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            中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2023)丨附報告原文鏈接

            2023-12-29 11:22:30  來源:碳能新動力

                                                                      中國二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)年度報告(2023)丨附報告原文鏈接
                                原文鏈接:https://file.vogel.com.cn/124/upload/resources/file/421008.pdf
                   二氧化碳捕集利用與封存(CCUS)技術可以實現化石能源大規?沙掷m低碳利用,幫助構建低碳工業體系,同時與生物質或空氣源結合可具有負排放效應,是中國碳中和技術體系不可或缺的重要組成部分。近年來,隨著國際應對氣候變化進程的不斷推進和技術水平的顯著提高,CCUS技術發展的外部條件和內在需求發生了顯著改變。
                  首先,CCUS技術發展需求愈加緊迫。目前,中國面臨的國際減排壓力和國內減排需求與日俱增!堵摵蠂鴼夂蜃兓蚣芄s》第27次締約方大會重申了《巴黎協定》的溫控目標,敦促締約方采取進一步行動減少溫室氣體排放。中國碳中和目標的提出意味著國內碳減排目標由相對減排量向絕對減排量轉變,減排策略由能源雙控向碳排放雙控過渡。持續趨緊的外部約束和落實國家碳達峰碳中和目標的內部需求推動CCUS由戰略儲備技術快速升級為現實解決方案,其技術定位、發展方向和未來部署需要進一步研究。
                其次,CCUS技術的應用場景正在得到進一步拓展。碳達峰碳中和目標下,中國經濟生產和消費方式正在發生系統性變革!吨泄仓醒雵鴦赵宏P于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》指出,到2060年,綠色低碳循環發展的經濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立。要完成這一任務不僅需要化石能源電力系統的近零排放,還需要工業過程的深度減排,以及利用負排放技術來抵消難以削減的剩余溫室氣體,CCUS技術的應用場景得到進一步明確。再次,CCUS新技術、新項目不斷涌現并實現突破。隨著CCUS技術的進步和示范項目的推進,低成本、低能耗的新一代捕集技術呈現快速發展態勢,正由中試逐漸向工業示范過渡,CCUS技術新思路不斷涌現并得到驗證。CCUS示范項目正逐步從單一環節的技術應用過渡到全流程多環節的綜合性集成應用,示范規模持續擴大、應用場景明顯增多。隨著CO2利用技術種類的增加,CO2工業應用逐漸形成產業新業態,CCUS技術與社會經濟發展的聯系越來越緊密。
                 *后,CCUS公眾認可度進一步提升。隨著碳達峰碳中和目標的提出和全球CCUS示范不斷發展成熟,公眾對CCUS技術的認知和接受程度顯著提升。全球碳捕集與封存研究院(GCCSI)于2022年發布的《全球碳捕集與封存現狀2022》報告指出,當前全球共有196個CCUS商業設施,總捕集能力超過2.4億噸CO2/年,較2021年新增了61個正在籌備中的CCUS項目。示范項目的成功及風險監測技術水平的提高,促進了公眾對CCUS風險的科學認知,有效提高了公眾對CCUS技術的接受度。在密切跟蹤國內外CCUS技術發展前沿和實時總結中國示范項目*新情況的基礎上,本報告系統分析了碳達峰碳中和目標下中國CCUS技術需求,總結了近年來CCUS技術、項目和政策發展的主要趨勢及挑戰,并提出了相關建議。
