碳捕集與封存二氧化碳捕集

二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuel combustion）和燃燒后捕集（Post-combustion）。

碳捕集與封存燃燒前捕集

燃燒前捕集主要運(yùn)用于IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）系統(tǒng)中，將煤高壓富氧氣化變成煤氣，再經(jīng)過(guò)水煤氣變換后將產(chǎn)生CO2和氫氣（H2），氣體壓力和CO2濃度都很高，將很容易對(duì)CO2進(jìn)行捕集。剩下的H2可以被當(dāng)作燃料使用。

該技術(shù)的捕集系統(tǒng)小，能耗低，在效率以及對(duì)污染物的控制方面有很大的潛力，因此受到廣泛關(guān)注。然而，IGCC發(fā)電技術(shù)仍面臨著投資成本太高，可靠性還有待提高等問(wèn)題。

碳捕集與封存富氧燃燒

富氧燃燒采用傳統(tǒng)燃煤電站的技術(shù)流程，但通過(guò)制氧技術(shù)，將空氣中大比例的氮?dú)猓∟2）脫除，直接采用高濃度的氧氣（O2）與抽回的部分煙氣（煙道氣）的混合氣體來(lái)替代空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO2氣體，可以直接進(jìn)行處理和封存。

歐洲已有在小型電廠進(jìn)行改造的富氧燃燒項(xiàng)目。該技術(shù)路線面臨的最大難題是制氧技術(shù)的投資和能耗太高，還沒(méi)找到一種廉價(jià)低耗的能動(dòng)技術(shù)。

碳捕集與封存燃燒后捕集

燃燒后捕集即在燃燒排放的煙氣中捕集CO2，如今常用的CO2分離技術(shù)主要有化學(xué)吸收法（利用酸堿性吸收）和物理吸收法（變溫或變壓吸附），此外還有膜分離法技術(shù)，正處于發(fā)展階段，但卻是公認(rèn)的在能耗和設(shè)備緊湊性方面具有非常大潛力的技術(shù)。

從理論上說(shuō)，燃燒后捕集技術(shù)適用于任何一種火力發(fā)電廠。然而，普通煙氣的壓力小體積大，CO2濃度低，而且含有大量的N2，因此捕集系統(tǒng)龐大，耗費(fèi)大量的能源。

CCS技術(shù)可以分為捕集、運(yùn)輸以及封存三個(gè)步驟，商業(yè)化的二氧化碳捕集已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了一段時(shí)間，技術(shù)已發(fā)展得較為成熟，而二氧化碳封存技術(shù)各國(guó)還在進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。

捕集到的二氧化碳必須運(yùn)輸?shù)胶线m的地點(diǎn)進(jìn)行封存，可以使用汽車(chē)、火車(chē)、輪船以及管道來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸。一般說(shuō)來(lái)，管道是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式。2008年，美國(guó)約有5800千米的CO2管道，這些管道大都用以將CO2運(yùn)輸?shù)接吞?，注入地下油層以提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）

二氧化碳封存的方法有許多種，一般說(shuō)來(lái)可分為地質(zhì)封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）兩類(lèi)。

碳捕集與封存地質(zhì)封存

地質(zhì)封存一般是將超臨界狀態(tài)（氣態(tài)及液態(tài)的混合體）的CO2注入地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以是油田、氣田、咸水層、無(wú)法開(kāi)采的煤礦等。IPCC的研究表明，CO2性質(zhì)穩(wěn)定，可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被封存。若地質(zhì)封存點(diǎn)經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎的選擇、設(shè)計(jì)與管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。

把CO2注入油田或氣田用以驅(qū)油或驅(qū)氣可以提高采收率（使用EOR技術(shù)可提高30%~60%的石油產(chǎn)量）；注入無(wú)法開(kāi)采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)出來(lái)，即所謂的提高煤層氣采收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。

然而，若要封存大量的CO2，最適合的地點(diǎn)是咸水層。咸水層一般在地下深處，富含不適合農(nóng)業(yè)或飲用的咸水，這類(lèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為常見(jiàn)，同時(shí)擁有巨大的封存潛力。不過(guò)與油田相比，人們對(duì)這類(lèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還較為有限。

