我国碳捕获与封存(CCS)项目开展面临的问题及建议
摘要:本文是一份综述性研究报告,以国内外专家的研究成果为背景,介绍了CCS技术推广的影响因素,例如成本因素、技术因素等,在此基础上分析了现阶段CCS技术推广所面临的一系列难题,进而提出了对我国推广CCS技术的建议。
关键词:碳捕获与封存(CCS);二氧化碳(CO2);成本
一、引言
为了保护和稳定人类的生存环境,世界各国都在为减少二氧化碳的排放而努力,2009年12月7日到18日,《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议在丹麦首都哥本哈根召开,温家宝在会上说[1]“我国计划到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”。可见目前我国也是非常重视二氧化碳的减排工作,近年来兴起的二氧化碳捕获与封存(CCS)技术成为各国研究的热点和国际社会减少温室气体排放的重要策略。2009年10月29日到30日“中欧煤炭利用近零排放合作项目:第一阶段综合总结会与后续阶段合作展望”在中国首都北京召开,会上欧盟代表、中国政府代表以及各国专家学者就在中国开展CCS项目的可行性研究做了报告,报告指出目前该项目的主要难题是资金和技术方面的困难。国际能源署对这一技术较为看好,并预测说,到2050年,CCS技术可以减少全球20%的碳排放。本文将针对CCS现状、机理以及存在的问题进行综述和分析,进而谈谈对我国开展CCS项目的建议。
二、CCS的概念及机理
碳捕获与封存技术(carbon capture and storage,CCS) 即把工业生产中化石燃料燃烧产生的CO2进行收集并将其安全地存储于地质结构层及其它可以封存CO2的地方,从而达到减少CO2排放、防止气候恶化的目的。
CO2捕集和封存包括三个不同的阶段[5]:一是从电厂中捕集CO2;二是通过管道或油轮运输捕集的CO2;三是在深海底、耗尽的油层气或可开采的煤矿底部储存CO2。CO2捕集的主要方法有燃烧后捕集、富氧捕集和燃烧前捕集,CO2被捕获后,必须对其进行安全、长期的封存,才能最终完成控制CO2进入大气的工作。中国华能集团作为国内最大的发电企业之一,于2007年在国内率先开展了燃煤电厂CO2捕集技术研发与工程示范,并在中国华能北京热电厂建立了国内第一座燃煤电站烟气中CO2捕集示范装置,CO2捕集量为3000～5000吨/年,标志着二氧化碳气体减排技术首次在我国燃煤发电领域得到应用。
三、CCS技术推广的影响因素
(一)成本因素
1、捕集成本
中欧煤炭利用近零排放项目组研究发现二氧化碳的捕集成本为18欧元/吨,减排二氧化碳的成本为22欧元/吨[2]。经项目组评估,捕集和封存二氧化碳的综合成本为25-30欧元/吨[3]。
2、运输成本
捕集的二氧化碳通过管道运输送到封存地点,管道运输一般分为路上管道运输和海上管道运输,陆上管道要比同样规模的海上管道成本高出40%～70%[4]。中欧煤炭利用近零排放项目组研究发现平均化得运输成本为每100公里每吨二氧化碳为12元人民币,或每200公里每吨二氧化碳为26元[3]。清华大学的陈文颖[4]研究发现对于250公里的运距,管道运输CO2的成本一般为1～8美元/吨。
3、封存成本
碳的储存,是指将运送到储存地的二氧化碳注入到诸如地下盐水层、废弃油气田、煤矿等可以储藏二氧化碳的地质结构层中。CO2封存的成本取决于地点以及注射的方法。一般来讲大约每封存1吨CO2需要1～2 美元,封存成本与捕集和运输成本比是很小的[5]。中欧煤炭利用近零排放项目组根据草舍油田一项提高采收率的项目测算,注入设施将耗资2.28亿人民币,得出每封存一吨二氧化碳的平均化成本约为6元人民币[3]。