                 一、CCUS支撐碳達峰碳中和目標實現
                 1.1碳達峰碳中和目標下的CCUS技術
                 在新的應用場景與深度減排需求下,CCUS技術的內涵和外延不斷豐富與拓展。捕集源由傳統的能源/工業設施,逐步拓展至生物質和空氣等中性碳源,由此形成的生物質能碳捕集與封存(BECCS)和直接空氣捕集(DAC)技術已經成為實現氣候目標的必要手段和CCUS技術的重要組成。BECCS技術是指將生物質燃燒或轉化過程中產生的CO2進行捕集、利用或封存的過程。DAC技術是指從大氣中直接捕集CO2,并將其利用或封存的過程。與此同時,CCUS技術正在被重新定位。2019年,《中國碳捕集利用與封存技術發展路線圖(2019版)》將CCUS技術定位為“可實現化石能源大規模低碳利用的戰略儲備技術”。如今隨著應用場景的拓展,CCUS技術已經成為中國碳中和技術體系的重要組成部分,是化石能源近零排放的唯一技術選擇、鋼鐵水泥等難減排.行業深度脫碳的可行技術方案、未來支撐碳循環利用的主要技術手段。同時,BECCS和DAC等負排放技術還可以移除已經存在于大氣中的溫室氣體(也稱為碳移除技術),為未來實現碳中和目標提供托底技術保證。


                   1.2 CCUS技術體系
                  CCUS技術體系涵蓋CO2捕集技術、運輸技術、利用技術以及地質封存技術。隨著技術推陳出新,這一技術體系正在逐步完善和豐富。CO2捕集技術正在由第.一代向第二代過渡,第三代技術也開始嶄露頭角。第.一代捕集技術是指現階段已完成工程示范并投入商業運行的技術,如傳統的燃燒后化學吸收技術、燃燒前物理吸收技術等。第二代捕集技術是指能夠在2025年進行商業部署的捕集技術,如基于新型吸收劑的化學吸收技術、化學吸附技術等。第三代捕集技術又稱變革性技術,是指能夠在2035年開始投入商業運行的技術,如化學鏈燃燒技術等。CO2運輸技術正由傳統的罐車和船舶運輸向陸上管道和海底管道運輸發展。中國CO2輸送管道在輸量、管徑、距離等方面呈現規;厔,管輸規模突破百萬噸,管輸壓力邁入超臨界范圍,管輸經濟優勢日漸明顯。CO2利用技術正在由較早的CO2地質利用實現能源資源增采,如CO2強化石油開采(CO2-EOR)、強化煤層氣開采(CO2-ECBM)等,向CO2化工利用和生物利用拓展,逐步實現高附加值化學品合成、生物產品轉化等綠色碳源利用方式。CO2封存技術按照地質封存體的不同,可分為陸上咸水層封存、海上咸水層封存、枯竭油氣田封存等。近年來,中國部分企業開始探索離岸封存的可行性,為未來沿海地區CO2大規模封存探路。除上述CCUS技術環節外,CCUS框架內的技術耦合集成形成了若干新興的技術概念,如CO2捕集-轉化一體化、CO2捕集- 礦化一體化等。這些技術能夠在不同尺度實現能量集約利用,進而降低CCUS技術的減排成本。
                   1.3 CCUS技術減排需求與潛力
                   (1)各行業CCUS減排需求。綜合分析CCUS技術在全行業的應用及其未來減排需求,預測碳達峰碳中和目標下中國CCUS減排需求為:2025年約為2400萬噸/年(1400~3100萬噸/年),2030年將增長到近1億噸/年(0.58~1.47億噸/年),2040年預計達到10億噸/年左右(8.85~11.96億噸/年),2050年將超過20億噸/年(18.7~22.45億噸/年),2060年約為23.5億噸/年(21.1~25.3億噸/年)。分行業看,考慮到中國目前的發電裝機容量和能源安全的硬約束,火電行業將是CCUS的應用重點,預計2060年可通過CCUS實現約10億噸/年的CO2減排量;鋼鐵、水泥、化工等行業在提高生產效率和達到生產峰值后將仍有部分CO2需要通過CCUS實現減排;到碳中和前夕,國內仍將有一部分溫室氣體排放無法通過常規技術手段完成減排,BECCS、DAC技術預計將貢獻5~8億噸/年的CO2移除量。
