二氧化碳捕獲與地質(zhì)封存項目進展及啟示

1、1前言CO 2捕獲與封存(CCS是指將CO 2從工業(yè)或相關(guān)能源排放源分離出來,輸送到一個封存地點,并使其長期與大氣隔絕的過程1。目前,CCS 技術(shù)被認為是任何溫室氣體(GHG減排投資方案中不可缺少的內(nèi)容,國際能源署(IEA指出,CCS 技術(shù)將在直到2050年的溫室氣體減排藍圖中發(fā)揮重要作用2。2世界主要國家碳捕獲與地質(zhì)封存發(fā)展現(xiàn)狀由于CCS 技術(shù)具備經(jīng)濟效益和環(huán)境效益,已經(jīng)引起了全球各國的廣泛關(guān)注。目前,一些國際組織和國家政府都投入大量資金來積極開展相應的發(fā)展計劃3。根據(jù)澳大利亞全球CCS 研究院(GlobalCCS Institute ,GCCSI統(tǒng)計4,截至2010年12月,全球CCS 項

2、目共有275項,其中213項正在開展或規(guī)劃當中,34項已經(jīng)完成,26項取消或推遲,還有2項由于項目進度可能將被關(guān)閉。2.1主要國家項目運行機制目前,美國、加拿大、澳大利亞以及一些歐洲發(fā)達國家都制定了CCS 技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,并投入大量資金開展了相應的研發(fā)、示范與部署項目。美國的CCS 項目主要是通過能源部來負責開展與部署5。項目的開展主要是通過創(chuàng)辦碳封存論壇、組建地方碳封存合作關(guān)系框架以及成立碳捕獲與封存工作組來統(tǒng)一管理和部署。目前,通過美國能源部碳封存項目(Carbon sequestration program開展的CCS 研發(fā)項目已多達80多項6。加拿大開展的CCS 項目超過100項,主要集

3、中在CO 2捕獲與地質(zhì)封存兩個方面。碳捕獲研究主要由CANMET 能源技術(shù)中心組織開展;碳封存主要是通過Weyburn-Midale 項目以及阿爾伯達省的驅(qū)油(EOR、驅(qū)煤層氣(ECBM及深部咸水層封存項目。澳大利亞CCS 項目是圍繞國家低排放煤炭計劃(NLECI發(fā)展目標(加快包括CCS 技術(shù)的低排放煤炭技術(shù)的利用,實現(xiàn)煤炭燃燒溫室氣體排放的減排進行的。目前提議或正在開展的CCS 項目有13項7,主要是圍繞COAL21聯(lián)盟與其他合作研究中心(CRCs開展,包括煤炭可持續(xù)發(fā)展合作研究中心(CCSD及溫室氣體技術(shù)合作研究中心(CO2CRC。歐盟國家CCS 項目由歐盟委員會提供統(tǒng)一的政策引導,并且可

4、以從歐洲經(jīng)濟刺激計劃中申請資二氧化碳捕獲與地質(zhì)封存項目進展及啟示李桂菊1,2,張軍1,2(1.中國科學院武漢文獻情報中心,湖北武漢430071;2.中國科學院國家科學圖書館武漢分館,湖北武漢430071摘要CCS技術(shù)已成為溫室氣體減排的關(guān)鍵技術(shù)之一,美國、加拿大、澳大利亞及一些歐洲國家都投入大量資金積極開展相應的發(fā)展計劃。在未來10年內(nèi),CCS 技術(shù)的研究將聚焦于降低成本、提高捕獲率和評價不同封存方式的優(yōu)劣等方面。從目前來看,各國CCS 優(yōu)先發(fā)展方向大致相似,捕獲技術(shù)主要集中在發(fā)電廠CCS 技術(shù)利用;封存技術(shù)主要集中于驅(qū)油、驅(qū)煤層氣及深部咸水層封存方面。不過,具體的技術(shù)方向也有所差別。CCS