(二)技术因素
目前CCS项目的进展面临着许多技术难题,CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。从燃煤电厂中捕集二氧化碳要求既能有效的捕集二氧化碳,有要尽可能低的降低能效;二氧化碳的捕集量是比较大的,要想顺利的运输二氧化碳,必须将二氧化碳进行干燥和压缩处理,以节省运输能耗和费用;二氧化碳的封存更是需要相当高的技术标准,既要通过一定的技术手段找到适合二氧化碳封存的地质层,又要保证封存的二氧化碳不会泄露,因为容量巨大的二氧化碳一旦泄露,将对周边生物造成巨大的负面影响;因此二氧化碳从捕集、运输到储存都需要相当高的技术标准。比如CO2的捕集和压缩是CCS系统中消耗成本最大的部分[11],这主要表现为整个电厂效率损失以及更多的能源消耗两个方面。效率损失主要有CO2回收需要的热量和动力以及压缩消耗的能量,要减小效率损失和降低成本,就必须不断开发新技术,世界各国必须加强合作,相互交流,才能使CCS技术尽快成熟起来。
四、CCS项目开展面临的主要问题
(一)经济性还不明确,还不能制定相关法律、政策来支持项目
目前CCS技术对于政府、对于国民来讲都是一个很新的概念,目前各国政府以及各研究组织还没有对相对比较大型的CCS项目进行全面的系统性研究,CCS项目目前更多的是一种展望。中国科技部社会发展司司长马燕合称[6]:“这项技术仍存在大量的相关未决问题,除了减少温室气体排放,大量的能源消耗很令人忧虑,对于该技术的长期环境影响也没有可靠的评估手段。” 因此目前CCS项目在开展过程中,缺少政策、法律等方面的支持,导致CCS技术目前在国内只是一种展望,该项目更多的停留在可行性研究阶段。
(二)CCS的商业模式尚不明确
目前CCS面临的一个关键问题是,发电厂为什么要开展CCS项目,作为发电厂的工作应该的是采煤、发电、供电。而开展CCS项目毫无商业利益可言,或者很少利益,研究表明捕集1吨CO2的运行消耗成本为170元,捕集二氧化碳使得电价成本增加0.139元/(kW•h) ,从而使电厂的上网电价提高了29%[7]。在全球范围内,大多数CCS项目还在规划研究阶段。据澳大利亚全球CCS研究所统计[8],世界上有270个CCS项目,其中70个达到每年封存超过100万吨二氧化碳的商业级规模。然而,真正在运行的商业化项目不超过10个,因此发电厂一般不会主动去开展CCS项目。
(三)推广CCS的成本太高
目前每捕集和封存一吨二氧化碳的成本约为50到90美元[5],而专家们通过对能源经济模型的研究表明,只有当捕集和封存二氧化碳的总成本降到25～30美元/吨时, CCS技术才可能大规模推广[9]。同时中欧煤炭利用近零排放项目组的研究表明,在旧电厂中推广CCS成本太高,甚至无法推广,而目前的经济条件、政策条件以及利益冲突等条件决定了不可能建立更多的新电厂而取缔旧电厂。
(四)没有充足的资源完成一个比较全面的CCS项目
CCS技术项目投资较大, 而且在短期内投资难以回收, 目前开展的一些项目都是由政府提供资金支持下的示范性项目。如果没有政府在立法和税收机制上的激励与优惠措施配套, CCS技术就无法真正进入商业化应用阶段[10]。目前CCS面临的主要难题是缺少资金支持,尽管各国政府都比较重视温室气体的排放和气候的变化,但政府在这方面的投入的资金实在有限,不能很好的完成一个全面的CCS示范项目。
五、对我国推广CCS技术的建议
(一)建立CCS项目专项投资基金
