“雙碳”目標(biāo)下 我國(guó)CCUS發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)
隨著“雙碳”目標(biāo)的提出和碳減排工作的不斷推進(jìn)，中國(guó)CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕獲、利用與封存）技術(shù)已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。目前我國(guó)正從能耗“雙控”向碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”轉(zhuǎn)變，在這樣的大背景下，開(kāi)展二氧化碳捕集、運(yùn)輸、利用與地質(zhì)封存全流程重大技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)展大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化CCUS技術(shù)示范應(yīng)用，可為碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供重要支撐，對(duì)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色發(fā)展意義重大。當(dāng)前中國(guó) CCUS 正從國(guó)內(nèi)外不斷積累工程經(jīng)驗(yàn)、加快技術(shù)研發(fā)、持續(xù)加大投資、廣泛開(kāi)展研究，CCUS 技術(shù)作為中國(guó)今后應(yīng)對(duì)溫室效應(yīng)的主要方向，正逐步展開(kāi)大規(guī)模的示范工程，并取得了一定的成效。
一. 中國(guó)已具備大規(guī)模捕集利用與封存 CO2的工程能力，正在積極籌備全流程 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群。
國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯 CCS（Carbon capture and storage, 碳捕獲與封存） 示范項(xiàng)目已成功開(kāi)展了10萬(wàn)噸/年規(guī)模的CCS全流程示范。中石油吉林油田 EOR （強(qiáng)化采油）項(xiàng)目是全球正在運(yùn)行的 21 個(gè)大型 CCUS 項(xiàng)目中唯一一個(gè)中國(guó)項(xiàng)目，也是亞洲最大的 EOR 項(xiàng)目，累計(jì)已注入CO2超過(guò)200萬(wàn)噸。國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)華錦界電廠15萬(wàn)噸/年燃燒后 CO2捕集與封存全流程示范項(xiàng)目已于 2019年開(kāi)始建設(shè)，建成后將成為中國(guó)最大的燃煤電廠 CCUS 示范項(xiàng)目。2021年7月，中石化正式啟動(dòng)建設(shè)我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目（齊魯石化—勝利油田CCUS項(xiàng)目）。
二. 中國(guó)CCUS技術(shù)項(xiàng)目遍布19個(gè)省份，捕集源的行業(yè)和封存利用的類型呈現(xiàn)多樣化分布。
中國(guó) 13 個(gè)涉及電廠和水泥廠的純捕集示范項(xiàng)目總的 CO2捕集規(guī)模達(dá)85.65萬(wàn)噸/年，11個(gè) CO2地質(zhì)利用與封存項(xiàng)目規(guī)模達(dá)182.1 萬(wàn)噸/年，其中EOR的 CO2利用規(guī)模約為154萬(wàn)噸/年。
中國(guó) CO2捕集源覆蓋燃煤電廠的燃燒前、燃燒后和富氧燃燒捕集，燃?xì)怆姀S的燃燒后捕集，煤化工的 CO2捕集以及水泥窯尾氣的燃燒后捕集等多種技術(shù)。CO2封存及利用涉及咸水層封存、EOR、驅(qū)替煤層氣（ECBM）、地浸采鈾、CO2礦化利用、CO2合成可降解聚合物、重整制備合成氣和微藻固定等多種方式。
三. 中國(guó)的CCUS各技術(shù)環(huán)節(jié)均取得了顯著進(jìn)展，部分技術(shù)已經(jīng)具備商業(yè)化應(yīng)用潛力。
（1）捕集技術(shù)
CO2捕集技術(shù)成熟程度差異較大，目前燃燒前物理吸收法已經(jīng)處于商業(yè)應(yīng)用階段，燃燒后化學(xué)吸附法尚處于中試階段，其它大部分捕集技術(shù)處于工業(yè)示范階段。
