碳捕集与封存技术的现状与发展分析

碳捕集与封存技术的现状与发展分析

-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 碳捕集与封存技术的现状与发展分析 王虎齐 中国电能成套设备有限公司，北京市安德里北街15号 100011 The Status of Carbon Capture & Storage and development analysis WANG Hu-qi No.15 Andelibei Street Beijing，China

ABSTRACT: Global warming has been more and more serious, carbon capture and storage (CCS) technology in future years will be to solve the greenhouse effect of the main means. Although CCS technology has made good progress, CO2 capture, transportation, storage three links of the development of the technology is very rapid, but still faces many problems, such as the high cost, CO2 leaks problems, lack of awareness. At present CCS technology is still in the early stages of development, whether can be expected as CCS to cope with climate change in the important transitional emission reduction technology and be large scale application will depend on various factors. KEY WORD: Carbon Capture and Storage；High Cost；CO2 Leaks Program；Lack of Awareness

摘要：全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存（CCS）技术在未来的若干年后将成为解决温室效应的最主要手段之一。虽然CCS技术取得了长足的进步，CO2捕集、运输、封存三大环节的各种技术发展都很迅猛，但仍面临着很多问题，如成本高昂、CO2泄露问题、认识不足等。目前CCS 技术仍处于发展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。

关键词：碳捕集与封存；成本高昂；CO2泄露；认识不足

1 前言

1896 年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家阿伦尼乌斯（S.Arrhenius）提出气候变化的科学假设，认为“化石燃料燃烧将会增加大气中的CO2 浓度，从而导致全球变暖”。 2007 年，联

合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第四次评估报告，认为气候变化归因于人类活动所排放的温室气体的可能性超过了90%。2009年12 月《联合国气候变化框架公约》第15 次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根的落幕，将全球温升控制在2℃以内的目标作为全球共识写入《哥本哈根协定》（Copenhagen Accord），至此，全球应对气候变化的任务上升到了前所未有的高度，关于如何快速推广应对气候变化新技术的讨论也趋于白热化。 提高能效、发展替代能源（包括可再生能源和核能）和CCS 技术是最为重要的三种减排手段。根据国际能源署（IEA，International Energy Agency） 的研究，在2℃温升情景下，2020 年、2030 年和2050 年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57% 和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应”逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCS 的减排贡献将从2020 年占总减排量的3% 上升至2030年的10%，并在2050 年将达到19%，详见表1。 表1 各技术减排量占当年能源相关减排量的百分比 年份 技术 2020 2030 2050

提高能效 65 57 54 替代能源 19 23 21 核电 13 10 6 CCS 3 10 19

不仅如此，IEA 在综合分析了各类减排技术的长期减排成本后认为，CCS 技术的使用可降低总减排成本——如果在不采用CCS技术的情况下实现温度控制目标，那么到2050 年总减排成本将比使用CCS 技术增加70%。 2 世界各国CCS项目情况 世界著名工程咨询公司WorleyParsons在一份全球CCS项目现状的分析报告中提到：从世界范围499个CCS相关项目中遴选出275个符合评定标准的项目进行了详细的分析，其中已完成项目34个，计划实施或正在实施的项目213个，取消或推迟项目26个，当地各种原因阻碍未进行的项目2个。这些项目分布在世界各国，其中美国最多，占37%（104个项目），其次是欧盟24%（66个项目），之后是澳大利亚、新西兰和中国，具体情况见图1。 图1 CCS项目在世界范围内分布情况

不同研究机构和企业对CCS的类型的定义不同，在这份报告里，WorleyParsons根据捕集CO2的规模将CCS项目类型划分为

四种，分别是实验室研究项目、试点项目、示范项目、商业运行项目，详见表2。表3指出了213个计划实施或正在实施的CCS项目的情况，其中商业类项目达到了101个，示范类项目63个，试点类项目35个，研究类项目12个，未分类项目2个。 表2 CCS项目类型划分 项目分类 最小规模 备 注 商业 100% 产品完全商业应用