5、技術(shù)將在中國實現(xiàn)未來減排目標中發(fā)揮重要作用,但目前研究工作尚處于起步階段。除了一些共性的問題,我國CCS 技術(shù)發(fā)展還有一些尚需克服的障礙。如缺乏頂層設計與管理,尚未制定發(fā)展路線圖,缺乏戰(zhàn)略性的引導,缺乏系統(tǒng)性的評估;同時CCS 技術(shù)存在不確定性、成本昂貴。需要研究和制定一套政策和規(guī)章制度來保障商業(yè)規(guī)模的CCS 示范與部署,進行體制機制與政策創(chuàng)新,研究和制定中國CCS 路線圖,做好發(fā)電廠和其他工業(yè)升級或配備CCS 的準備,同時應加強國際合作。關(guān)鍵詞溫室氣體減排碳捕獲地質(zhì)封存驅(qū)油驅(qū)煤層氣商業(yè)示范發(fā)展路線圖作者簡介:李桂菊,助理研究員,2005年獲中國地質(zhì)大學(武漢資源學院海洋地質(zhì)專業(yè)碩士學位,目前

6、主要從事能源科技戰(zhàn)略情報研究工作。E-mail :ligj2011年第16卷·12·SINO-GLOBAL ENERGY金支持,項目的具體執(zhí)行由各國政府及相關(guān)研究單位來協(xié)調(diào)管理。挪威CCS項目發(fā)展圍繞兩項國家計劃,一是2005年啟動的CLIMIT國家天然氣技術(shù)計劃,促進燃氣發(fā)電廠CCS技術(shù)成本效益和技術(shù)進步。二是2007年啟動的Mongstad計劃,第一階段成立歐洲Mongstad技術(shù)中心,開展企業(yè)合作每年捕獲10×104t的CO2;第二階段是大規(guī)模部署碳捕獲設備,每年將捕獲120×104t的CO28。荷蘭的CCS研發(fā)項目主要圍繞CATO項目和CAPTE

7、CH展開。CATO 項目由烏得勒支能源研究中心負責,第一階段(20042008年預算近2500萬歐元(3500萬美元,開展整個CCS鏈(包括捕獲、封存、監(jiān)控以及公眾接受度等的調(diào)查研究;第二階段(20092014年預算增至7500萬歐元,開展更多應用研究來支持CCS 中試項目,包括荷蘭北部SEQ氧燃料電廠、NUON 公司IGCC燃燒前CO2捕獲項目及EnecoGen公司的Cryogenic項目9。CAPTECH項目(20062009年由荷蘭能源中心(ECN負責開展,作為CATO項目捕獲研究的補充,目標是在發(fā)電廠效率降低不超過5%的同時,CO2捕獲成本降低50%10。2.2主要國家經(jīng)費預算情況近兩

8、年,美國以及歐盟等國在CCS方面的項目撥款主要來自于經(jīng)濟刺激計劃。美國于2009年5月宣布從美國經(jīng)濟刺激和再投資法案中撥款24億美元用來推進和加快CCS技術(shù)的商業(yè)部署,主要包括潔凈煤發(fā)電計劃(8億美元、工業(yè)碳捕獲與封存(15.2億美元、地質(zhì)封存地點表征(2000萬美元、地質(zhì)封存培訓與研究(2000萬美元11,并在隨后逐步得以落實。2010年初,美國政府又發(fā)布了CCS發(fā)展備忘錄,籌建跨機構(gòu)工作組,并引導在2016年左右開展510個商業(yè)示范項目。歐盟委員會于2009年初就提出將從歐洲經(jīng)濟刺激計劃中撥款12.5億歐元支持CO2捕獲與封存項目的發(fā)展12,并在年底得到落實,英格蘭北部的Hatfield電

9、廠、德國Vattenfall Jaenschwalde電廠、西班牙Endesa Compostilla電廠、荷蘭Maasvlakte電廠和波蘭的Belchatow電廠各獲資1.8億歐元,意大利Porto Tolle電廠獲資1億歐元。此外,歐盟委員會于2009年10月提出未來10年能源研究投資方案,其中提到未來10年在碳捕獲與封存方面的投資將達130億歐元,以支持CCS示范項目的開展。澳大利亞政府也于2009年5月發(fā)布了清潔能源預算13,提出將投資45億澳元啟動清潔能源計劃,其中24億澳元將用于發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù),包括提供20億澳元用于在碳捕獲與封存旗艦項目下開展的工業(yè)規(guī)模項目。加拿大政府針對CCS