燃燒后捕集技術(shù)是目前最成熟的捕集技術(shù)，可用于大部分火電廠的脫碳改造，國(guó)華錦界電廠正在建設(shè)的15萬(wàn)噸碳捕集與封存示范項(xiàng)目，屬于目前中國(guó)規(guī)模最大的燃煤電廠燃燒后碳捕集與封存全流程示范項(xiàng)目。
燃燒前捕集系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）技術(shù)是典型的可進(jìn)行燃燒前碳捕集的系統(tǒng)。華能天津 IGCC項(xiàng)目以及連云港清潔能源動(dòng)力系統(tǒng)研究設(shè)施屬于此類項(xiàng)目。
富氧燃燒技術(shù)是最具潛力的燃煤電廠大規(guī)模碳捕集技術(shù)之一，產(chǎn)生的CO2濃度較高（約 90%~95%），更易于捕獲。富氧燃燒技術(shù)發(fā)展迅速，可用于新建燃煤電廠和部分改造后的火電廠。
當(dāng)前第一代碳捕集技術(shù)（燃燒后捕集技術(shù)、燃燒前捕集技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)）發(fā)展?jié)u趨成熟，主要瓶頸為成本和能耗偏高、缺乏廣泛的大規(guī)模示范工程經(jīng)驗(yàn) 。第二代技術(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)等）仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)或小試階段，技術(shù)成熟后其能耗和成本會(huì)比成熟的第一代技術(shù)降低 30% 以上，2035 年前后有望大規(guī)模推廣應(yīng)用。
（2）輸送技術(shù)
在現(xiàn)有CO2輸送技術(shù)中，罐車運(yùn)輸和船舶運(yùn)輸技術(shù)已達(dá)到商業(yè)應(yīng)用階段，主要應(yīng)用于規(guī)模10萬(wàn)噸/年以下的 CO2輸送。中國(guó)已有的 CCUS示范項(xiàng)目規(guī)模較小，大多采用罐車輸送。華東油氣田和麗水氣田的部分CO2通過(guò)船舶運(yùn)輸。管道輸送尚處于中試階段，吉林油田和齊魯石化采用路上管道輸送CO2。海底管道運(yùn)輸?shù)某杀颈汝懮瞎艿栏?/font>40%~70%，目前海底管道輸送CO2的技術(shù)缺乏經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)尚處于研究階段。
（3）利用與封存技術(shù)
在CO2地質(zhì)利用及封存技術(shù)中，CO2地浸采鈾技術(shù)已經(jīng)達(dá)到商業(yè)應(yīng)用階段，EOR（二氧化碳?xì)怛?qū)強(qiáng)化采油）已處于工業(yè)示范階段，EWR（二氧化碳強(qiáng)化咸水開(kāi)采）已完成先導(dǎo)性試驗(yàn)研究，ECBM（提高煤層氣采收率）已完成中試階段研究，礦化利用已經(jīng)處于工業(yè)試驗(yàn)階段，CO2強(qiáng)化天然氣、強(qiáng)化頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)尚處于基礎(chǔ)研究階段。
四. 中國(guó) CO2-EOR （二氧化碳?xì)怛?qū)強(qiáng)化采油）項(xiàng)目主要集中在東部、北部、西北部以及西部地區(qū)的油田附近及中國(guó)近海地區(qū)。
國(guó)家能源集團(tuán)的鄂爾多斯10萬(wàn)噸/年的 CO2咸水層封存已于2015年完成30萬(wàn)噸注入目標(biāo)，停止注入。國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)華錦界電廠15萬(wàn)噸/年燃燒后 CO2捕集與封存全流程示范項(xiàng)目，擬將捕集的 CO2進(jìn)行咸水層封存，目前尚在建設(shè)中。2021年7月，中石化正式啟動(dòng)建設(shè)我國(guó)首個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS 項(xiàng)目（齊魯石化—勝利油田CCUS項(xiàng)目），有望建成為國(guó)內(nèi)最大CCUS 全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘亍Ｖ袊?guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所在四川達(dá)州開(kāi)展了5萬(wàn)噸/年鋼渣礦化工業(yè)驗(yàn)證項(xiàng)目。浙江大學(xué)等在河南強(qiáng)耐新材股份有限公司開(kāi)展了 CO2深度礦化養(yǎng)護(hù)制建材萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目。四川大學(xué)聯(lián)合中石化等公司在低濃度尾氣 CO2直接礦化磷石膏聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥技術(shù)研發(fā)方面取得良好進(jìn)展。
