碳中和漫谈系列之二：中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（2019）

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星期二

2021年5月

文章来源：清控伟仕咨询

清控伟仕咨询

CCUS培训班的第六堂课，中国21世纪议程管理中心的杨扬老师。

21世纪议程管理中心是科技部下属的事业单位，主要从事可持续发展相关的工作，是目前7家国家科技计划管理的专业机构之一，负责包括资源、环境、海洋、自然灾害等相关专项的过程管理。CCUS技术对于我国整个应对气候变化工作很重要，从2006年左右，21世纪中心开始代表科技部和一些发达国家合作开展我国CCUS能力建设相关的合作，包括中澳CAGS项目、中欧NZEC、COACH项目等，主要侧重于政策研究、人员交流以及技术研发。

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在2011年的时候，中国领导人在一个部长会议上，提出了当时中国CCUS技术发展路线图，后来科技部社发司和21世纪中心共同负责了发布工作。后来在路线图基础上，又提出了中国CCUS技术发展规划，通过了包括胜利油田在内的相关计划。现在距离上次已经有将近8年的时间了。2011版路线图对十二五期间CCUS的研发部署起到了很大的推动作用。但近年来，我国CCUS技术发展迅速，成果非常可观，多种新技术类型涌现。与此同时，国内外的环境也发生了很多变化。亟需我们重新评估CCUS技术的成熟度、确定技术发展新目标以及细化相关指标并优化评估方法。

2016年，巴黎协定正式生效，应对气候变化成为全球共识，目标设置趋紧，但减排行动约束减弱。2018年，COP24通过了《巴黎协定》实施细则，对全球加强应对气候变化的行动力度做出安排，也对大规模减排技术提出更强需求。CCUS技术越来越受到国际社会的关注。与此同时，国际上多个CCUS相关的国际组织，如MI、CEM、CSLF以及GCCSI，关于CCUS技术合作的意愿加强，都从不同方面推动了CCUS技术发展。欧美发达国家也开始相应推动CCUS技术发展的趋势，比如2018年美国的45Q法案。英国承诺投入1.62亿英镑用以提高CCUS技术成本和效率等。同时，我国经济发展转变对CCUS提出新要求，包括中国提出经济进入高质量发展阶段，对气候变化和可持续发展提出新目标。尤其是利用技术的发展近年来非常迅速，需要开展评估。从公众接受度来说，人们对CCUS的认识也处于不断深化中。

根据GCCSI 2018年全球CCS报告，目前全球共有43个大型CCS项目，18个正在运行，美国最多占了10个，挪威作为推动CCUS技术发展的老牌国家，也有2个（sleipner, snohvit)。而中国仅有一中石油吉林油田的CO2捕集驱油封存一体化项目上榜，中国应加快CCUS的相关部署。

图中所示的是我国现阶段正在运行中的部分地质利用和封存项目。近年来我国CCUS技术虽然得到了快速发展，但与国际先进水平相比仍然存在较大差距，再结合国内外的相关环境分析，我们考虑需要更新中国CCUS技术发展路线图。

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相对于2011版路线图，2019版路线图尤其重视了CO2利用技术的评估和规划。因此，这版路线图跟新了CCUS的定义。将CO2从工业排放源分离后，或直接加以利用或封存，目的是实现减少CO2排放。

分别从几个角度来看CCUS技术，一是减排，联合国气候变化专门委员会IPCC、国际能源署IEA等一些国际机构分别发布了研究报告从减排成本、减排贡献等方面说明了如果要实现至本世纪末温度升高1.5或2摄氏度的目标，CCUS技术不可或缺。主要列举了IPCC的气候变化评估报告，IEA的能源技术展望报告的一些结论。

EA的报告中还特别提出，2040年全球CCS部署规模要达到40亿吨，2050年要达到60亿吨，一般来说一个项目达到百万吨规模已经算非常大了，如果40亿吨意味着要4000个相关的CCS项目，刚刚我们也提到了一些全球和我国正在运营的项目，距离目标还非常远，因此现在看来CCUS技术的发展任重道远。

从发展视角来看，CCUS技术面临着传统的三高问题，即高能耗、高成本和高风险。高能耗，整体煤气化联合循环发电系统中，加装CCUS后每千瓦时的发电能耗增加14%-25%；高成本可能是阻碍其发展的最主要的问题，主要是指在项目初期，投资成本很高，且很多都是沉没成本，使一般的企业望而却步了；高风险，应该是整个环境部从环境影响评价角度要解决的问题了，风险越小越好，这就需要强大的科研力量和技术支撑做后盾。从目前总体发展技术水平来看，CCUS在发展中国家的发展还是比较困难的。

从科技视角来看，CCUS技术本身充满了不确定性。全球层面40年达到40亿吨，50年达到60亿吨。我们评估了中国的减排技术可实现7到22亿吨的减排贡献；随着技术的不断升级和技术发展的多样化，减排成本下降也非常可观。原来我们说是CCS，现在是CCUS，生物利用，化工利用，地质利用，CO2驱水等新方向也在慢慢发展。亚行2015年发布的CCUS路线图中指出，一代捕集技术有望在2030年将成本下降到30-40美元每吨；我们2019版路线图中也进一步指出了2代技术有望比1代技术下降30%以上。EGR-强化天然气开采；ESGR-增强页岩气开采；EWR-强化深部咸水开采；ECBM-提高煤层气采收率；EUL-强化铀矿地浸开采。