10、技術(shù)的投資主要分為兩方面。2008年6月宣布在阿爾伯達省投資20億美元發(fā)展35個大規(guī)模CCS集成裝備,計劃到2015年能上線,預計至少在10年內(nèi)每年封存500×104t 的CO2。其次是2008和2009財年預算投資。2008財年預算撥款2.5億美元支持Saskatchewan項目和Nova Scotia項目,以及加拿大自然資源部生態(tài)能源(ecoENERGY技術(shù)發(fā)展計劃投資1.25億美元;2009財年預算撥款10億美元,計劃在未來10年發(fā)展清潔能源技術(shù),包括1.5億美元用于研究,8.5億美元用于包括CCS技術(shù)在內(nèi)的技術(shù)發(fā)展與示范。2.3主要國家優(yōu)先研究方向從長期來看,CCS技術(shù)在減排

11、上將起到至關(guān)重要的作用。在未來10年內(nèi),發(fā)展和改進CCS技術(shù)所開展的研究將聚焦于降低成本、提高捕獲率和評價不同封存方式的優(yōu)劣等方面14。接著是發(fā)展大規(guī)模的示范項目和到2030年適于廣泛商業(yè)化的先進系統(tǒng),包括向氫經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型和零排放電站的發(fā)展。從目前的項目情況來看,各國CCS優(yōu)先發(fā)展方向大致相似,捕獲技術(shù)主要集中在發(fā)電廠CCS技術(shù)利用;封存技術(shù)主要集中于驅(qū)油、驅(qū)煤層氣以及深部咸水層封存方面。不過,具體的技術(shù)方向也有所差別。美國CCS研發(fā)活動范圍較廣,優(yōu)先研究領(lǐng)域包括核心技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)設施發(fā)展以及項目管理。加拿大捕獲項目側(cè)重于發(fā)電廠的氧燃料燃燒捕獲和燃燒后捕獲,封存項目集中于驅(qū)油、驅(qū)煤層氣以及深部咸

12、水層封存。澳大利亞CCS項目主要集中在發(fā)電廠碳捕獲方面,包括燃燒前捕獲、燃燒后捕獲以及氧燃燒捕獲。歐盟國家CCS項目通過框架計劃及歐洲經(jīng)濟刺激計劃的目標來統(tǒng)一協(xié)調(diào)。從總體而言,歐洲短期內(nèi)的目標是提高發(fā)電廠效率以減少CO2排放,中長期則重點發(fā)展CO2封存技術(shù)。3國內(nèi)CCS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀3.1發(fā)展現(xiàn)狀我國在CCS技術(shù)方面的研究工作還處于起步階段,目前有很多研究機構(gòu)、高校和企業(yè)從事這方面的研究。EOR項目比較普遍,幾乎所有的油田都在開展。ECBM項目主要在山西沁水盆地開展15,16。國家973項目“提高石油采收率的地質(zhì)封存(20062011”開展關(guān)于地質(zhì)碳封存和EOR地質(zhì)、物理及化學問題的基礎(chǔ)研究,研

13、究EOR非線性流機制問題以及碳捕獲與抗腐蝕問題。863項目“碳捕獲與封存(20082010”開展集中煙氣捕獲CO2先進技術(shù)以及深部咸水層碳封存的研究。國內(nèi)開展的主要示范項目有華能集團負責的綠色發(fā)電(GreenGen合資項目、由西安熱工研究院(TPRI與澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織(CSIRO合作開展的國內(nèi)首個燃燒后捕獲(PCC示范項目17。3.2CCS發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)不論是從國際層面,還是從國內(nèi)層面來講,CCS 技術(shù)發(fā)展仍然面臨著很多挑戰(zhàn),其中有一些是共性的問題,還有一些是國內(nèi)尚需克服的障礙。缺乏頂層設計與管理。CCS的出現(xiàn)將使能源市場以及市場運作方式發(fā)生大的轉(zhuǎn)變,這對現(xiàn)有的機構(gòu)、政策和管理來