雖然中國(guó)CCUS技術(shù)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較大進(jìn)展，但要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展仍存在著經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)、技術(shù)、環(huán)境和政策等多方面的困難和問(wèn)題，仍面臨許多阻力和挑戰(zhàn)。
1. CCUS項(xiàng)目成本普遍較高，尚未形成產(chǎn)業(yè)集群。在實(shí)際應(yīng)用中，高昂的投資成本及運(yùn)行成本阻礙了CCUS項(xiàng)目的順利推進(jìn)。但油價(jià)上漲可以大幅度提高 CO2承受成本，對(duì)于有一定承受力的油田，油價(jià)每增加10美元/桶，其承受成本將增加12～92元/噸，但只有不到1/4的油田可承受200元/噸以上的來(lái)源成本 （捕集+壓縮+運(yùn)輸成本）。從煤電行業(yè)來(lái)看，情況似乎更加不容樂(lè)觀。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，煤電示范項(xiàng)目安裝碳捕集裝置后，捕集每噸 CO2將額外增加140～600元/噸的運(yùn)行成本，直接導(dǎo)致發(fā)電成本大幅增加，無(wú)法實(shí)現(xiàn)減排收益，嚴(yán)重影響著企業(yè)開(kāi)展CCUS示范項(xiàng)目的積極性。
2. CCUS產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步突破，資金支持力度仍需加大。若要推動(dòng)第二代燃煤電廠碳捕集技術(shù)在2030年示范完成并投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，應(yīng)進(jìn)一步增加政策扶持和融資力度。同時(shí)，燃燒前處理技術(shù)仍屬新興技術(shù)，發(fā)電機(jī)成本較高，需要加快技術(shù)研發(fā)步伐。另一方面，受現(xiàn)有的CCUS技術(shù)水平的制約，在項(xiàng)目部署時(shí)將使一次能耗增加10%～20%甚至更多，效率損失很大，嚴(yán)重阻礙著CCUS技術(shù)的推廣和應(yīng)用。要迅速改變這種狀況就需要更多的資金投入。
3. 商業(yè)模式尚未成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨多重阻礙。全流程CCUS示范項(xiàng)目涉及電力、煤化工、鋼鐵、油氣等多個(gè)行業(yè)的不同企業(yè)，項(xiàng)目的實(shí)施普遍面臨收益分享、責(zé)任分擔(dān)和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)等難題，需要建立有效的協(xié)調(diào)機(jī)制或行業(yè)規(guī)范，以及長(zhǎng)期公平的合作模式，有效解決氣源供給、管網(wǎng)輸送、地企關(guān)系等難題，從而實(shí)現(xiàn)CCUS項(xiàng)目各環(huán)節(jié)的良好對(duì)接。
根據(jù)《中國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖(2019)》，隨著成本降低、技術(shù)進(jìn)步、政策激勵(lì)，CCUS技術(shù)的產(chǎn)值規(guī)模有望在2025年超過(guò)200億元/年，到2050年超過(guò)3300億元/年，按保守情形估計(jì)2025-2050年平均年增長(zhǎng)率為11.87%。盡管CCUS目前仍面臨很多困難和挑戰(zhàn)，但長(zhǎng)期來(lái)看，低成本、商業(yè)化、集群化規(guī)模部署是CCUS大的發(fā)展趨勢(shì)，也是國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重大需求。
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