示范 10%~100%（含10%） 产品部分商业应用或出售

试点 5%~10%（含5%） 产品没有商业应用，在小型工厂进行实际烟气处理流程研究

研究 <5% 产品没有商业应用，进行系统设计并模拟烟气处理流程研究

表3 CCS项目分类 未分类 研究 项目 试点 项目 示范 项目 商业 项目 计划中 2 7 24 29 73 正在实施 0 5 11 34 28

由于进行CCS整个技术链的研究在技术

上存在着很大难度，而且投资巨大，因此大多数项目都选择捕集、运输和封存三个环节中的部分技术进行研究，其中59个项目进行了CCS整个技术链的研究，约占28%，而只进行CO2捕集的项目占比最大，约39%（83个项目）。详细情况见图2。 图2 计划或正在实施的CCS项目技术分类情况 目前，国际社会对CCS都显示出了巨大的兴趣，正在开展的CCS项目也很多，其中比较著名的是： （1）美国未来发电计划（FutureGen） 项目原打算在一个260MW的IGCC电厂测试碳捕集技术和CCS系统，目标是将电厂废气减少到近零排放的水平。2008年6月30日美国能源局宣布将重新整合未来煤电计划。美国能源局将只赞助CCS系统，而不再向IGCC电厂投资。 （2）挪威 Sleipner 项目 Sleipner 项目开始于1996 年，是世界上首个将CO2封存在地下咸水深层的商业实例，由挪威国家石油公司运营。该项目每年可封存100万吨CO2。

（3）加拿大Weyburn项目 Weyburn项目始于2000年，位于加拿大Saskatchewan省东南部的Weyburn油田。封存的CO2是从约200英里之外的北达科

他州Beulah的大型煤气化装置中捕集并输送过来的，用于提高油田采收率，目前每年注入的CO2约150万吨。

（4）德国黑泵电厂项目 这是世界上首个能捕集和封存自身所产生的CO2的燃煤电厂，于2008年9月9日由

瑞典瀑布电力公司在德国东北部的施普伦贝格动工建设，电厂装机容量为30MW。 （5）华能-CSIRO燃烧后捕集示范项目 该示范项目由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、中国华能集团公司以及西安热工研究院（TPRI）联合建设。该项目是对华能北京高碑店热电厂进行碳捕集改造，设计CO2回收率大于85%，年回收CO2能力为3000吨。该示范项目已于2008年7月16日正式投产。 （6）华能上海石洞口第二电厂 华能上海石洞口第二电厂碳捕集项目是在其二期新建的两台66万千瓦的超超临界机组上安装碳捕集装置，该装置总投资约1亿元，由西安热工研究院设计制造，处理烟气量为66000Nm3/h，约占单台机组额定工况总烟气量的4%，设计年运行时间为8000小时，年生产食品级CO2 10万吨。该项目已于2009年12月30日投入运营。 （7）中电投重庆合川双槐电厂 中电投重庆合川双槐电厂是在一期两台30 万千瓦的机组上建造碳捕集装置，总投资约1235万元，由中电投远达环保工程有限公司自主研发设计，年处理烟气量为5000万标准立方米，年生产工业级CO2 1万吨。该碳捕集项目于2010年1 月20日投入运营。 （8）中英碳捕集与封存合作项目（NZEC） 中英煤炭利用近零排放合作项目（Near Zero Emissions Coal）旨在应对中国日益增加的燃煤能源生产和二氧化碳（CO2）

排放。英国计划通过三个阶段实现NZEC示范的目标。第一阶段，研究在中国示范和发展CCS技术的可行性方案；第二阶段，进一步开展CCS技术的开发工作；第三阶段，在2014 年之前建成CCS技术示范电厂。 （9）中英煤炭利用近零排放项目（COACH） 中英煤炭利用近零排放项目（Cooperation Action within CCS China-EU）旨在促进中欧碳捕集与封存（CCS）领域的合作。目前中国计划在2010 年之前建造一座具备CO2捕集与封存技术的燃煤电厂，COACH 项目将为这一计划提供必要的技术支持。 （10）绿色煤电计划（Greengen） 绿色煤电计划是中国华能集团公司于2004 年提出的，计划的总体目标是研究开发、示范推广以煤气化制氢、氢气轮机