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136 6048 9419一、行业概述
CCUS是英文Carbon Capture,Utilization and Storage的缩写,是碳捕集利用与封存的简称,指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程。按技术流程,CCUS可分为捕集、输送、利用与封存等环节。根据碳源捕获与燃烧过程的先后顺序,可将CCUS技术分为燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧、空气捕集。CO₂捕集是CCUS系统中能耗与成本产生最高的环节,捕集部分的成本占总成本的三分之二甚至更多,提高捕集效率、降低捕集成本是目前碳捕集技术的主要研发方向。
碳捕集与封存(CCS)是指将CO2从工业排放源中分离后直接加以封存,以实现CO2减排的工业过程。现代意义的CO2捕集、运输与封存作为减少人为排放CO2的概念,最早是由意大利学者Marchetti提出。1996年开始的挪威Sleipner CCS项目和2000年开始的IEA温室气体研究与开发计划机构(IEAGHG)Weyburn-Midale CO2监测与封存项目(简称Weyburn项目),则是国际上最早开展的对人为排放CO2进行大规模捕集、利用与封存的示范项目。Sleipner CCS项目是科学研究及大规模商业化示范项目。
CCUS则是在CCS基础上添加了碳利用过程,延展了碳产业链条,更具有商业价值。CCUS理念是随着对CCS技术认识的不断深化,在中美两国的大力倡导下形成的,是将“碳负债”转化为“碳收益”的主要技术之一,具有社会效益与经济效益“双赢”特性,已获得国际社会的普遍认同。
从全球来看,CCUS-EOR项目主要在美国、加拿大等国家率先开展,特别是美国自20世纪50年代开始CCUS-EOR项目研究后,目前已具备成熟的CCUS-EOR工业体系。本世纪以来,美国、加拿大、澳大利亚、日本及阿联酋等国家加速推进CO2捕集项目的工业化。2014年,加拿大SaskPower公司的Boundary Dam Power项目成为全球第一个成功应用于发电厂CO2捕集项目,2019年该项目捕集CO2达61.6万吨。2015年,加拿大Quest项目将合成原油制氢过程中产生的CO2成功注入咸水层封存,每年CO2捕集能力达100万吨/年。
从国内技术发展情况看,我国CCUS-EOR研究起步较早,石油企业及有关院校早在20世纪60年代就开始探索CO2驱油技术,但因气源、机理认识、装备等问题使产业化发展滞后。进入21世纪以来,国家和石油企业相继设立CCUS-EOR重大科技攻关和示范工程项目,大大推动了关键技术的突破和矿场试验的成功。2019年科技部再次更新了CCUS技术发展路线图,总体愿景是构建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技术体系和产业集群,为化石能源低碳化利用提供技术选择,为应对气候变化提供技术保障,为经济社会可持续发展提供技术支撑。
科技部编写的CCUS技术发展路线图中,将CCUS技术定位为“可实现化石能源大规模低碳利用的战略储备技术”。这意味着,随着应用场景的拓展,CCUS技术已经成为我国碳中和技术体系的重要组成部分,是化石能源近零排放的唯一技术选择、钢铁水泥等难减排行业深度脱碳的可行技术方案、未来支撑碳循环利用的主要技术手段。2021年,CCUS技术更是被首次写入中国经济社会发展纲领性文件《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》。在此纲领指导下,近几年来,在党中央、各部委和地方政府出台的碳达峰碳中和相关政策文件中,均对CCUS技术研发、标准和融资等方面做出了积极部署。据不完全统计,截至 2022 年底,我国已发布 70 余项 CCUS 相关的政策文件,涉及规划、标准、路线图、技术目录等。这说明,我国CCUS 政策体系也已初具雏形,从不同角度对CCUS技术研发与推广进行了部署,不断推动国内CCUS技术标准体系和相关研究工作完善推进,为我国CCUS技术行业发展提供强有力政策支持。
二、CCUS技术发展现状
从全球范围来看,目前CCUS的发展和应用方兴未艾,但随着中欧、南欧、中东和东南亚地区相继宣布开展CCUS项目建设计划以来,各国都加快了CCUS项目布局。全球CCUS项目的数量和规模迅速增加,特别是2020年以来,碳捕集能力年均增长在60%左右。截至2023年7月,全球共计已有392个大型CCUS项目,年捕集能力达到3.61亿吨。从地域、国家分布情况看,目前全球碳捕集能力主要集中在美国等北美洲国家,其中仅美国占全球总量的比例就高达44.7%;此外则是巴西占比达49%。
2023年12月13日,《联合国气候变化框架公约》第二十八次缔约方大会闭幕,近200个缔约方代表达成了气候变化领域的“阿联酋共识”,明确提出各国要“以公正、有序和公平的方式,在能源系统中转型摆脱化石燃料”。其中,加快发展零排放和低排放技术,包括碳捕集和碳储存技术在内的减排技术,被再次强调,为CCUS产业提供了更多发展机遇和广阔的发展前景。
从国内CCUS技术发展应用情况分析,近年来,我国CCUS示范工程建设发展迅速,数量和规模均有显著增加,更多行业和领域开展CCUS技术应用,推动能耗成本持续下降。据不完全统计,截至2023年9月底,我国投运和规划建设中的CCUS示范项目达109个,具备CO2捕集能力已达600万吨/年,注入能力400万吨/年,分别较2023年底提升了50%和100%左右。
三、发展趋势
1、政策效能加速释放,CCUS产业生态建设日益完善
我国CCUS产业发展面临多个挑战。首先,成本高、能耗高、效益差的问题依然存在,亟须加强CCUS全技术链创新,突破捕集和利用的理论和技术瓶颈,加快低浓度排放源的低能耗、低成本捕集技术研发。排放浓度小于15%的低浓度排放源,二氧化碳排放量占比达85%。预计近期捕集能耗可降至2.0吉焦/吨以下,捕集成本降至250元/吨左右。其次,二氧化碳化工转化利用技术、生物利用技术等关键技术有待突破。再次,CCUS产业发展生态仍需完善。因此,未来,随着国家政策效能释放,我国将持续着力构建低碳、零碳的CCUS产业链,不断创新和发展相关政策、法律法规和商业模式,国内CCUS技术应用市场、政策环境将不断完善,将为CCUS产业发展提供更多助力。
2、以含油气盆地为中心,加速打造CCUS产业集群
对于CCUS,市场更关注的环节是“用”。先驱油后进行封存,是全球CCUS总的发展趋势。我国CCUS在驱油领域发展的潜力很大。一方面,含油气盆地具有多个油气藏及大量的咸水层,是最有利的封存场所,初步评价具有上万亿吨的封存潜力。另一方面,源—汇优化涉及社会经济、产业技术、自然环境和国土空间等多个要素,且碳源、碳汇具有时空动态变化特征,需要从全局最优的角度开展源—汇匹配。此外,我国含油气盆地分布范围广,具有很好的源—汇匹配性,可以进行源—汇匹配的多目标最优化。综上分析,未来围绕含油气盆地,建设多个驱油封存中心,形成捕集—输送—驱油封存利用产业集群,打造区域零碳低碳基地,或将成为我国推动CCUS产业发展关注的重要方向之一。例如,以渤海湾盆地为中心,形成辐射京津冀的渤海湾盆地千万吨级CCUS项目群;以华东、江苏、上海等区域为中心,形成长三角千万吨级开放式CCUS产业集群。中国石化正在研究建设含油气盆地驱油封存中心,推动形成捕集、输送、利用、封存的产业集群。
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