CCUS產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析

CCUS 產(chǎn)業(yè)進(jìn)呈現(xiàn)狀與前景分析1ccus技術(shù)概述和應(yīng)用意義ccus技術(shù)概述ccus〔碳捕集、利用與封存〕技術(shù)是一項針對溫室氣體的減排技術(shù)，能夠大幅削減使用化石燃料的溫室氣體排放，涵蓋二氧化碳〔C02〕4個環(huán)節(jié)。在捕集階段，目前主要涵蓋 3種技術(shù)：1〕燃燒后捕集，主要應(yīng)用于燃煤鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)施； 2〕燃燒前捕集，需要搭配整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)〔IGCC〕,投資本錢較高，只能用于建發(fā)電廠；3〕富氧燃燒，通過制氧技術(shù)獵取高濃度氧氣，實現(xiàn)煙氣再循環(huán)。在運輸階段，世界上 C02運輸存在管道、船舶、鐵路/大路等靈敏多樣的運輸方式，其中 C02的管道輸送正作為一項成熟技術(shù)在商業(yè)化應(yīng)用。目前國內(nèi)C02輸送主要承受罐車運輸。在利用階段，C02地質(zhì)利用尤其是驅(qū)油技術(shù)，因其封存規(guī)模大并具有提高采收率的良好效應(yīng)，在各類CCUS技術(shù)中脫穎而出，使得C02驅(qū)油成為CCUS的主要技術(shù)進(jìn)展方向。同時，越來越多的技術(shù)被納入CCUS體系中，包括化工利用、生物利用、物理利用等。在埋存階段，地質(zhì)封存又可進(jìn)一步劃分為咸水層〔鹽水層〕封存、深部不行開采煤層封存、廢棄油氣藏封存3種主要類型。目前，國際上也已開展海上鹽水層及廢棄油氣田埋存C02的示范工程。從埋存類型來看，在運行及執(zhí)行工程中有60%以上是C02驅(qū)油工程。CCUS的應(yīng)用意義從低碳進(jìn)展和碳減排的角度， CCUS技術(shù)的推廣和應(yīng)用意義重大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。CCUS技術(shù)是唯一能夠大量削減工業(yè)流程溫室氣體排放的手段。對于煉化、氣電、水泥和鋼鐵行業(yè)來說，要想實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中的深度減排，CCUS技術(shù)是必不行少的，而且是可再生能源電力和節(jié)能技術(shù)不行替代的，對于我國踐行低碳進(jìn)展戰(zhàn)略和實現(xiàn)綠色進(jìn)展至關(guān)重要。 IEA在《世界能源技術(shù)展望 2023——CCUS特別報告》中指出，到 2070年全球要實現(xiàn)凈零，除能源構(gòu)造調(diào)整之外，工業(yè)和運輸行業(yè)仍有29億噸C02無法去除,需要利用CCUS進(jìn)展儲存和消納。CCUS技術(shù)是將來具有確定經(jīng)濟(jì)性的減排手段。對于水泥、鋼鐵和化工等減排難度較大的行業(yè)來說，CCS是最成熟、本錢效益最好的選擇。假設(shè)不承受CCS,這些行業(yè)幾乎不行能實現(xiàn)凈零排放。同時，煤或自然氣結(jié)合 CCS技術(shù)制氫是本錢最低廉的低碳制氫方式。對于難以減排的行業(yè)，低碳制氫將發(fā)揮重要作用。CCUS是生產(chǎn)低碳?xì)涞闹匾緩街?。IEA指出，除使用可再生能源電解水制氫外，經(jīng)過 CCUS技術(shù)改造的化石能源制氫設(shè)施也是低碳?xì)涞闹匾獊碓础Ｄ壳?，全球?jīng)過 CCUS技術(shù)改造的7個制氫廠每年可生產(chǎn)40萬噸的氫氣，是電解槽制氫量的3倍。將來，與制備低碳?xì)溆嘘P(guān)的 CCUS工程將快速增加，帶動碳捕集量不斷增長(見圖1)。估量到2070年，全球40%的低碳?xì)鋵碜浴盎剂?CCUS技術(shù)”。2CCUS產(chǎn)業(yè)進(jìn)呈現(xiàn)狀CCUS產(chǎn)業(yè)仍處于商業(yè)化的早期階段全球碳捕獲與封存技術(shù)進(jìn)展已40余年，尤其在C02驅(qū)油領(lǐng)域取得了豐富的爭論與實踐閱歷。就整個CCUS產(chǎn)業(yè)而言，受限于經(jīng)濟(jì)本錢的制約，目前仍處于商業(yè)化的早期階段。但從技術(shù)角度看，其所涉及的各個環(huán)節(jié)，均有較為成熟的技術(shù)可以借鑒。