我国碳捕集利用与封存技术发展研究 - 副本.docx

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1、一、前言二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)指将CO2从能源利用、工业过程等排放源或空气中捕集分离，通过罐车、管道、船舶等输送到适宜的场地加以利用或封存(见图1),最终实现CO2减排的技术手段，是我国实现碳达峰、碳中和目标技术组合不可或缺的重要构成部分。CCUS技术不仅可以实现化石能源利用近零排放，促进钢铁、水泥等难减排行业的深度减排，而且在碳约束条件下增强电力系统灵活性、保障电力安全稳定供应、抵消难减排的CO2和非二氧化碳温室气体排放、最终实现碳中和目标等方面具有重要意义。图1CCUS技术示意图近年来，我国高度重视CCUS技术发展，相关技术成熟度快速提高，系列示范项目落地运行，呈现出新技术不断

2、涌现、效率持续提高、能耗成本逐步降低的发展态势。与此同时，CCUS技术的内涵和外延进一步丰富和拓展。“十四五”规划和2035年远景目标纲要明确将CCUS技术作为重大示范项目进行引导支持，未来CCUS技术在我国实现碳中和目标、保障国家能源安全、促进经济社会发展全面绿色转型、推进生态文明建设的过程中将会发挥更为重要的作用。中国碳捕集利用与封存技术发展路线图中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)对我国CCUS技术现状进行了总结与梳理，提出了政策建议与发展路径。第三次气候变化国家评估报告中国二氧化碳利用技术评估报告从技术角度阐述了CO,利用技术的成熟度、减排潜力和发展趋势。国际能源

3、署、政府间气候变化专门委员会(IPCC)对CCUS在全球范围内的减排潜力进行了评估，2070年全球要实现近零排放，CCUS技术累积减排约15%的排放量；2100年要实现1.5温升控制目标，全球CCUS累积减排5.5X10,1.01710,2tCO2。在碳中和情景下，2060年我国CCUS捕集量可达约1.6XlO9tCO20近期，全球CCUS研究院对世界CCUS设施现状与发展趋势进行了梳理，国内部分示范工程被纳入其中；但有关我国CCUS技术示范的整体情况仍待全面梳理。针对于此，本文对截至2021年7月我国己投运和建设中的CCUS示范项目进行系统调研，立足经济社会发展的基本国情和应对气候变化的战略

4、需求，总结我国CCUS技术水平、示范工程进展、成本效益现状、减排潜力态势；进一步开展中外CCUS技术发展比较分析,评价我国CCUS技术发展情况,据此提出“双碳”目标下CCUS技术发展的对策建议。二、我国CCUS技术的发展现状“十一五”时期以来，国家自然科学基金、973计划、863计划、国家重点研发计划等科技计划持续支持CCUS技术研发，通过加强基础研究、关键技术攻关、项目集成示范，CO,捕集、运输、利用、封存等各技术环节发展迅速，取得了系列成果。尤其是燃烧前捕集、运输、化工利用、强化深部咸水开采与封存、集成优化类的技术近十年来发展迅速。与国际对比分析表明（见图2）,我国CCUS技术与国际先进水

5、平整体相当，但捕集、运输、封存环节的个别关键技术及商业化集成水平有所滞后。图2国内外CCUS各环节主要技术的发展水平注：概念阶段表示提出概念和应用设想：基础研究表示完成实验室环境卜的部件或小型系统的功能验证：中试阶段表示完成中等规模全流程装置的试验：工业示范表示4个工业规模的全流程装置正在运行或者完成试验；商业应用表示5个以上工业规模正在或者完成运行。Cft捕集技术指利用吸收、吸附、膜分离、低温分储、富氧燃烧等方式将不同排放源的COa进行分离和富集的过程，是CCUS技术发展的基础和前提。现阶段，我国第一代捕集技术研究取得了显著进展，大部分技术己从概念或基础研究阶段发展到工业示范水平，部分技术已

