報碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)是支撐碳中和目標實現(xiàn)的關(guān)鍵減排技術(shù)，對我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。目前，該技術(shù)研究取得積極進展，但商業(yè)化項目數(shù)量和應(yīng)用場景相對有限。隨著捕集技術(shù)的成熟、能耗的降低、基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及產(chǎn)業(yè)化能力的增強，預計2030年后CCUS技術(shù)具備逐步推廣應(yīng)用的條件。
CCUS技術(shù)減排潛力巨大，發(fā)展前景廣闊
CCUS技術(shù)是指將二氧化碳從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實現(xiàn)二氧化碳永久減排的技術(shù)，可助力發(fā)電、水泥、鋼鐵、化石燃料制氫等減排難度大的行業(yè)實現(xiàn)深度脫碳。
CCUS產(chǎn)業(yè)鏈主要由四個環(huán)節(jié)組成，即碳捕集、運輸、封存和利用。在捕集環(huán)節(jié)，主要有燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒三種技術(shù)。其中，燃燒后捕集技術(shù)成熟度相對較高。當前碳捕集成本較高，但遠期具備較大下降潛力。第一代捕集技術(shù)即現(xiàn)階段已能大規(guī)模示范的技術(shù)，如胺基吸收技術(shù)、常壓富氧燃燒技術(shù)等，成本約為45至60美元/噸;第二代捕集技術(shù)即技術(shù)成熟后能耗和成本可比第一代技術(shù)降低30%以上的新技術(shù)，如新型膜分離技術(shù)、新型吸收技術(shù)、新型吸附技術(shù)、增壓富氧燃燒技術(shù)、化學鏈燃燒技術(shù)等，成本約為80至150美元/噸。預計到2030年，第一、二代捕集技術(shù)成本將分別降至約30至45美元/噸和40至60美元/噸;到2060年，新一代捕集技術(shù)的成本有望降至約10至15美元/噸。
在運輸環(huán)節(jié)，主要有管道、罐車和船運三種方式。目前，運輸方式多為罐車或短距離管道。從綜合成本和輸送能力來看，管道是未來發(fā)展方向。二氧化碳輸送管道的建設(shè)完善將推動CCUS技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用。
二氧化碳封存近中期以二氧化碳驅(qū)油為主，遠期則以鹽水層封存為主。驅(qū)油即將二氧化碳注入油田以提高石油采收率，當前技術(shù)成熟度較高。二氧化碳封存潛力巨大，全球二氧化碳總封存潛力在8萬億噸到55萬億噸之間。我國鹽水層的總封存潛力約為1.9萬億噸，油氣田的總封存潛力約為35億噸。
CCUS技術(shù)主要應(yīng)用在礦化、物理、化工和生物四個領(lǐng)域。在礦化方面，二氧化碳與混凝土中鈣、鎂組分之間實現(xiàn)礦化反應(yīng)，提高混凝土強度和耐久性能，同時實現(xiàn)二氧化碳的長期穩(wěn)定封存;在物理方面，用于生產(chǎn)啤酒、碳酸飲料、焊接工藝中的惰性劑等;在化工方面，作為原料生產(chǎn)尿素肥料、聚合物、合成燃料等;在生物方面，用于促進植物生長，以生物炭的形式被土壤捕獲，提高土壤質(zhì)量。目前物理領(lǐng)域的食品級應(yīng)用相對較多。整體來看，由于基于捕集二氧化碳的產(chǎn)品成本居高不下，短期內(nèi)市場規(guī)模有限。中遠期將出現(xiàn)二氧化碳與綠氫反應(yīng)制取甲烷、甲醇等創(chuàng)新應(yīng)用方式。
根據(jù)《中國二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)年度報告(2021)》，我國已投運或建設(shè)中的CCUS示范項目約40個，碳捕集能力約300萬噸/年，遍布19個省份，捕集源涉及的行業(yè)和封存利用的類型呈多樣化分布。從捕集源來看，項目主要涉及煤化工和火電領(lǐng)域，其次是天然氣開采以及甲醇、水泥、化肥等化工行業(yè)。從封存利用來看，項目大多將二氧化碳捕集后進行多元化利用以提升全鏈條經(jīng)濟性，利用方式包括驅(qū)油、驅(qū)煤層氣、食品級利用等。
典型的示范項目包括中石油吉林油田CCUS-強化采油(EOR)全流程示范項目、齊魯石化-勝利油田CCUS項目以及國家能源集團國華錦界電廠建設(shè)的15萬噸/年燃燒后二氧化碳捕集與封存全流程項目等。