依據(jù)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的組合關(guān)系，可將國內(nèi)外 CCUS產(chǎn)業(yè)模式分為3類：1〕捕集-利用型〔CU型〕，將捕集的C02進(jìn)展直接應(yīng)用，主要為化工利用和生物利用；2〕捕集-運輸-埋存型〔CTS型〕，將捕集的C02通過罐車或管道等方式輸送至目的地，并進(jìn)展地質(zhì)封存,例如神華在內(nèi)蒙古開展的咸水層封存示范工程 捕集-運輸-利用-埋存型〔CTUS型〕，利用方式主要為C02驅(qū)油。目前，在全球大規(guī)模綜合性工程中，美國、加拿大及中東地區(qū)以CTUS型為主，歐洲、澳大利亞則以CTS型居多。我國運行及在建工程多為 CU型，完整產(chǎn)業(yè)鏈的CTUS型相對較少。全球C02捕集量主要集中于北美和歐洲依據(jù)全球碳捕集與封存爭論院〔GCCSI〕的統(tǒng)計，目前世界上的CCUS工程超過400個，有65個商業(yè)CCS設(shè)施。在2023年啟動的17個商業(yè)設(shè)施中，12個都位于美國。正在運行中的CCS設(shè)施每年可捕集和永久封存約 4000萬噸C02。在運行、在建和規(guī)劃的工程中，年捕集量在 40萬噸以上的大規(guī)模綜合性項目有4362%的捕集量集中在北美和歐洲地區(qū)，其次是澳大利亞和中國。美國在利用C02驅(qū)油的同時，已經(jīng)封存C02約10億噸，形成了較為成熟的驅(qū)油技術(shù)和配套設(shè)施。從C02排放源類型及規(guī)模來看，主要集中于電廠、自然氣處理、合成氣、煉油及化工等行業(yè)。其中電廠捕集量最大，占52%O

從單個工程C02捕集量來看，自然氣處理、合成氣、煤液化及電力行業(yè)的C02捕集量平均為200萬?370萬噸/年，化肥、制氫、鋼鐵、煉油及化工行業(yè)捕集量平均為90萬?120萬噸/年。中國碳捕集技術(shù)主要應(yīng)用于煤電行業(yè)，地質(zhì)封存則集中于石油行業(yè)中國各類CCUS技術(shù)掩蓋面較廣，相關(guān)工程涵蓋了深部咸水C02C02驅(qū)替煤層氣等多種關(guān)鍵技術(shù)〔見表Do截至2023年底，中國共開展了9個捕集示范工程、12個地質(zhì)利用與封存工程，其中包含10個全流程示范工程。全部CCUS工程的累計C02200萬噸。從C02排放源類型來看，以電廠、水泥、鋼鐵和煤化工為主，其排放量占總量的92%；從CCUS示范工程的碳捕集源來看，主要集中在煤電和煤化工領(lǐng)域，C02運輸方式以罐車為主，管道運輸工程較少。從碳利用和封存方式來看，目前我國化工和生物利用的 C02數(shù)量較少?；だ檬且曰瘜W(xué)轉(zhuǎn)化為主要手段，將 C02和共反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)品包括材料、燃料、化學(xué)品等；生物利用是以生物轉(zhuǎn)化為主要手段，將 C02用于生物質(zhì)合成，產(chǎn)品包括食品、飼料、肥料等。燃煤電廠碳捕集后一般為食品加工業(yè)或工業(yè)所用，而煤化工領(lǐng)域碳捕集后較多用于驅(qū)油，兩類碳捕集均有咸水層封存案例，且封存潛力較大。CCUS示范工程投資主體根本是國內(nèi)大型能源企業(yè),全流程初始投資及維護(hù)本錢之和超千元/噸，典型CCUS工程各環(huán)節(jié)本錢構(gòu)成如圖2所示。其中，捕集階段是能耗和本錢最高的環(huán)節(jié)。低濃度C02捕集本錢為300?900元/約為0.9?1.4元/噸?千米。驅(qū)油封存技術(shù)本錢差異較大，但因其具有提高采收率的有利效應(yīng)，可在確定程度上補(bǔ)償CCUS本錢。當(dāng)原油價格為70美元/桶時，可根本平衡CCUS驅(qū)油封存本錢。C02驅(qū)油已成為石油行業(yè)提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)世界范圍內(nèi)，注氣驅(qū)油技術(shù)已成為產(chǎn)量規(guī)模居首位的強(qiáng)化采油技術(shù)。在氣驅(qū)技術(shù)體系中，C02驅(qū)油兼具經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。石油行業(yè)探究應(yīng)用C02驅(qū)油技術(shù)的歷史可追溯到 20世紀(jì)中葉,經(jīng)過幾十年的進(jìn)展，C02驅(qū)油已成為提高采收率的關(guān)鍵技術(shù)，并且已成熟應(yīng)用于美國和歐洲主要石油公司。