碳捕集與封存海洋封存

海洋封存是指將CO2通過(guò)輪船或管道運(yùn)輸?shù)缴詈：５走M(jìn)行封存。然而，這種封存辦法也許會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面的影響，比如過(guò)高的CO2含量將殺死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能會(huì)逃逸到大氣當(dāng)中（有研究發(fā)現(xiàn)，海底的海水流動(dòng)到海面需要1600年的時(shí)間）。

總的來(lái)說(shuō)，人們對(duì)海洋封存的了解還是太少。

目前國(guó)際上正在開(kāi)展的CCS項(xiàng)目有很多，其中比較著名的是：

美國(guó)未來(lái)發(fā)電計(jì)劃（FutureGen）

項(xiàng)目原打算在一個(gè)260MW的IGCC電廠測(cè)試碳捕集技術(shù)和CCS系統(tǒng)，目標(biāo)是將電廠廢氣減少到近零排放的水平。2008年6月30日美國(guó)能源局宣布將重新整合未來(lái)煤電計(jì)劃。美國(guó)能源局將只贊助CCS系統(tǒng)，而不再向IGCC電廠投資。

挪威Sleipner項(xiàng)目

Sleipner項(xiàng)目開(kāi)始于1996年，是世界上首個(gè)將CO2封存在地下咸水深層的商業(yè)實(shí)例，由挪威國(guó)家石油公司運(yùn)營(yíng)。該項(xiàng)目每年可封存100萬(wàn)噸CO2。

德國(guó)黑泵電廠項(xiàng)目

這是世界上首個(gè)能捕集和封存自身所產(chǎn)生的CO2的燃煤電廠，于2008年9月9日由瑞典瀑布電力公司在德國(guó)東北部的施普倫貝格動(dòng)工建設(shè)，電廠裝機(jī)容量為30MW。

此外，中國(guó)已經(jīng)于2008年在北京一個(gè)熱電廠改造了CO2捕集設(shè)備，更多的CCS項(xiàng)目正在規(guī)劃中：

華能-CSIRO燃燒后捕集示范項(xiàng)目

該示范項(xiàng)目由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）、中國(guó)華能集團(tuán)公司以及西安熱工研究院（TPRI）聯(lián)合建設(shè)。該項(xiàng)目是對(duì)華能北京高碑店熱電廠進(jìn)行碳捕集改造，設(shè)計(jì)CO2回收率大于85%，年回收CO2能力為3000噸。該示范項(xiàng)目已于2008年7月16日正式投產(chǎn)。

華能上海石洞口第二電廠

華能上海石洞口第二電廠碳捕獲項(xiàng)目是在其二期新建的兩臺(tái)66萬(wàn)千瓦的超超臨界機(jī)組上安裝碳捕集裝置，該裝置總投資約1億元，由西安熱工研究院設(shè)計(jì)制造，處理煙氣量為66000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)，約占單臺(tái)機(jī)組額定工況總煙氣量的4%，設(shè)計(jì)年運(yùn)行時(shí)間為8000小時(shí)，年生產(chǎn)食品級(jí)二氧化碳10萬(wàn)噸。該項(xiàng)目已于2009年12月30日投入運(yùn)營(yíng)。

中電投重慶合川雙槐電廠

中電投重慶合川雙槐電廠是在一期兩臺(tái)30萬(wàn)千瓦的機(jī)組上建造碳捕集裝置，總投資約1235億元，由中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)，年處理煙氣量為5000萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米，年生產(chǎn)工業(yè)級(jí)二氧化碳1萬(wàn)噸。該碳捕集項(xiàng)目于 2010年1月20日投入運(yùn)營(yíng)。

中英碳捕集與封存合作項(xiàng)目（NZEC）

中英煤炭利用近零排放合作項(xiàng)目（Near Zero Emissions Coal）旨在應(yīng)對(duì)中國(guó)日益增加的燃煤能源生產(chǎn)和二氧化碳（CO2）排放。英國(guó)計(jì)劃通過(guò)三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)NZEC示范的目標(biāo)。第一階段，研究在中國(guó)示范和發(fā)展CCS技術(shù)的可行性方案；第二階段，進(jìn)一步開(kāi)展CCS技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作；第三階段，在2014年之前建成CCS技術(shù)示范電廠。