14、講無疑是一次巨大的挑戰(zhàn)。因此,從戰(zhàn)略角度來講,做好頂層設計顯得十分關(guān)鍵,包括解決一些關(guān)鍵性的問題,比如政府和其他利益相關(guān)方各自應該發(fā)揮的作用、政府需要采取的財政和貨幣政策等等。截至目前,我國還沒有制定關(guān)于CCS發(fā)展的短期、中期以及長期發(fā)展路線圖,在CCS技術(shù)發(fā)展方面缺乏戰(zhàn)略性的引導。CCS技術(shù)的不確定性。從國際層面來看,目前對于CCS所涉及的技術(shù)已經(jīng)有了很好的認識,但還需要在商業(yè)規(guī)模發(fā)電廠或其他排放源進行示范項目。從國內(nèi)層面來看,除了在CO2回收與注入方面有一定的實踐經(jīng)驗外,與開展大規(guī)模地質(zhì)封存,尤其是在設備產(chǎn)能和成本上還存在很大的差距18。CCS技術(shù)成本昂貴。CCS可以說是一項成本密集型工藝

15、技術(shù)。根據(jù)專家估計,在不考慮備有CCS技術(shù)的發(fā)電廠建設和運行成本的情況下,不管是通過總量控制與交易制度、碳稅還是其他價格信號機制,捕獲CO2的成本在1575美元/t之間1,19。而且,關(guān)于CCS未來成本主要是通過能源系統(tǒng)建模和情景假設來估計的,當然也就存在很多內(nèi)在的問題。國際上也不乏有CCS項目因為成本問題而被迫停止或重新調(diào)整的先例20。缺乏系統(tǒng)性的評估。盡管已有一些學者就國內(nèi)CCS地質(zhì)封存潛力做了相關(guān)研究2123,但從國家層面來講,還需要開展系統(tǒng)的評估,包括CO2地質(zhì)封存的整體潛力、適合進行碳封存的盆地類型、CCS對國家經(jīng)濟發(fā)展的影響、在不影響經(jīng)濟和社會發(fā)展情況下中國能否借助CCS順利向低碳

16、能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型等。4對我國發(fā)展CCS的一些思考CCS技術(shù)面臨的諸多調(diào)整使得國內(nèi)目前更愿意致力于能源效率提高和可再生能源項目。但從長遠來看,CCS技術(shù)將在中國實現(xiàn)未來減排目標中發(fā)揮十分重要的作用,不過目前在國內(nèi)尚未達到示范階段。為促進該技術(shù)的發(fā)展并利用其優(yōu)勢,進而開展商業(yè)規(guī)模的CCS產(chǎn)業(yè),需要加強以下幾個方面:研究和制定一套政策和規(guī)章制度來保障商業(yè)規(guī)模的CCS示范與部署。國內(nèi)關(guān)于CO2捕獲與地質(zhì)封存的基本框架和配套政策、法規(guī)都尚未形成,因此在政策保障方面比較薄弱24。需要盡快制定政策框架來支持技術(shù)發(fā)展,當然不僅僅是示范項目,而是要形成一個新的CCS產(chǎn)業(yè),提供更長遠、更持續(xù)和更強勁的激勵政策來支持商

17、業(yè)規(guī)模的CCS示范項目。另外,需制定相關(guān)規(guī)章制度幫助CCS利益相關(guān)方了解各自的職責和需要遵守的規(guī)章。體制機制與政策的創(chuàng)新。CCS將在一個全新的市場通過全新方式運作,因此體制機制和政策創(chuàng)新對于CCS發(fā)展尤為重要。應由政府引導,以市場為導向,通過環(huán)境友好方式開展行動。研究和制定中國CCS路線圖。美、澳、加等國早在幾年前就制定了國家CCS發(fā)展路線圖2527,國內(nèi)需要在這方面加快步伐,結(jié)合我國能源結(jié)構(gòu)制定全面的CCS發(fā)展路線圖,以便于國內(nèi)選擇正確的發(fā)展路線來形成完整的商業(yè)CCS價值鏈。此外,技術(shù)路線圖要與國家潔凈煤研發(fā)計劃、國家氣候變化政策相協(xié)調(diào)。做好發(fā)電廠和其他工業(yè)升級或配備CCS的準備。有研究認為