                  (2)源匯匹配潛力。中國理論CO2地質封存容量約為1.21~4.13萬億噸,主要包括咸水層、油氣田等地質構造。中國油田主要集中于松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地和準噶爾盆地,已探明油田可封存約200億噸CO2,其中適宜封存的油藏容量約50億噸CO2。中國氣藏主要分布于鄂爾多斯盆地、四川盆地、渤海灣盆地和塔里木盆地,中國已探明氣藏*終可封存約150億噸CO2。深部咸水層的封存容量為0.16~2.42萬億噸,塔里木盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地、珠江口盆地等大中型沉積盆地,封存容量較大,封存條件相對較好。
                  二、中國CCUS發展現狀
                  2.1 中國CCUS技術發展水平
                  近年來,中國CCUS各環節技術取得顯著進展,具備了CO2大規模捕集、管道輸送、利用與封存系統設計能力和近期實現規;瘧玫幕A。但是,各環節技術發展并不均衡,與規;虡I應用仍存在不同程度的差距。CO2捕集技術發展存在明顯代際差異。第.一代捕集技術中,燃燒前物理吸收技術發展比較成熟,已經處于商業應用階段,與國際先進水平同步;燃燒后化學吸收技術在國際上已經處于商業應用階段,中國還處于工業示范階段。第二代和第三代捕集技術發展相對滯后,增壓富氧燃燒和化學鏈燃燒技術在國內外均處于中試及以下階段。同時,中國在BECCS和DAC等負排放技術領域積極開展了有益探索。其中,浙江大學和上海交通大學在DAC領域高性能吸附劑、吸收材料制備等關鍵技術研發方面取得了一定成果。在CO2輸送方面,公路罐車和內河船舶運輸技術均已開展商業化應用。罐車和內河船舶運輸主要應用于規模10萬噸/年以下的CO2輸送。中國已投運的CCUS示范項目多數規模較小,大多采用罐車運輸。CO2船運屬于液化氣體船舶運輸技術,中國已具備這類船舶的制造能力,華東油氣田和麗水氣田的部分CO2通過船舶運輸。CO2管道運輸的潛力*大,中國已經陸續開展了一些工程實踐,中石化集團齊魯石化-勝利油田項目已經建成百萬噸級陸上CO2運輸管道,全長109公里,設計*大輸量170萬噸CO2/年。海底管道輸送成本比陸上管道高40%~70%,在中國尚處于基礎研究階段。中國CO2化學和生物利用技術與國際發展水平基本同步,整體上處于工業示范階段。在制備高附加值化學品方面,CO2重整制備合成氣和甲醇技術較為領先。中國科學院大連化學物理研究所和中國中煤能源集團有限公司在內蒙古鄂爾多斯立項開展10萬噸/年CO2加氫制甲醇工業化項目。CO2合成化學材料技術已實現工業示范,如合成有機碳酸酯、可降解聚合物和氰酸酯/聚氨酯,以及制備聚碳酸酯/聚酯材料等。在CO2礦化利用方面,鋼渣和磷石膏礦化利用技術已接近商業應用水平。包鋼集團開展了碳化法鋼渣綜合利用產業化項目,利用CO2與鋼渣生產高純碳酸鈣,每年可利用鋼渣10萬噸,成為全球首套固廢與CO2礦化綜合利用項目。在CO2地質利用方面,中國CO2-EOR和CO2地浸采鈾技術發展水平較高,已接近或達到商業應用水平;強化深部咸水開采技術已完成先導性試驗研究,與國外發展水平相當;強化天然氣、頁巖氣開采,置換水合物等技術與國際先進水平仍存在一定差距,目前尚處于基礎研究階段。
                 在封存方面,繼國家能源投資集團鄂爾多斯示范項目之后,中國海油在恩平15-1海上石油生產平臺建設完成了中國首個海上CO2封存示范工程項目,預計高峰期每年可封存30萬噸CO2。在CCUS系統集成優化方面,國內技術發展仍與國際水平存在明顯差距。國外CCUS集成優化技術已普遍進入商業化應用階段,而國內大規模全鏈條示范經驗不足,特別是在管網優化和集群樞紐方面,相關技術目前僅達到中試階段。