隨著全球應(yīng)對氣候變化的壓力漸漸增大，石油行業(yè)在進(jìn)展 CCUS產(chǎn)業(yè)方面形成了確定的共識，世界五大石油公司均在產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)開展布局與實踐。bp、埃尼、艾奎諾〔Equinor〕、殼牌、道達(dá)爾和英國國家電網(wǎng)公司建立了北部耐力合作伙伴關(guān)系 〔NEP〕,以建設(shè)海上根底設(shè)施，在英國北海安全運輸和儲存數(shù)百萬噸C02,建立脫碳的工業(yè)集群；?？松梨趯⒊闪⒌奶紲p排部門，供給低碳減排技術(shù)商業(yè)化解決方案，初期將專注于碳捕獲和儲存；雪佛龍宣布將持續(xù)投資開發(fā)CCUS技術(shù)的BluePlanetSystems公司,逐步降低工業(yè)生產(chǎn)中的碳排放強(qiáng)度； ADN0C〔阿布扎比國家石油公司〕與道達(dá)爾簽署戰(zhàn)略框架協(xié)議，以探究在 C02減排以及CCUS領(lǐng)域的聯(lián)合爭論。值得關(guān)注的是，EPC〔工程總承包〕公司在CCUS領(lǐng)域工程建設(shè)方面扮演著重要角色，并樂觀參與石油公司在CCUS領(lǐng)域的工程設(shè)計與實施，開展技術(shù)應(yīng)用與實踐，且多數(shù)參與油氣領(lǐng)域和CCUS領(lǐng)域的工程建設(shè)〔2〕。EPC公司同時從國內(nèi)來看，石油行業(yè)C02利用以提高采收率為主，在驅(qū)油的同時將C02封存于地下，實現(xiàn)碳減排和增產(chǎn)的雙重利益。已開展驅(qū)油工程的油田包括大慶、吉林、疆、長慶油田和成功、中原油田等，并在吉林、成功等油田成功建成了C02驅(qū)油與埋存的示范基地，取得了理論、技術(shù)和礦場試驗方面的重大進(jìn)展。C02驅(qū)替煤層氣工程仍處于先導(dǎo)試驗莊區(qū)塊開展。塔河煉化公司在綜合利用 CCUS技術(shù)方面取得了良好成效。公司對兩套制氫裝置加熱爐尾氣進(jìn)展回收處理，產(chǎn)出高純度的C02供給塔河油田，用于驅(qū)油并埋存在廢棄和低效的油井里。該工程具備年產(chǎn)11.6萬噸液態(tài)C02的力氣，一期已于20235月投入使用。3CCUS產(chǎn)業(yè)進(jìn)展瓶頸及技術(shù)進(jìn)展趨勢國內(nèi)CCUS產(chǎn)業(yè)進(jìn)展面臨的瓶頸仍需突破相對于中國在C02排放量和減排的需求，當(dāng)前CCUS在中國CCUS產(chǎn)業(yè)進(jìn)展面臨多個因素制約。一是CCUS工程本錢普遍較高，尚未形成產(chǎn)業(yè)集群。在實際應(yīng)用中，昂揚的投資本錢及運行本錢阻礙了 CCUS工程的順當(dāng)推動。但油價上漲可以大幅度提高 C02承受本錢，對于有確定承受力的油田，油價每增加 10美元/桶，其承受本錢將增加 1292元/噸，但只有不到1/4的油田可承受200元/噸以上的來源本錢〔捕集+壓縮+運輸本錢〕加不容樂觀。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，煤電示范工程安裝碳捕集裝置后，捕集每噸C02將額外增加140?600元/直接導(dǎo)致發(fā)電本錢大幅增加，無法實現(xiàn)減排收益，嚴(yán)峻影響著企業(yè)開展CCUS示范工程的樂觀性。二是CCUS產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步突破，資金支持力度仍需加大。假設(shè)要推動其次代燃煤電廠碳捕集技術(shù)在2030年示范完成并投入商業(yè)化運營，則應(yīng)進(jìn)一步增加政策扶持和融資力度。同時，燃燒前處理技術(shù)仍屬興技術(shù)，發(fā)電機(jī)本錢較高，需要加快技術(shù)研發(fā)步伐。另一方面，受現(xiàn)有的CCUS技術(shù)水平的制約，在工程部署時將使一次能耗增加10%?20%甚至更多，效率損失很大，嚴(yán)峻阻礙著CCUS技術(shù)的推廣和應(yīng)用。要快速轉(zhuǎn)變這種狀況就需要更多的資金投入。三是商業(yè)模式尚未成熟，產(chǎn)業(yè)進(jìn)展面臨多重阻礙。全流程CCUS示范工程涉及電力、煤化工、鋼鐵、油氣等多個行業(yè)的不同企業(yè)，工程的實施普遍面臨收益共享、責(zé)任分擔(dān)和風(fēng)險分擔(dān)等難題，需要建立有效的協(xié)調(diào)機(jī)制或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及長期公正的合作模式，有效解決氣源供給、管網(wǎng)輸送、地企關(guān)系等難題，從而實現(xiàn)CCUS工程各環(huán)節(jié)的良好對接。