18、28,CCS技術(shù)將在我國實現(xiàn)未來低碳目標方面發(fā)揮關(guān)鍵的作用。要使目前或今后建造的發(fā)電廠或其他工業(yè)具備很強的升級能力,就需要從現(xiàn)在開始做好準備。采用CCS技術(shù)的IGCC發(fā)電廠是最具備發(fā)展前景的CO2零排放燃煤發(fā)電技術(shù),而且,IGCC電廠在碳捕獲方面比常規(guī)粉煤電廠更具有顯著優(yōu)勢29。根據(jù)國內(nèi)IGCC發(fā)展情況,估計2011年第16卷·14·SINO-GLOBAL ENERGY從2020年開始IGCC電廠將強制配備CCS,同時鋼鐵、水泥、電解鋁、合成氨、乙烯等行業(yè)采用CCS, 2030年之后基本普及。加強國際合作。目前,國內(nèi)在CCS國際合作方面已展開了很多行動19,包括加入碳封存領(lǐng)

19、導人論壇(CSLF以及中歐煤炭利用近零排放(NZEC示范計劃,并在歐盟第六框架(FP6下達成了中歐CCS 合作行動(COACH,與英國簽署了CCS諒解備忘錄(MoU和合作開展相關(guān)計劃。國際機制對于發(fā)展和示范CCS技術(shù)十分關(guān)鍵,同時通過這些機制能夠提供足夠的財政支持發(fā)展中國家的CCS計劃,并有利于技術(shù)轉(zhuǎn)移。中國應繼續(xù)拓展與其他國際成員的合作機會,爭取更多的經(jīng)費與技術(shù)支撐。5結(jié)語實際上,關(guān)于CCS的博弈是攸關(guān)國家未來能源乃至經(jīng)濟發(fā)展的大事。在世界各國大張旗鼓應對全球氣候變化的今天,有些發(fā)達國家將自身的減排壓力轉(zhuǎn)嫁到以煤炭為主要能源的國家,特別是對發(fā)展中國家施加越來越多的減排壓力。因此,我國政府應當

20、從頂層考慮和組織安排出發(fā),有組織有計劃地支持開展相關(guān)活動,一方面避免盲目成為發(fā)達國家的試驗場,另一方面要靠自身謀求出路,為未來的發(fā)展贏得空間。參考文獻:1METZ B,DAVIDSON O,DE CONINCK H,et al.IPCC spe-cial report:Carbon dioxide capture and storageEB/OL.http:/ /pages/prog/drr/publications/drrPublications/IPCC/ IPCC_CO2_e.pdf.2International Energy Agency.World Energy

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30、eand Geological Storage ProjectsLi Guiju 1,2,Zhang Jun 1,2(1.Wuhan Documentation and Information Centre of CAS ,Wuhan Hubei 430071;2.The Wuhan Branch of The National Science Library of CAS ,Wuhan Hubei 430071AbstractCarbon dioxide capture and storage (CCStechnology is one of key approaches to reduci

31、ng green -house gas emissions.The United States ,Canada ,Australia and some European countries have invested a large amount of money in developing this technology.Over the next 10years ,the research of CCS technology will focus on reducing cost ,raising capture rate and assessing the pros and cons o

32、f different storage methods.Up to now ,the areas each country has given priority to in developing CCS are similar.The development of cap -ture technology focuses on the utilization of CCS technology in power plants and that of storage technology focuses on oil and coalbed methane displacement and st

33、orage in deep saline aquifers.However ,there are still differences in specific technical trends in different countries.CCS technology will play an important role in helping China achieve its greenhouse gas emission reduction objectives although the research of CCS technolo -gy is still in the early

34、stage in China.In addition to problems common in the development of CCS technolo -gy ,China is facing some other obstacles in developing this technology ,such as the lack of top-level designs and management ,the absence of a development roadmap and the lack of strategic guidance and systematic asses

35、sment.In addition ,CCS technology has some uncertainties and is very expensive.China needs to develop and impose a package of policies and regulations to ensure smooth CCS demonstration and deployment on a commercial scale ,innovate in system ,mechanism and policy ,develop its own CCS roadmap ,prepare for the upgrade of power plants and other industrial facilities and the introduction of CCS ,and strengthen internation -al cooperation in this area.Keywordsgreenhouse gas emission reduction ;carbon capture ;geological storage ;oil displacement ;coalbed methane disp