                   2.2相關政策
                  隨著碳達峰碳中和“ 1+N”政策體系的建立,CCUS政策體系也初具雛形。據不完全統計,截至2022年底,中共中央和國務院已發布70余項CCUS相關的政策文件,涉及規劃、標準、路線圖、技術目錄等。2021年,CCUS技術被首次寫入中國經濟社會發展綱領性文件《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》。隨后,《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》《2030年前碳達峰行動方案》,以及各部委和地方政府出臺的碳達峰碳中和相關政策文件,均對CCUS技術研發、標準和融資等方面做出了積極部署。
                  一是政策工具類型愈加豐富。多數政策重點支持CCUS技術研發與示范,與此同時涉及技術標準、投融資方面的政策條款逐漸增多!稓夂蛲度谫Y試點方案》《綠色債券支持項目目錄(2021年版)》等投融資政策均包含了CCUS相關技術;《國家標準化發展綱要》《科技支撐碳達峰碳中和實施方案》《關于加快建立統一規范的碳排放統計核算體系實施方案》均提出完善和推動CCUS技術標準體系和相關研究工作。
                   二是CCUS技術行業應用受到更多重視,逐步從電力、油氣等行業擴展至難減排工業行業,引起更廣泛的政策重視與實踐應用!陡吆哪苄袠I重點領域節能降碳改造升級實施指南(2022年版)》《工業領域碳達峰實施方案》《減污降碳協同增效實施方案》等均對鋼鐵、水泥等難減排工業行業提出了CCUS技術應用目標。
                  三是地方政府加強對CCUS技術發展支持,省級碳達峰碳中和政策文件強化CCUS技術部署。截至2022年底,已有十余個省、直轄市、自治區發布了碳達峰碳中和相關意見或工作方案,結合區域特點從不同角度對CCUS技術研發與推廣進行了部署。
                   三、挑戰與建議
                   3.1中國CCUS發展面臨的挑戰
                   碳達峰碳中和目標對中國CCUS技術發展提出了新的要求。盡管中國CCUS技術發展迅速,但當前階段仍舊面臨應用成本高昂、有效商業模式欠缺、激勵和監管措施不足、源匯匹配困難等多方面挑戰,距離大規模商業化運行仍有一段距離。
                   一是技術成本高。CCUS技術減排成本相對較高,與其他技術競爭優勢不明顯,經濟社會尚未做好大宗商品價格上浮的準備,制約CCUS技術推廣應用。加裝和運行CCUS的高成本對電力、鋼鐵、水泥等行業造成較大壓力。以煤電行業為例,加裝CCUS設施的燃煤電廠發電效率會降低20~30%,發電成本升高約60%。
                  二是技術需求緊迫。CCUS技術的發展在時間上面臨技術鎖定風險,F役燃煤電廠、水泥廠、鋼鐵廠等高排放行業設備服役時間較短,強制退役將引起大量資產擱淺,金額可達3.1~7.2萬億元。為避免巨額資產擱淺和保證足夠的資本回收時間,2030年后大量電力與工業基礎設施的CCUS技術改造需求將迅速增加。為避免技術鎖定,需加快技術研發和迭代升級,保證成本能耗較低的新一代CO2捕集技術能夠在窗口期廣泛部署應用,發揮減排效益。
                 三是商業模式欠缺。與國際上擁有豐富CCUS應用經驗的國家和地區相比,中國的相關政策還有待完善,商業模式還有待開發。國際經驗表明,政府通過金融補貼、專項財稅、強制性約束、碳定價機制等手段支持CCUS,能提高企業積極性,推動技術商業化。同時,國家出臺相應監管措施,可以明確CCUS項目開發過程中的權、責、利劃分,提高企業長期運營的積極性,打消公眾對CCUS項目安全性和環境影響的顧慮。
