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中國碳捕集利用與封存技術評估報告 版權信息
- ISBN:9787030684424
- 條形碼:9787030684424 ; 978-7-03-068442-4
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
中國碳捕集利用與封存技術評估報告 內容簡介
本報告根據近年來碳捕集利用與封存(CCUS)政策與技術發展趨勢和特點,從技術成熟度、技術經濟性、環境與安全等方面對現有二氧化碳(CO2)捕集技術、CO2運輸技術、CO2化學和生物利用技術及CO2地質利用與封存技術等進行了多方面、多角度的分析與評估,并對各技術的發展趨勢和減排潛力進行了預測。從整個能源大系統的角度出發,從單一排放源與CCUS技術開展全鏈集成和CCUS技術與能源-化工行業大系統集成兩個層面,針對捕集、壓縮、運輸、注入、封存與利用等全鏈集成技術單元之間的兼容性和集成優化兩個關鍵問題,詳細評估了CCUS技術面臨的問題、機遇和挑戰。此外,本報告通過CCUS技術的競爭性成本分析,對整體CCUS成本與效益開展科學、客觀、系統的評估分析,并對促進CCUS發展的商業模式進行了探討分析。 本報告可供從事應對氣候變化、碳減排政策與技術領域的教學和科研人員參考,也可供相關行業的管理人員及關心CCUS技術發展的人士閱讀。
中國碳捕集利用與封存技術評估報告 目錄
決策者摘要 1
**章 概述 5
**節 CCUS技術的系統內涵與分類 5
第二節 CCUS技術的發展現狀 7
第三節 國內外CCUS技術發展戰略與政策評估 18
第四節 CCUS技術發展的意義 30
第五節 本章小結 34
參考文獻 35
第二章 CO2捕集技術 38
**節 燃燒前捕集技術 38
第二節 燃燒后捕集技術 52
第三節 富氧燃燒和化學鏈燃燒技術 66
第四節 本章小結 75
參考文獻 78
第三章 壓縮、運輸與注入技術 82
**節 壓縮技術 82
第二節 運輸技術 84
第三節 注入技術 90
第四節 本章小結 91
參考文獻 92
第四章 CO2化學和生物利用技術 94
**節 CO2化學轉化制備化學品 94
第二節 CO2礦化利用 122
第三節 CO2生物利用技術 134
第四節 本章小結 142
參考文獻 143
第五章 CO2地質利用與封存技術 153
**節 CO2強化采油技術 153
第二節 CO2強化開采CH 4技術 156
第三節 CO2地質浸采與原位礦化技術 171
第四節 CO2采熱技術 177
第五節 CO2強化深部咸水開采技術 182
第六節 CO2監測技術 186
第七節 本章小結 191
參考文獻 193
第六章 CCUS全鏈條系統集成 198
**節 CCUS技術集成 198
第二節 CCUS與燃煤電廠和工業過程的集成 205
第三節 CCUS技術與未來多元能源系統的集成 215
第四節 本章小結 221
參考文獻 222
第七章 CCUS技術的成本效益評估 225
**節 CCUS技術成本 225
第二節 工業產值 231
第三節 CCUS技術成本的競爭性比較 234
第四節 促進CCUS技術發展的商業模式 241
參考文獻 244
第八章 早期機會與建議 249
中國碳捕集利用與封存技術評估報告 節選