國家扶持政策將逐步引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)安康進(jìn)展近期公布的綠色低碳產(chǎn)業(yè)扶持政策將推動中國 CCUS產(chǎn)業(yè)邁出堅實步伐。2023年7月8日，人民銀行會同國家發(fā)改委、中國證監(jiān)會公布《關(guān)于印發(fā)〈綠色債券支持工程名目〔2023年版〕〉的通知》， CCS被首次納入其中，進(jìn)一步拓展了工程融資渠道。2023年政府工作報告中提出，今年要扎實做好碳達(dá)峰、碳中和各項工作，制定 2030年前碳排放達(dá)峰行動方案?！啊睍r期，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和 C02排放分別降低13.5%和18%,這兩項指標(biāo)將作為約束性指標(biāo)進(jìn)展治理。陜西省和海南省在2023年地方政府工作報告中也提出，要進(jìn)展CCUS產(chǎn)業(yè)，開展相關(guān)爭論。同時，2023年“兩會”期間，多位代表委員表示，要“多措并舉”加快碳中和進(jìn)程，一手抓傳統(tǒng)能源的技術(shù)改造，另一手推能源的深度進(jìn)展?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會進(jìn)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》也提出，要“開展碳捕集利用與封存重大工程示范”。從長期來看， CCUS對于碳中和是不行或缺的技術(shù)，而且進(jìn)展規(guī)模將快速增長。可以預(yù)見，將來 5年開展重大工程示范，將推動 CCUS在本世紀(jì)30年月初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對于2060年前實現(xiàn)我國碳中和目標(biāo)意義重大。CCUS 技術(shù)發(fā)展仍具有廣闊前景2023年12月，能源基金會公布的《中國碳中和綜合報告2023》指出，電力行業(yè)達(dá)峰之后碳排放必需馬上下降，到2050年實現(xiàn)零碳或負(fù)排放。與2023年相比，2050年我國建筑和工業(yè)行業(yè)必需實現(xiàn)90%減排，交通實現(xiàn)80%減排，全部行業(yè)都需要盡快達(dá)峰；停頓建未使用CCUS技術(shù)的常規(guī)燃煤電廠；識別并關(guān)停一小局部老舊、高污染且效率低下的現(xiàn)有燃煤電廠。以上約束指標(biāo)表達(dá)了對CCUS技術(shù)的剛性需求，必將加速CCUS產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的迭代進(jìn)展。IEA爭論說明，基于2070年實現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，到 2050年，需要應(yīng)用各種碳減排技術(shù)將空氣中的溫室氣體濃度限制在450Ppm以內(nèi)，其中CCUS的奉獻(xiàn)為9%左右，即利用CCS技術(shù)捕集的C02總量將增至約56.35億噸，其中利用量為3.69億噸，封存量為52.66億噸。到2070年，化石燃料能效提升與終端用能電氣化、太陽能/風(fēng)能/生物質(zhì)能/氫能等能源替代和 CCUS是主要碳減排路徑，累計減排奉獻(xiàn)的占比分別可達(dá) 40%、38%和15%o對于中國而言，到2050年，電力、工業(yè)領(lǐng)域通過 CCUS技術(shù)實現(xiàn)C02減排量將分別達(dá)8億噸/年和6億噸/年。假設(shè)要將凈零目標(biāo)從2070年提前到2050年，全球CCUS設(shè)施數(shù)量必需再增加50%0盡管CCUS技術(shù)目前能耗和本錢仍較高，但長期來看，必將隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步而趨于下降。IEA估量，碳捕集本錢在將來10?20年間將下降30%?50%。其中，通過推廣電化學(xué)分別技術(shù)估量可使電廠平準(zhǔn)化度電本錢〔LCOE〕下降30%;使用膜分別、先進(jìn)化學(xué)吸取法、變壓吸附〔PSA〕和變溫吸附〔TSA〕、鈣循環(huán)法等工藝可使 LC0E下降10%?30%;使用加壓富氧燃燒、化學(xué)鏈燃燒和吸附強(qiáng)化水煤氣變換技術(shù)可使 LC0E下降10%隨o著智能化鉆井技術(shù)和勘探技術(shù)的進(jìn)展，估量碳封存本錢到 2040年將下降20%?25%。并且隨著C02交易價格的