我国究竟要不要发展这个技术呢？从经济层面考虑，近年来我国GDP一直快速发展，十九大我们提出了经济由量的增长向质的提高转变，在此之前我国提出至2020年，碳强度较2005年下降40%-45%；至2030年，下降60%-65%的目标。（单位GDP CO2排放）能源和碳排放的压力在增大。同时，IPCC1.5度报告发布，以及巴黎协定实施细则的签署，国内外减排压力不断增大。

从能源禀赋方面考虑，虽然可再生能源比例近年来一直在上涨，但增长速度有限。我国以煤为主的能源结构短期内难以改变。图为2017年我国能源消耗结构，其中煤炭仍占比60%左右。2015年提出的2020年非化石能源和可再生能源占比15%，2030年占比20%的目标。2030年后，CCUS技术有望成为我国从化石能源为主的能源结构向低碳元供能体系转变的重要技术保障，为构建化石能源与可再生能源协同互补的多元供能体系发挥重要作用。

我国是CO2排放大国，政府提出了2030年碳排放达峰的目标，而在达峰之前，我国的碳排放将一直增长。有研究显示，只有在强化政策 CCS的情景下，才能实现2030年碳排放达峰的快速去峰。综合了这几个方面的分析，我国必须大力发展CCUS技术。

综上所述，我国CCUS技术的定位是：作为一项有望实现化石能源大规模低碳利用的新兴技术，是未来减少CO2排放、保障能源安全和实现可持续发展的重要手段。

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2011版路线图中提出了至2030年的我国CCUS技术的发展目标，在更新路线图早期，我们先做了至2015年的初步评估，包括总体目标、捕集、运输、利用、封存等。规模目标基本实现，技术可行性问题基本解决，能耗和成本的下降是实现目标的关键，在此基础上，我们进行了路线图的更新工作。

2013年，碳收集领导人论坛发布了一版CCUS技术发展路线图，其中最突出的一点是它对CCUS技术进行了代际的划分，共分为了三代。其中第三代技术是与一、二代有根本原理区别，能耗和成本可降低50%以上的新技术，由于第三代技术仍然还在概念阶段，很多原理都尚不清楚。因此2019版路线图只考虑了一代和二代技术。

而我国应用一代和二代技术最主要的主体就是燃煤电厂，它是我国CO2最主要的排放源。有研究表明，预计到2050年，我国化石能源占比仍将在50%以上。煤电比例也将上升至80%。在对我国现有燃煤电厂进行分析之后发现，我国燃煤电厂多建于2005-2015年，在能源革命和相关规划里面提出，从2010年到2030年新增发电主要依靠新能源和可再生能源，未来新增电厂将越来越少。2017年发改委和能源局印发的《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》里提出2个50%，到2030年，非化石能源占全部发电量的比重力争达到50%；到2050年，非化石能源占一次能源总消费70%-80%。

假设现有电厂寿命周期为30-40年左右，火电行业将在2035-2045年迎来机组更新高峰。综合考虑火电行业的发展规律和捕集技术的发展趋势，进一步研究指出，根据IEA发布的报告中完成温升不超过2度目标需要182GW电厂的改造，我国CCUS技术最佳窗口期为2030-2035年之间。也就是说2035年前可采用一代技术为主，2035年后应以2代技术改造为主，2035年将是不积极似乎实现代际升级的关键时期。

在2011版路线图和总体愿景的基础上，2019版路线图分别设置了CCUS几个关键技术环节至2025、2030、2035、2040和2050的阶段性目标。

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在设定了我国CCUS技术发展的愿景和阶段性目标之后，路线图中提出了应该优先发展的一些技术和适合早期部署CCUS项目的一些区域。为了克服CCUS技术的高成本问题，加快发展能够产生经济效益的CO2利用技术十分重要；为了克服高能耗问题，捕集技术是整个CCUS技术环节中能耗比例最高的，降低CCUS技术能耗主要是指降低捕集环节能耗，因此要进行新型捕集技术的突破；另外，CCUS全流程系统集成与示范是技术商业化应用发展的必经阶段，可全面掌握CCUS系统整体及各环节的安全风险管控，技术经济性指标实现程度等问题，为商业化应用积累经验。但需准确把握我国重点区域CCUS潜力与源汇条件，因地制宜部署CCUS集成示范项目。

路线图针对我国CCUS技术发展现状的评估，以及对未来发展目标的设置，提出了相应的政策建议。共分为了4个方面。

1.加强新一代CCUS技术的研发，尤其是CO2利用技术的发展；2.积极有序推进早期集成示范，包括了项目的筛选和评估，比如成本较低的排放源结合能够产生经济效益的利用手段，推动全链条示范工程的发展，以及通过规模化效益，在特定区域建立CCUS集群，进一步降低成本；针对早期示范工程，也是要加强行业和政策部门之间的协调以及加大财政方面的支持；3. 推动CCUS产业化政策的研究；4. 加强国际合作与技术转移。在合作过程中，尤其要注意就是我们魏凤老师刚刚分析的内容关于自主知识产权的保护；同时提倡成立由中国主导的CCUS国际合作多边机制，提升我国在CCUS技术领域的话语权。

来源：城市温室气体

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编辑：小颖     审核：摅羽