決策者摘要 碳捕集利用與封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是指將二氧化碳(CO2)從工業排放源分離后加以利用或封存,從而實現CO2減排的過程,包括捕集、輸送、利用及封存多個環節。CCUS技術可助力全球及我國碳中和目標實現,保障我國能源安全,推進生態文明建設及可持續發展。為了更好地為國家、地方和行業相關科技和產業減排政策制定提供依據,本報告對CCUS技術的角色和定位、發展現狀、目標及預期、潛力和效益及早期發展機會進行了系統評估,并在此基礎上給出了相關科技政策建議。 1. CCUS技術對我國經濟社會可持續發展具有重大戰略意義,相關政策激勵有待進一步強化 CCUS為我國應對氣候變化提供重要技術選擇,為保障我國能源安全提供重要技術支撐,為實現我國經濟社會可持續發展提供重要技術手段。CCUS是實現2℃乃至1.5℃溫升控制目標的關鍵技術,預計至2060年累計減排量的14%來自CCUS,在B2DS情景(即2100年全球平均溫升為1.75℃)下,到2100年CCUS的減排貢獻達32%。同時CCUS技術可實現煤炭大規模低碳利用,促進我國從化石能源為主的能源結構向低碳多元供能體系平穩過渡,有效強化并提升常規油氣資源采收率,降低能源對外依存度,在滿足減排需求的前提下保障我國能源安全;此外,CCUS技術涉及電力、化工、水泥、鋼鐵、資源開采、農業等多個行業,可在強減排條件下實現上述行業低碳持續穩定發展。 我國在國家層面、地方層面陸續發布了多項政策,明確了CCUS技術定位、路線及規劃,但同國外相比,我國的政策激勵力度還有待進一步加強。2014年以來,國務院及國家部委先后制定并發布了10余項國家政策或發展規劃,各地也根據各自能源、經濟發展狀況出臺了CCUS相關政策和發展規劃,明確了CCUS技術定位、路線及規劃,促進了低碳技術研究和應用。但同美國45Q修正案、加拿大實施的碳稅政策、英國的差異化上網電價合同等國外CCUS政策相比,我國的激勵政策、產業部署及管理體系尚不完善,有待進一步加強。 我國CCUS技術未來將向著以構建低成本、低能耗、安全可靠的全鏈條產業集群為目標的方向發展。到2030年,CO2捕集技術的成本與能耗比目前降低10%~20%;大型CO2增壓(裝備)技術得到突破,建成具有單管200萬t/a輸送能力的陸地長輸管道;CO2強化采油、重整制備合成氣等示范技術開始進入商業應用階段并具備產業化能力。到2035年,CO2捕集技術的成本與能耗比目前降低15%~25%;CO2地質封存安全性保障技術獲得突破,建成大規模示范項目,基本具備產業化能力。到2050年,CO2捕集成本進一步降低,地質利用與封存技術、化學與生物利用技術的CO2利用量將會進一步增加,CCUS技術實現廣泛部署,建成多個CCUS產業集群,實現化石能源大規模低碳利用,并且與可再生能源結合實現負排放,為我國建設綠色低碳多元能源體系提供技術保障。 2.目前我國大部分CCUS技術處于研發示范階段,與國外尚存在差距,技術經濟性有待改善,減排潛力有待釋放 近年來我國CCUS各環節均取得了顯著進展,我國整體技術發展水平與國外相當且部分技術處于優勢,但關鍵技術仍存在差距。燃燒前物理吸收法、罐車運輸、船舶運輸、浸采采礦技術、合成可降解聚合物等技術國內外均已達到商業應用階段。我國CO2驅替煤層氣、CO2制備烯烴技術分別達到工業示范階段和中試階段,領先于國外尚處于的中試階段和基礎研究階段。而對于目前CO2捕集潛力*大的燃燒后化學吸收法、CO2輸送潛力*大的管道運輸技術以及經濟效益更好和封存潛力更強的CO2強化采油技術,國外均已進入了商業示范階段,而我國還處于工業示范階段或中試階段,與國外差距明顯。 我國CCUS技術未來理論減排潛力巨大,但受制于CCUS各環節關鍵技術成熟度及經濟性,減排潛力目前難以釋放。具有較大減排潛力的燃燒后化學吸收等CO2捕集類技術、CO2礦化養護混凝土等化學和生物利用類技術及CO2強化采油等地質利用及封存類技術,尚處于中試階段或工業示范階段,技術經濟性還不具備優勢。