二氧化碳捕集與封存成本估算

1、二氧化碳捕集與封存成本估算一、假想項(xiàng)目在我國(guó)，化石燃料主要用于電力、交通運(yùn)輸和化工等行業(yè)。而交通運(yùn)輸業(yè)用能較分散，不易大規(guī)模捕集二氧化碳；所以，電力和化工是我國(guó)控制二氧化碳排放量的重點(diǎn)行業(yè)。由于海洋封存還僅停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，在本文中也未考慮，僅考慮EOR（強(qiáng)化石油開(kāi)采）、ECBM（強(qiáng)化煤層氣開(kāi)采） 和Aqufier（深部鹽水層封存）。本文共假想了8 個(gè)中國(guó)CCS 項(xiàng)目。這些CCS 項(xiàng)目有如下假設(shè)：1. 原料均為煤；2. 所有CCS 項(xiàng)目都采用燃燒后脫碳技術(shù)，吸收劑為MEA；3. 國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)數(shù)為5500 小時(shí)，即負(fù)荷運(yùn)行系數(shù)為5500/(24365)=0.63；4. 合成氨廠負(fù)荷

2、運(yùn)行系數(shù)為0.85；5. 燃煤電廠的CO2 排放因子為0.81kg/KWh，合成氨廠的CO2 排放因子為3.8t/t 氨；6. 采用管道運(yùn)輸CO2；7. EOR和ECBM的封存量不大于現(xiàn)行項(xiàng)目的最大封存量，100Mt/y，深部含鹽水層封存則不受此限制。表1假想ccs項(xiàng)目注釋:EOR 二、CCS 項(xiàng)目成本分析2.1總論CCS 項(xiàng)目按照過(guò)程可分為捕集、壓縮、運(yùn)輸和封存四個(gè)主要過(guò)程。有些文獻(xiàn)也將壓縮過(guò)程合并到捕集過(guò)程中。IPCC、Hendriks、David等對(duì)CCS 項(xiàng)目進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，本文將主要參考這些研究成果對(duì)中國(guó)假想的CCS 項(xiàng)目進(jìn)行成本分析。Hendriks研究了燃燒后脫除CO2 的各種

3、過(guò)程的碳捕集成本，得出：對(duì)于煤基合成氨廠，變換后的合成氣要進(jìn)行脫硫、脫碳處理而獲得氫氣，脫硫、脫碳劑均為MEA。脫硫過(guò)程中，合成氣中大約30-40的CO2 也會(huì)隨著H2S 和SO2 等硫化物一起脫除；而在隨后的脫碳過(guò)程中60-70% 的CO2 會(huì)以純 CO2 的形式被脫除。對(duì)于60 萬(wàn)噸合成氨廠，僅有52的CO2 被捕集，所有的CO2 均可以來(lái)自脫碳過(guò)程產(chǎn)生的純CO2，因此其捕集成本為4.7$/tCO2。對(duì)于40 萬(wàn)噸合成氨廠，有78的CO2 要被捕集，假定65的CO2 來(lái)自脫碳過(guò)程產(chǎn)生的純CO2 氣，其余13的CO2 來(lái)自脫硫尾氣，即CO2 和硫化物的混合氣。因此40 萬(wàn)噸合成氨廠的CO2

4、捕集費(fèi)用為：(65%4.7+13%56.6)/(65%+13%)=13.4 $/tCO2David對(duì)CO2 壓縮、運(yùn)輸和封存等進(jìn)行了深入研究。本文利用David4的公式對(duì)我國(guó)假想CCS 項(xiàng)目壓縮、運(yùn)輸和封存等過(guò)程的成本進(jìn)行了分析。壓縮過(guò)程假定初壓0.1MPa，終壓15MPa；分六級(jí)壓縮，分別為：0.1MPa0.24MPa，0.24MPa0.56MPa，0.56MPa1.32MPa，1.32MPa3.12MPa，3.12MPa7.38MPa，7.38MPa15MPa；前5 級(jí)為壓氣機(jī)做功，最后一級(jí)為壓縮泵做功；電價(jià)為0.069$/kWh。運(yùn)輸過(guò)程中國(guó)產(chǎn)化因子取0.8，地形因子取1.1。封存過(guò)程中

5、，井口溫度假定為15，井口壓力假定為11.5MPa，地殼溫升梯度為25。EOR 和ECBM 注入井直徑為0.059m，深部鹽水層注入井直徑為0.1m。對(duì)于EOR、ECBM 和深部鹽水層的儲(chǔ)層特性假定如下表這 8 個(gè)CCS 項(xiàng)目2005 年的各過(guò)程估算成本列于表4。圖4 顯示各CCS 項(xiàng)目捕集和封存單位CO2 成本，圖5 顯示CCS 項(xiàng)目各過(guò)程成本比例分配。從這些圖表中不難發(fā)現(xiàn)：1. 單位CO2 捕集成本隨排放氣體中CO2 的濃度增大而減小。合成氨廠能排放出高濃度CO2 氣體和純CO2 氣體，而燃煤電站排放的煙氣中CO2 含量一般不到15；所以合成氨廠比燃煤電廠的單位CO2 捕集成本低很多，僅從