我国已有各种形式基金的发行和管理经验,例如社保基金、证券投资基金以及一些扶农基金等,在开展低碳经济建设方面,我们国家也对碳汇基金的建设进行了积极探索,例如2007年成立的中国绿色碳基金,号召个人和企业购买碳汇,但这不是一种投资基金,只是一种个人或企业对碳汇项目的捐款,因此投资者积极性很低。对于CCS项目的投资基金,目前较为稳妥的做法是积极进行试点,政府出面,通过一个大型的CCS试点项目,吸收各种投资者的资金,在一个项目上全国各地的投资者共同分享利益和承担风险,然后在总结经验的基础上加以推广。
(二)建立CCS项目补偿机制
气候资源或者说生态环境是一种公共资源,由于市场缺位,无法在市场上进行交易。即使存在市场,也不可能把所有愿意购买的人和从事建设的人聚集起来签订合约,其交易成本也会非常之高。因此,可以建立碳汇补偿机制,通过碳汇项目补偿机制来保障CCS项目建设有稳定的资金渠道。
(三)树立典范,号召国有大型企业率先推广CCS项目
CCS目前在国内还没有一个成型的完整项目,政府应该号召国有大型企业首先表现自己的社会责任感,积极投资CCS项目的研究和建设,为全国的企业树立良好的典范,形成一种人人参与节能减排的气氛,进而形成一种文化氛围, CCS项目的推广就不难实施。
(四)整合热电厂
我国目前有从事电力行业的企业近10万家,其中很大一部分是热电厂,从事燃煤发电的电厂占了很大一部分,像华能集团能够推进CCS项目的大型热电厂,少之又少,鉴于目前对CCS项目的研究结果,在小型电厂和旧电厂中很难实施CCS项目,可以将各小型的电厂进行整合或兼并,建立大型电厂,从而增强电厂的资金实力和技术实力,使CCS项目顺利推广。
(五)加强国际间的交流与合作,争取国际投资
我国已加入世界贸易组织,我们应充分利用这个机会。要大力发展、开拓现有多边和双边的外资利用渠道,迄今为止,我国已成为亚洲开发银行的最大受惠国之一,但对世界银行、国际开发协会、国际金融公司等国际金融机构的资金利用显然不足。目前我国在寻求国际金融机构的资金支持方面还有很大潜力可以挖掘,因此吸引扩大国际金融机构的资金支持也是推进我国CCS项目建设的重要手段之一。
参考文献
[1] 温家宝.新华网:中国坚定不移地为应对气候变化作出不懈努力和积极贡献[R].
[EB/OL]https://news.xinhuanet.com/world/2009-12/19/content_12668048_1.htm
[2] 许世森.中欧碳捕集与封存合作项目成果报告[R].2009年9月
[3] 中欧煤炭利用近零排放合作项目总结报告[R].2009年9月
[4] 陈文颖等.CO2收集封存战略及其对我国远期减缓CO2排放的潜在作用[J].环境科学2007(6):1178-1182
[5] 韩玉杰.CO2的捕集和封存技术的现状、前景与挑战[J].应用能源技术.2009 (06):38-40
[6] 葛艾玛.中国推进碳捕获技术的应用-但封存问题仍为一大障碍[N].路透社北京11月4日电
[7] 黄斌,许世森等.燃煤电厂CO2捕集系统的技术与经济分析[J]. 动力工程.2009(09):864-867
[8] 杨玉峰.谈捕集与封存尚待商业化[N].人民日报.2009年10月21日(14版)
[9] Summary Report of IPCC Special Report on Carbon Dioxide Cap2 ture and Storage,IPCC.
[EB/OL].http:∥www.ipcc.ch/activity/ccsspm.pdf,2005.
[10] 李雪静,乔明.二氧化碳捕获与封存技术进展及存在的问题分析[J].中外能源.2008(5):104-106
[11] 胥蕊娜等.电厂中CO2捕集技术的成本及效率[J].清华大学学报(自然科学版).2009(9):103-106。