未來5~10年內,隨著CCUS技術不斷發展,碳減排政策激勵力度和范圍不斷增加,這些技術的成熟度與經濟性將不斷提高,逐步進入商業化運行階段,減排潛力逐步釋放。預計到2030年,CO2捕集技術、CO2化學和生物利用技術、CO2地質利用和咸水層封存技術的理論減排潛力分別可達6億t、1.1億t、0.6億t和0.5億t;在加大政策激勵條件下,2030年CO2化學和生物利用技術的理論減排潛力約為1.7億t,CO2地質利用和咸水層封存減排潛約為1.35億t和1億t。 CCUS技術目前成本依然偏高,除當石油價格處于高位時,CO2驅油的經濟效益較好,可有機會實現零成本減排外,其余能源增采等地質利用與封存技術在政策激勵及政府支持缺失條件下很難盈利。目前我國CO2捕集技術的熱耗量、電耗量、設備投資均較高,導致CCUS技術總成本偏高,CO2強化開采甲烷(CH4)等地質利用及封存類技術經濟效益較差。未來隨著技術進步主要的CO2利用技術將實現商業化運行,預計到2030年可以創造2499億~3617億元的工業產值,其中CO2化學利用類技術的工業產值*高,可達2036.5億~2739億元,并且在與可再生能源結合及未來碳減排效益提升的情況下化工利用技術經濟性將會進一步改善;同時油、氣、熱等能源增采(產)類CO2利用技術與礦化利用類技術的工業產值也可以達到較高水平。 CCUS技術不僅能有效減少碳排放,還可實現CO2資源化利用、保護環境、破解區域發展瓶頸、實現可持續發展等重要的環境社會效益。CO2資源化利用技術可提高化工產品及農產品的生產率,促進工業廢棄物的循環利用,同時減少工業用水,保護農業水資源。CO2礦化利用技術,可同時實現多點源CO2排放的原位固定與天然礦石的資源化利用。CO2生物利用技術在整個轉化過程中不使用化學藥品,有利于土壤的改良。CCUS技術與特定區域發展具有較好的互補性,能實現CO2排放源的就地利用,促進當地能源、礦產資源及水資源開采,既能增加我國能源及礦產資源供給比例,又可解決水資源優化配置問題,有效推動當地經濟社會可持續發展。 3.全鏈集成技術可增強CCUS技術可行性,緩解高排放工業過程減排難題,保障未來我國多元能源系統安全穩定運行 CCUS各環節技術全鏈集成,可保障CCUS技術可行性、降低技術成本。CCUS全鏈集成技術通過兼顧單元與整體,可有效實現對CO2物流物化性質要求不一的各環節之間的良好兼容,通過能量與物質流動的鏈接將各技術環節集成為一體化系統,增強CCUS技術的可行性。CCUS技術通過與天然氣加工、煤化工等高濃度碳排放源耦合集成,能有效降低CCUS成本。此外,CCUS與強化采油過程的耦合集成甚至能夠實現負成本減排。 CCUS與燃煤電廠等高排放工業過程集成,可緩解工業過程減排難的問題。從CCUS與能源-化工行業集成的角度看,通過將CCUS技術與燃煤電廠、水泥行業及鋼鐵行業等耦合集成,能夠為這些高排放行業累計減少數百億噸的CO2排放,減排效益十分明顯。同時CCUS為解決高碳能源低碳利用、高排放行業低碳持續運行難題提供技術保障,借助CCUS技術燃煤電廠具備與可再生能源競爭合作的條件。 CCUS與未來多元能源系統集成,可實現負碳排放和能源安全利用。CCUS技術與化石能源利用相結合,可在滿足減排目標的同時保障能源供給。CCUS技術與生物質能耦合集成能形成巨大的負排放潛力,是未來有望將全球升溫穩定在低水平的關鍵技術。CCUS技術與化石燃料制氫技術集成,可實現“灰氫”到“藍氫”的轉變,此外,CCUS與氫能耦合可拓展新型儲能模式,緩解多元能源系統供需不平衡的矛盾。 4.降低CCUS集成成本的關鍵在于選擇合理的產業集成方式與商業模式 基于行業特點和區域特性進行合理的產業集成能有效降低CCUS成本。未來隨著CCUS各環節技術不斷進步和全鏈集成方式不斷優化,CCUS經濟性將不斷改善。