6、純CO2 氣體中捕集的低捕集率合成氨廠比高捕集率合成氨廠的單位CO2 捕集成本也要低不少。2. 單位CO2 壓縮成本一般隨總壓縮量增大而減少，但相差不大。3. 單位CO2 運(yùn)輸成本一般隨運(yùn)輸距離增大而增大，隨總運(yùn)輸量的增大而減少。4. 單位CO2 封存成本隨封存地點(diǎn)的地質(zhì)條件不同而差異很大，一般在同一封存地點(diǎn)隨總封存量的增大而減少。5. 總處理量相同條件下，負(fù)荷運(yùn)行系數(shù)越高，單位時(shí)間處理量越小，初期投資越小，因此單位CO2 壓縮、運(yùn)輸和封存成本越低。6. 單位CO2 捕集成本在整個(gè)CCS 項(xiàng)目成本中所占比例很大。如能有效降低捕集成本，則可大幅度縮減CCS 費(fèi)用，因此應(yīng)大力發(fā)展我國(guó)大規(guī)模、高效、

7、低成本CO2 捕集技術(shù)。合成氨廠較燃煤電廠的CCS 項(xiàng)目費(fèi)用低很多，因此從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，中國(guó)應(yīng)首先從合成氨廠開(kāi)展CCS 示范項(xiàng)目。7. 減小運(yùn)輸距離、增大總處理量和提高負(fù)荷運(yùn)行系數(shù)也可減小CCS 項(xiàng)目單位CO2 處理成本。2.2運(yùn)輸成本分析三、國(guó)家政策預(yù)期任何一項(xiàng)新生技術(shù)，都將經(jīng)歷示范、擴(kuò)大規(guī)模和商業(yè)化三個(gè)階段。在不同階段，政府需要采取相應(yīng)的措施促進(jìn)該技術(shù)的快速發(fā)展。CCS 作為一項(xiàng)新生技術(shù)，其發(fā)展也必然會(huì)沿著這樣的軌跡進(jìn)行。由于CCS 涉及到的捕獲、運(yùn)輸和埋存等技術(shù)還不太成熟，技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)性不高，在中國(guó)的情況更是如此，這將導(dǎo)致開(kāi)展CCS 的成本以及企業(yè)和公眾對(duì)于CCS 項(xiàng)目的接受程度較

8、低。因此在CCS技術(shù)的示范階段，政府需要制定相關(guān)政策，鼓勵(lì)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在CCS 技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)研究；同時(shí)對(duì)若干個(gè)CO2 排放集中且數(shù)量較大、適于在未來(lái)開(kāi)展CCS 的工業(yè)部門(如發(fā)電、合成氨等)，選取條件較為成熟、開(kāi)展CCS 成本較低的項(xiàng)目進(jìn)行CCS 示范項(xiàng)目建設(shè)，為未來(lái)這些部門大規(guī)模開(kāi)展CCS 提供早期的技術(shù)驗(yàn)證和經(jīng)驗(yàn)積累。通過(guò)示范項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行，CCS 相關(guān)技術(shù)將不斷成熟， 同時(shí)也可驗(yàn)證CCS對(duì)于減排CO2 的有效性和可靠性。在此階段，政府需要通過(guò)各種政策手段，激勵(lì)更多的企業(yè)投資CCS項(xiàng)目，逐步擴(kuò)大CCS 的應(yīng)用規(guī)模，以期能夠借助于技術(shù)的學(xué)習(xí)效應(yīng)和規(guī)模效應(yīng)不斷提高技術(shù)成熟度，降低CCS

9、的實(shí)施成本，使其參與完全開(kāi)放的市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力不斷提高。當(dāng)CCS 發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)，示范階段和擴(kuò)大規(guī)模階段所取得的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)積累等已經(jīng)使CCS 具備比較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為了最大程度地實(shí)現(xiàn)CCS 的減排效果，政府應(yīng)出臺(tái)相關(guān)措施，為CCS 的商業(yè)化發(fā)展提供一個(gè)良好的商業(yè)環(huán)境，使企業(yè)在選擇減排CO2 技術(shù)方案時(shí)更加傾向于開(kāi)展CCS，并最終實(shí)現(xiàn)CCS 技術(shù)的商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。以下針對(duì)CCS 發(fā)展的三個(gè)不同階段，提出具體的政策建議。3.1 加強(qiáng)對(duì)CCS 相關(guān)技術(shù)研究的支持CCS 作為一項(xiàng)有可能大規(guī)模減排CO2 的技術(shù)，對(duì)中國(guó)應(yīng)對(duì)減排壓力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。CCS 所涉及的CO2 捕獲、運(yùn)輸