6、经具备商业化应用能力，但大规模系统集成优化缺乏工程经验；第二代捕集技术处于实验室研发或小试阶段。我国燃烧前捕集技术发展比较成熟，整体上处于工业示范阶段，与国际先进水平同步；燃烧后捕集技术处于中试或工业示范阶段，相比国际先进水平发展有所滞后，特别是对于目前C(I捕集潜力最大的燃烧后化学吸收法，国际上已经处于商业化应用阶段，我国仍停留在工业示范阶段。富氧燃烧技术方面国内外均处于中试阶段，整体发展较为缓慢，尤其是增压富氧燃烧技术仍处于基础研究阶段。随着第二代低成本捕集技术的不断发展成熟，成本与能耗将明显低于第一代捕集技术；为了进一步降低co,捕集成本，捕集技术的代际更替应加快推进。运输指将捕集的CO

7、a运送到可利用或封存场地的过程，主要包括罐车、船舶、管道运输等方式。通常小规模和短距离运输考虑选用罐车，长距离规模化运输或CCUS产业集群优先考虑管道运输。在我国，罐车和船舶运输技术都已开展商业应用，与国际先进水平同步，而输送潜力最大的管道运输技术刚开展相关示范，相比处于商业应用阶段的国际水平差距显著。Cft生物与化工利用技术指利用CoI的不同理化特征,生产具有商业价值的产品并实现减排的过程。国内外技术发展水平基本同步，整体上处于工业示范阶段。近十年来，各项生物与化工利用技术均有所发展，尤其是部分化工利用技术进展显著；发展水平最高的是利用COJ合成化学材料技术，如合成有机碳酸酯、可降解聚合物及

8、氟酸酯/聚氨酯，制备聚碳酸酯/聚酯材料等。Ca地质利用与封存技术指通过工程技术手段将捕集的COj进行地质利用或注入深部地质储层，实现与大气长期隔绝的技术，封存方式分为陆上和离岸两种。在地质利用与封存方面，国内外各项技术发展水平参差不齐。从全球范围看，强化采油和浸采采矿技术发展较快，己开始商业化应用；其余技术中，除强化深部咸水开采与封存技术正在开展工业示范以外，其他技术均处在中试及以下阶段。我国地质利用与封存技术在近十年均有所发展，尤其是强化深部咸水开采技术己从概念阶段发展到工业示范水平，但仍整体落后于世界先进水平；尽管驱替煤层气技术略处于领先状态，但经济效益较好的C0,强化采油技术(C(I1.

9、EOR)在我国仍处于工业示范阶段，相比进入商业化应用阶段的国际水平差距明显。在CCUS集成优化技术方面，近十年我国取得了较大的进步。国外CCUS集成优化技术已普遍处于商业化应用阶段，相比之下我国有关技术发展仍显落后，尤其是管网优化和集群枢纽两类技术仅处在中试阶段。上述各环节的关键技术发展水平不足以支撑我国CCUS集成耦合与优化技术研究，制约了我国CCUS大规模示范工程的开展，而大规模全链条集成示范项目的缺失又进一步限制了集成优化技术的提升。三、我国CCUS技术的示范工程进展根据科学技术部向全国征集CCUS示范项目的统计结果，自2004年我国第一个CCUS示范项目在山西投运以来，己投运和建设中的

10、CCUS示范项目共有49个，集中在华东和华北地区；已建成的38个CCUS示范项目，累计注入封存CO2超过2X10t,形成CO2捕集能力2.96X10t/a、注入能力1.21X101tao从技术环节分布看，捕集类、化工与生物利用类、地质利用与封存类示范项目的占比分别为39%（15个）、24%（9个）、37%（14个）。在15个捕集类示范项目中，中低浓度排放源C0,捕集项目有14个，高浓度排放源捕集项目仅有1个。从行业分布看，主要工业行业均有涉及，覆盖电力、煤化工、石油化工、水泥、钢铁等领域。在15个捕集类项目中，11个来自电力行业，3个来自水泥行业，1个来自煤化工行业（见图3）O地质利用与封存技

11、术的驱油类项目通常与化工行业结合，13个项目中有5个来自煤化工行业,2个来自石油化工。钢铁行业的CCUS示范项目处于起步阶段，2020年在西昌投运的C02矿化脱硫渣关键技术与万吨级工业试验项目对钢铁企业烧结烟气进行捕集并矿化利用O示范项目技术环6分布生物利用、化工捕集类项“行业分布4煤化工2%图3我国CCUS技术环节及细分的捕集源行业分布情况从整体规模看，虽然目前已投运项目规模普遍较小，但是我国正在规划的项目规模逐渐增大。在已投运的CCUS示范项目中，29个在10万吨级及以下，仅有中国石油化工集团有限公司中原石油勘探局的C0,埋存驱油、中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司的CO-EOR两个

