持和可觀的投資回報將是CCUS實現廣泛應用的重要前提條件。
我國當前迫在眉睫的2030“碳達峰”目標主要通過推廣清潔能源和節能減排等手段實現。與“新能源”、“碳匯”等議題不同,CCUS作為補充技術手段之一尚未享受國家層面的補貼政策。而國內緩慢增加的CCUS產能暫時還不能達到規模效應所帶來的顯著成本下降。因此,作為實現“碳中和”而非“碳達峰”的必要手段,CCUS當前仍處于技術和經驗儲備以及商業模式的探索階段,預計將在2030年后迎來更多發展機會。
經統計,我國目前約75%的CO2排放來源于火力和天然氣發電以及工業生產等適用于CCUS技術的固定排放源,總計約100億噸/年。據生態環境部環境規劃院預測,為了在2060年之前實現《巴黎協定》的2℃控溫目標,我國CCUS至少需達到5億噸/年的產能水平。當前我國CCUS技術總產能約200萬噸,以大型能源國有企業自主投資開發的一體化捕集和驅油示范項目為主,二氧化碳來源主要為下屬或附近的煤化工和發電企業。
CCUS技術之CO2捕集
無論是對CCUS產業鏈上游的排放源企業還是下游的購買和使用企業來說,如何低成本且穩定地獲得高純度的二氧化碳,將是CCUS技術進入快車道發展需要回答的首要問題。
業界共識,碳捕集成本主要與排放源的CO2濃度和壓力相關:CO2濃度或分壓越高,越利于高效捕集和后續分離,進而帶來單位捕集成本的下降。當前我國絕大部分的大規模碳源捕集成本在270元/噸以上。煤化工企業由于可產生高CO2濃度(>70%)的煙氣,捕集成本最低可達約100元/噸?;鹆Πl電和鋼鐵行業由于煙氣的CO2濃度普遍低于20%,捕集難度較大,成本需300元/噸左右。
因此,煤化工行業由于其碳捕集的經濟性,成為最優選的碳源。而火力發電和鋼鐵行業由于對煤炭消耗量巨大,是碳排放的主體,在2030年之后將成為主要的CCUS需求來源。
與此同時,使用不同的采集技術也會影響捕集成本。在國內,胺類吸收和低溫蒸餾技術由于較高的系統適用性和較低的捕集成本被廣泛應用。
?胺類吸收技術:使用氨水或有機胺吸收CO2發生化學反應生成鹽類,之后通過加熱重新釋放出CO2的技術,是目前可用于低濃度煙氣最為成熟的燃燒后捕獲技術。其中二氧化碳的脫附過程需消耗大量的蒸汽供熱,未來可通過系統和工藝的升級改造實現一定程度的降本。
? 低溫蒸餾技術:將混合氣體經加壓和冷卻后,通過蒸餾分離出其中的CO2,是適用于高濃度煙氣最主流的燃燒后捕獲技術,可實現99%濃度提純,通常也和胺法搭配使用。
? 整體煤氣化聯合循環(IGCC)和富氧燃燒技術(OEC):分別為燃燒前和燃燒中的捕獲技術,由于需要對既有生產裝置和系統需進行大幅改造,因此會帶來巨大的成本投入,一般適用于新建工廠。
CCUS技術之CO2運輸
目前我國主要有三種CO2運輸方式,其中陸路罐車運輸和內陸船舶運輸技術基本成熟,而基于管道網絡的長距離低成本運輸體系仍有待構建。
? 罐車運輸:目前主要的陸上運輸方式,將CO2壓縮成液態后進行運輸,每車可裝載10噸左右,基于距離和重量計費(近1元/km/噸),但長距離運輸不具備經濟性。
? 船舶運輸:以液態二氧化碳的形式進行運輸,可使用現有的液化天然氣載運船,每船可運載上萬噸CO2,成本僅需0.1—0.5元/km/噸,讓CO2的越洋運輸和異地離岸存儲成為可能。
? 管道運輸:以氣態或液態的方式通過管道網絡運輸CO2,預估成本為0.3元/km/噸,但目前國內由于嚴格的管道建設審批政策,還沒有投入商業使用的案例,實際運營成本仍需進一步評估。
CCUS技術之CO2利用與封存
咸水層封存、強化采油(驅油)和工業利用為目前我國主要的二氧化碳利用和封存方式。
? 咸水層封存:是潛在儲量最大的方式,然而單純封存無法產生附加經濟效益,且當前國內缺乏相關補貼政策激勵、地質勘探技術與國外相比仍有較大差距,這都制約了地質封存項目的開展進度。截至目前,國內總儲存量達10萬噸的項目僅有兩個。
? 強化采油(EOR):指通過向油層中注入CO2以提高采收率的技術。目前國內EOR示范項目可實現0.1—0.4噸石油/噸CO2的換油率,在當前油價水平下(約60美金/桶)可輕松實現正向投資回報。然而由于勘探技術和工程管理的復雜性,目前使用CO2-EOR實現石油增產的動力不足。相信經過一定的項目經驗積累和實際效益背書,EOR技術未來仍有巨大的市場空間。
? 工業利用:直接應用于食品、飼料和肥料的生產加工等領域或直接參與合成氣體、降解塑料和有機碳酸鹽等。盡管仍在開發新的技術和應用領域,但整體利用和封存量尚不足使其成為支撐減碳目標實現的主要利用和封存方式。