10、和地質(zhì)埋存等技術(shù)屬于不同行業(yè)，如電力、石油等，要將這幾項(xiàng)技術(shù)整合到一個(gè)CCS 示范項(xiàng)目中，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，僅依靠企業(yè)自身力量很難在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)充分利用現(xiàn)有的科技支持計(jì)劃對(duì)其發(fā)展進(jìn)行有力支持。借助國(guó)家863、973 項(xiàng)目，在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)CCS 各領(lǐng)域技術(shù)的突破，積極促成不同行業(yè)間企業(yè)的合作， 建成若干有代表性的CCS 示范項(xiàng)目，為今后CCS 的發(fā)展積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。3.2 對(duì)CCS 示范項(xiàng)目的建設(shè)提供財(cái)政補(bǔ)貼關(guān)于CCS 項(xiàng)目，以發(fā)電廠為例，建設(shè)和運(yùn)行投資巨大；而且，由于各方面的技術(shù)尚未成熟，極大地增加了企業(yè)建設(shè)CCS 示范項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，CCS項(xiàng)目建設(shè)的高投資直接造成了CCS

11、 電廠的發(fā)電成本較高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，需要依靠財(cái)政補(bǔ)貼實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)CCS 的發(fā)展。3.3 制定低碳電力配額標(biāo)準(zhǔn)除了對(duì)CCS 的發(fā)展提供財(cái)政補(bǔ)貼外，從歐洲發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，中國(guó)發(fā)展CCS 的過(guò)程中還可以借鑒發(fā)電配額制的方法。采用CCS 發(fā)電配額標(biāo)準(zhǔn)的方式，明確規(guī)定發(fā)電企業(yè)向電網(wǎng)所銷售的電力中由CCS 發(fā)電項(xiàng)目發(fā)出電力的最低比例，用行政命令強(qiáng)行要求發(fā)電企業(yè)對(duì)其下屬的發(fā)電項(xiàng)目的一部分開(kāi)展CCS，CCS 發(fā)電項(xiàng)目所發(fā)電力的較高成本由電網(wǎng)的所有電力消費(fèi)者均攤。3.4 建立CCS 電力貿(mào)易體系由于中國(guó)的發(fā)電市場(chǎng)龐大，企業(yè)眾多，并不是所有企業(yè)都有能力開(kāi)展CCS，且不同的發(fā)電企業(yè)擁有不同的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)

12、行CCS 的成本也有很大差距。因此，在規(guī)定CCS 發(fā)電配額標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還需建立一個(gè)類似于CDM 碳交易機(jī)制的CCS 電力貿(mào)易體系，允許企業(yè)之間自由地進(jìn)行CCS 電力認(rèn)證的貿(mào)易，作為CCS 發(fā)電配額標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)。上面提出的幾種政策對(duì)CCS 的發(fā)展產(chǎn)生作用的機(jī)理不同，力度和效果也不同。在CCS 技術(shù)的示范階段，由于此時(shí)技術(shù)還不成熟，還需要企業(yè)對(duì)技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期的研發(fā)，并通過(guò)建設(shè)適當(dāng)數(shù)量的CCS 示范項(xiàng)目，逐漸積累相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。此時(shí)，就需要對(duì)CCS 技術(shù)研究進(jìn)行政策上和資金上的支持。同時(shí)，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和技術(shù)的不成熟， 建設(shè)示范項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)較大，CCS 項(xiàng)目在與非CCS 項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)時(shí)也會(huì)明顯處于

13、劣勢(shì)。因此，需要提供一定的財(cái)政補(bǔ)貼，以降低建設(shè)CCS 示范項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)，并提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在擴(kuò)大規(guī)模階段，CCS 技術(shù)通常已經(jīng)比較成熟，此時(shí)CCS 發(fā)展所面臨的最重要的問(wèn)題不再是技術(shù)，而是成本較高。所以，此時(shí)政府可以重點(diǎn)采取財(cái)政補(bǔ)貼措施，降低企業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)，提高CCS 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性， 提高企業(yè)投資CCS 項(xiàng)目的積極性。同時(shí)，在此階段，政府也可以配之以CCS 發(fā)電配額標(biāo)準(zhǔn)和CCS 電力貿(mào)易體系，用政策限定的方式推動(dòng)CCS 從無(wú)到有、應(yīng)用規(guī)模逐漸從小到大的發(fā)展。在商業(yè)化階段，經(jīng)過(guò)擴(kuò)大規(guī)模階段技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累，CCS 已經(jīng)成熟， 政府已經(jīng)無(wú)需繼續(xù)為CCS 的發(fā)展提供財(cái)政補(bǔ)貼以提高其競(jìng)爭(zhēng)能力。此時(shí)，為了促使企業(yè)在選擇新項(xiàng)目技術(shù)方案時(shí)更多應(yīng)用CCS，CCS 發(fā)電配額標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)證貿(mào)易體系仍將是一個(gè)有效的方法。四、結(jié) 論本文對(duì)假想的 8 個(gè)中國(guó)CCS 項(xiàng)目進(jìn)行了成本估算。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，單位CO2 捕集成本在整個(gè)CCS 項(xiàng)目