                  四是源匯匹配不佳。中國大規模排放源主要位于東部沿海地區,化石能源資源主要分布在中西部,而適合封存的盆地主要分布在東北和西北地區。在沒有全國性管網系統支撐的情況下,這種分布空間差異造成的源匯不匹配問題,極.大限制了中國潛在CO2封存容量的實際利用。而全國性管網系統的構建又面臨政策、管理、經濟性等多方面約束,從國家層面統籌推進將有利于破解源匯匹配不佳的難題。
                  3.2政策建議與未來展望
                   為發揮CCUS技術在中國實現碳達峰碳中和目標中的關鍵作用,應進一步從碳中和技術體系構建、重點技術研發攻關、法規標準體系完善、針對性激勵機制、國際合作共享等方面統籌考慮。
                   一是將CCUS作為碳中和技術體系的重要組成部分,納入國家實現碳達峰碳中和目標路線圖、施工圖。CCUS技術發展需要立足中國能源結構和化石能源資源稟賦基本國情,加強統籌規劃布局。明確中國實現碳中和目標不同階段的CCUS技術戰略定位,將其納入國家實現碳中和目標重大戰略中進行統籌考慮。盡快組織研究制訂CCUS中長期發展規劃和科技發展專項規劃,明確國家牽頭部門,強化部門分工和協同。結合碳中和目標下的具體應用場景,開展精細化的CCUS技術潛力和發展趨勢評估。
                  二是構建面向碳中和目標的CCUS技術體系,加快推進超前部署技術研發和大規模集成示范。明確碳中和目標下CCUS技術需求,加快部署各環節低成本、低能耗關鍵技術研發,加快難減排.行業的CCUS技術示范。超前部署前沿和顛覆性CCUS技術驗證,以及BECCS、DAC等負排放技術研發示范,在源匯相對集中區域超前開展CO2管網基礎設施建設。建設規;疌CUS全產業鏈技術研發平臺,形成國家級CCUS技術創新策源地。開展大規模全鏈條集成示范工程,爭取在“十四五”期間建成3~5個百萬噸級CCUS全鏈條示范項目,在2030年前建成千萬噸級CCUS產業集群。
                   三是制定完善相關制度法規和標準體系,推進能力建設。制定CCUS行業規范、制度法規以及科學合理的建設、運營、監管、終止標準體系。明確和完善在役電廠及工業排放源改造的技術適用性標準、新建電廠的碳排放標準、輸送管道的設計及安全標準,以及CO2利用和封存的技術和工業標準。優化CCUS協同創新平臺與人才隊伍建設,通過CCUS產業創新聯盟、CCUS青年學者計劃等平臺,推動CCUS技術研發與人才培養。
                   四是探索CCUS激勵機制,引導形成各主體有效參與的商業模式。開發構建面向CCUS全鏈條的國家核證自愿減排量(CCER)核算方法學和監測方法學,探索將CCUS納入碳交易市場,引導開展跨行業、跨企業的CCUS技術示范合作,推動CCUS產業集群發展。通過減免采油特殊收益金、對部署CCUS的電廠優先分配發電量和進行綠色電力認證等適合中國國情的政策性激勵手段,以及設立CCUS專項基金等方式打通CCUS產業低成本投融資渠道,同時鼓勵CCUS各技術環節的利益相關方通力合作,促進形成適合中國國情的有效商業模式。
                  五是深化CCUS領域國際合作與交流。深化中歐、中美、中英、中澳等應對氣候變化合作,帶動低碳技術和產業發展。深化CCUS知識共享和技術轉移。繼續深度參與清潔能源部長級會議、碳收集領導人論壇等多邊機制,與國際能源署等國際機構保持良好合作關系,分享中國應對氣候變化的經驗與實踐。編制和發布CCUS領域知識產品,組織CCUS國際論壇和知識技能培訓班,增強中國應對氣候變化領域影響力。進一步加強能力建設,推動國內外高校、科研院所和企業不同層面的CCUS交流合作。

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            劉玉泉
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