CCUS技術(shù)對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)有重要價值
CCUS是我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不可或缺的重要技術(shù)，其價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
為電力系統(tǒng)保留部分煤電機組。我國擁有大量優(yōu)質(zhì)煤電機組，正值“青壯年”，研究煤電的發(fā)展與退出路徑意義重大。我國有9億至10億千瓦高參數(shù)大容量低排放煤電機組資產(chǎn)，且我國煤電機組平均服役期遠低于發(fā)達國家，優(yōu)質(zhì)煤電資產(chǎn)過早退役將產(chǎn)生巨大擱淺成本，從全生命周期角度來看并非最優(yōu)解。CCUS技術(shù)給煤電減排二氧化碳提供了一種路徑，在能源轉(zhuǎn)型過程中，發(fā)展“煤電+CCUS”有助于降低轉(zhuǎn)型成本。煤電機組將在新型電力系統(tǒng)的電力平衡中發(fā)揮重要作用。隨著新能源滲透率持續(xù)提升，由于新能源的低保障出力特點，未來我國冬季晚高峰電力可能存在缺口，發(fā)展CCUS技術(shù)可有效發(fā)揮煤電的托底保供作用。
結(jié)合生物質(zhì)發(fā)電，創(chuàng)新應(yīng)用負排放技術(shù)。CCUS技術(shù)通過結(jié)合生物質(zhì)發(fā)電，可助力電力系統(tǒng)實現(xiàn)負排放。CCUS技術(shù)和生物質(zhì)發(fā)電相結(jié)合形成生物質(zhì)能-碳捕集與封存(BECCS)、生物質(zhì)能-碳捕集利用與封存(BECCUS)技術(shù)，發(fā)揮生物質(zhì)發(fā)電碳中性的特點實現(xiàn)負排放，是能源系統(tǒng)中少有的負碳技術(shù)選項。
助力綠氫發(fā)展，支撐循環(huán)碳經(jīng)濟。CCUS技術(shù)為氫能特別是綠氫創(chuàng)造更多應(yīng)用場景，促進新能源多元化消納利用，助力循環(huán)碳經(jīng)濟發(fā)展。捕集的二氧化碳通過與氫反應(yīng)制取甲烷、甲醇作為工業(yè)原料使用，豐富了氫能的應(yīng)用場景，也間接助力大規(guī)模波動性新能源的消納利用。同時，依托火電機組捕集的二氧化碳是電力系統(tǒng)的新型產(chǎn)出，是循環(huán)碳經(jīng)濟中的重要一環(huán)。隨著二氧化碳更多利用方式發(fā)展成熟，有望依托火電基地打造循環(huán)碳經(jīng)濟示范窗口，實現(xiàn)電-氫-碳融合發(fā)展。
發(fā)揮現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈鏈長作用推動CCUS技術(shù)發(fā)展
CCUS技術(shù)可支持電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型，并對電源結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響。國家電網(wǎng)有限公司充分發(fā)揮現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈鏈長作用，推動CCUS技術(shù)發(fā)展。
加強同國家能源集團、中石油等公司的合作，呼吁將CCUS技術(shù)配合煤電發(fā)展作為電力系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型重要技術(shù)路線之一。
發(fā)揮現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈鏈長作用，協(xié)同相關(guān)煤電、煤化工企業(yè)積極與政府溝通。參與相關(guān)優(yōu)惠電價、保證利用小時數(shù)等政策的綜合效益論證工作，推動CCUS技術(shù)盡快達到規(guī)?；⑸虡I(yè)化應(yīng)用水平，助力煤電機組發(fā)揮托底保供作用。
前瞻性開展電-氫-碳融合的能源低碳轉(zhuǎn)型路徑研究。重點關(guān)注煤電機組利用CCUS技術(shù)開展規(guī)?；脑旌?，對電源結(jié)構(gòu)、發(fā)電量結(jié)構(gòu)、特高壓線路等電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃的影響。
(作者：張絲鈺 張寧 代紅才 單位：國網(wǎng)能源研究院有限公司)
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