我國各產業CCUS全流程減排成本與國外相比整體處于低位水平,具備相當的成本優勢。天然氣加工等高濃度排放源應用CCUS技術的減排成本*低,僅為19.7~33.1美元/t,燃煤電廠+CCUS在各類電廠中成本較低,且在山西、內蒙古等省份比可再生能源發電更具成本優勢。 合適的商業模式是降低CCUS成本的有效手段,在不同的CCUS技術發展階段宜選用不同的商業模式。國有企業模式可以*靈活地實現各環節之間的利益補償,同時在交易與獲取資金方面成本*低,適合在早期CCUS技術成本較高且二代技術研發示范投入較大的條件下采用。聯合經營企業模式適合由國內大型能源企業在二代技術示范階段采用,以更好地推動二代技術的發展。CO2運輸商模式交易成本相對較低,可以在二代技術商業化初期采用。CCUS運營商模式適合在CCUS技術較為成熟時采用,以解決不同捕獲源與封存地之間大規模長距離的“源匯匹配”問題。 5.早期發展機會和政策建議 選擇合適的早期機會對CCUS技術發展至關重要。從代際更替出發,應優先開展CCUS技術代際轉化,并對現有煤電廠進行CCUS技術改造,加快推進我國CCUS捕集技術代際更替。從技術發展成本出發,將高濃度CO2排放源與地質、化工與生物等成熟利用技術結合是早期示范的*佳機會,可有效降低CO2捕集能耗、初始投資成本及運行維護成本。從源匯匹配出發,鼓勵因地制宜優先發展較為成熟的CO2利用技術,優先在東部、南部應用CO2化工與生物利用技術,在中西部及東北地區應用CO2地質利用與封存技術。從產業集群出發,通過發展CCUS技術各環節產業集群增強技術應用的可行性,通過CCUS技術與工業過程、可再生能源集成優化推動構建新型多元能源系統。 未來應從以下方面加強政策部署,推進CCUS技術發展:一是加大CCUS科技投入,支持CCUS關鍵核心技術和裝備的研發與應用;二是加強統籌規劃和系統部署,將CCUS納入科技創新中長期發展規劃,制定推動CCUS示范項目產業化發展政策,制定科學合理的涵蓋CCUS建設、運營、監管及終止的制度法規和標準體系;三是加快開展大規模集成示范,加速推進CCUS產業化集群建設,逐步將CCUS技術納入能源和礦業等綠色發展技術支撐體系;四是積極參與并深化CCUS技術多邊機制合作,加強技術合作研發與轉移,促進國際知識共享。 **章 概述 近年來,隨著CCUS技術的持續發展,其內涵不斷深化拓展,CCUS技術將在減少溫室氣體排放、實現碳中和目標,保障能源供應安全、推動社會經濟可持續發展等方面扮演更加重要的角色。CCUS技術發展現狀、發展趨勢以及面臨的機遇和挑戰等引起了國際社會的廣泛關注。為了更好地為國家、地方和相關行業的科技發展規劃和產業政策制定提供依據,亟須對目前CCUS技術進行全面的梳理和評估。 **節 CCUS技術的系統內涵與分類 CCUS技術是一種包含多環節的復雜減排系統(圖1-1),由多個跨地域的基礎設施組成,同時具有多個責任主體并能夠在商業化后形成區域集群。本報告所列入的CCUS技術應同時具備兩種屬性:①二氧化碳(CO2)直接參與到系統中;②在原理上能夠實現凈減排。 圖1-1 CCUS系統 圖上僅顯示兩個集輸樞紐和一個封存樞紐,實際上CCUS可能含有多個集輸、封存樞紐 一、CCUS技術的定義 CCUS技術是指能將CO2從工業、能源生產等排放源或空氣中捕集分離,并輸送到適宜的場地加以利用或封存,*終實現CO2減排的技術。20世紀80年代起,科學家開始提出將CO2封存于天然氣藏、咸水層等地質結構的設想(Okken et al.,1989;Van Der Meer,1992),隨后政府間氣候變化專門委員會(The Intergovernmental Pane
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