12、示范项目在50万吨级及以上，尚无百万吨级项目。2021年7月，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司的CCUS全流程示范项目启动建设，预计2021年年底投运，将成为我国首个年捕集封存C（I百万吨以上项目；国家能源投资集团有限责任公司泰州发电有限公司的50万吨级碳捕集与资源化利用项目、新疆哈密百万吨级C0.捕集与驱油项目处于筹备建设阶段。值得指出的是，部分项目建成后并未持续投入运行，而是处于停运或间歇运行的状态。目前CCUS示范项目成本高、收益低，有能力维持运营的项目主要来自大型国有企业或少数几个拥有相关产业链的大型企业。目前，全球CCUS项目发展迅速，截至2021年9月规划、在建和运行中的商业

13、化CCUS设施的数量达到135个，比2020年增加一倍以上，全部建成后每年可捕集C（I约1.5X10”to相关设施的单体捕集量呈现增加趋势，数个项目超过百万吨级;CCUS的产业集群化发展趋势明显，促进了项目成本降低。与国际先进水平相比，我国CCUS技术在大规模示范项目的整体规模、集成程度、离岸封存、工业应用等方面存在较大差距。一是大规模商业化示范项目较少。全球处于建设阶段或运行阶段的大规模CCUS项目共有31个，分布在美国（13个）、中国（5个）、加拿大（4个）、欧洲（4个）、中东（3个）、澳大利亚（1个）、巴西（1个）；2021年新建了多个千万吨级CCUS产业集群,其中最大的是“休斯顿航道C

14、CUS创新区”，旨在利用多个CCUS工业碳源并在墨西哥湾近海地层每年封存1X10,tCO.；处于开发后期或运行中的CCUS产业集群数量达到24个，分布在美国（6个）、英国（6个）、荷兰（4个）、希腊（1个）、挪威（1个）、丹麦（1个）、加拿大（1个）、中国（1个）、中东（1个）、澳大利亚（1个）、巴西（1个）。CCUS产业集群体现了规模经济效应，通过提高压缩、脱水、管道和封存规模来大幅降低碳减排的单位成本。我国新疆CCUS产业中心计划建设规模为2XIO5310htC0ao二是尚未开展百万吨级全流程集成示范。目前，国内多数项目都是针对CCUS单一技术环节，与拥有多个全流程CCUS技术示范项目经验

15、的发达国家相比差距明显。截至2021年10月，美国在建和运行中的百万吨级以上的商业化全流程集成运营设施有5个，加拿大有3个；美国、英国、荷兰、挪威、阿联酋等国家建设的CCUS产业集群，不仅重视CCUS全链条技术环节的集成，而且通常涉及电力、石油、钢铁等多个工业行业，统筹考虑跨产业的协同发展。三是CO1离岸封存技术示范滞后。我国目前还没有海底封存示范项目运行和建设。截至2021年，挪威、美国、巴西、日本等国家都已开展不同规模的离岸封存示范项目，全球海底封存量累计超过了2.5X10tCO.；挪威政府近期批准的长船项目，将从垃圾焚烧厂和水泥厂捕集的C0.运输到北海近海地下的封存地点进行永久封存，初期

16、每年可注入和封存1.5X10,tC0,o四是工业难减排领域的CCUS技术示范基础薄弱。国内已有的CCUS示范项目行业分布不均衡，多数应用于电力、化工行业，没有长期稳定运行的水泥、钢铁行业大规模一体化示范项目。多个国家已经开始开展钢铁、水泥等难减排工业领域的大型示范项目。例如，阿联酋AlReyadahCCUS项目从钢铁厂排放的烟气中捕集CO2并用于强化石油开采，构成了该国CCUS大型网络枢纽的一部分,每年捕集、运输和注入8IO5tCO20四、我国CCUS技术的成本与效益（一）CCUS技术成本已投运CCUS示范项目净减排成本统计显示，我国CCUS技术推广依然面临高能耗、高成本的挑战。CCUS技术的能耗及成本因排放源类型及co.浓度不同有明显差异，通常co,浓度越高，捕集能耗和成本越低，CCUS减排技术的CO2避免成本越低。在已投运的CCUS示范项目中（见图4）,水泥行业受到技术成熟度