中英煤炭利用近零排放項(xiàng)目（COACH）

中英煤炭利用近零排放項(xiàng)目（COoperation Action within CCS CHina-EU）旨在促進(jìn)中歐碳捕集與封存（CCS）領(lǐng)域的合作?，F(xiàn)今中國(guó)計(jì)劃在2010年之前建造一座具備CO2捕集與封存技術(shù)的燃煤電廠，COACH項(xiàng)目將為這一計(jì)劃提供必要的技術(shù)支持。

綠色煤電計(jì)劃（Greengen）

綠色煤電計(jì)劃是中國(guó)華能集團(tuán)公司于2004年提出的，計(jì)劃的總體目標(biāo)是研究開(kāi)發(fā)、示范推廣以煤氣化制氫、氫氣輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和燃料電池發(fā)電為主、并對(duì)污染物和CO2進(jìn)行高效處置的煤基能源系統(tǒng)；大幅度提高煤炭發(fā)電效率，使煤炭發(fā)電達(dá)到污染物和CO2的近零排放。2009年7月6日，綠色煤電天津IGCC示范電站開(kāi)工建設(shè)，總投資21億元，采用華能自主研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的每天2000噸級(jí)兩段式干煤粉氣化爐，首臺(tái)機(jī)組將于2011年建成。

2012年8月6日，中國(guó)首個(gè)二氧化碳封存至地下咸水層的全流程示范工程建成投產(chǎn)一年多來(lái)，已累計(jì)封存二氧化碳4萬(wàn)多噸，取得了碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。

這個(gè)由中國(guó)最大的煤炭企業(yè)神華集團(tuán)實(shí)施的10萬(wàn)噸/年“CCS”示范項(xiàng)目，是中國(guó)百萬(wàn)噸級(jí)煤直接液化示范項(xiàng)目的環(huán)保配套工程，被列為國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)科研項(xiàng)目。

北京大學(xué)清潔能源研究院院長(zhǎng)張東曉認(rèn)為，“CCS”有望成為全世界減少碳排放份額最大的單項(xiàng)技術(shù)。因?yàn)榉獯婀I(yè)排放的大量二氧化碳，潛力最大的地質(zhì)結(jié)構(gòu)就是咸水層，僅鄂爾多斯盆地下面的咸水層就能封存幾百億噸的二氧化碳，而這種盆地在中國(guó)比較多見(jiàn)。這個(gè)示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，將為中國(guó)建設(shè)煤基低碳能源系統(tǒng)作出積極的探索，有助于其在清潔利用煤炭資源和溫室氣體減排方面做出更多貢獻(xiàn)。

據(jù)路透社報(bào)道，全球碳捕獲與儲(chǔ)存研究所在其本年度關(guān)于全球碳捕獲與儲(chǔ)存部署情況的報(bào)告中警告說(shuō)，根據(jù)如今的投資水平和監(jiān)管不確定性來(lái)看，從現(xiàn)有的16個(gè)項(xiàng)目激增至130個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是不可能實(shí)現(xiàn)的。

該研究所預(yù)計(jì)，其年度報(bào)告中確定的59個(gè)項(xiàng)目中，屆時(shí)可能只有51個(gè)能投入運(yùn)行，而有些項(xiàng)目則不太可能實(shí)施。

“由于碳捕獲與儲(chǔ)存是鐵、鋼和水泥生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域唯一可用的脫碳技術(shù)，因此，無(wú)法將溫度升幅僅僅控制在2攝氏度的風(fēng)險(xiǎn)變得更大?！眻?bào)告說(shuō)。

許多主要國(guó)家的政府未能制定限制碳排放的法規(guī)并提高企業(yè)的排污成本，這阻礙了私營(yíng)部門(mén)在這項(xiàng)昂貴技術(shù)方面的投資。

在美國(guó)，兩位總統(tǒng)候選人都在對(duì)煤炭行業(yè)的支持上大做文章，卻很少提及在碳捕獲與儲(chǔ)存方面的投資，原因在于使用水力壓裂法開(kāi)采使得頁(yè)巖氣產(chǎn)量激增，從而大幅拉低了天然氣價(jià)格，推動(dòng)溫室氣體排放量降至20年來(lái)的低點(diǎn)。

根據(jù)該調(diào)查報(bào)告的結(jié)果，在過(guò)去一年中，全球大規(guī)模碳捕獲與儲(chǔ)存項(xiàng)目的數(shù)量只增加了1/75。自2011年以來(lái)，有8個(gè)項(xiàng)目被取消，但新確定了9個(gè)項(xiàng)目，其中大部分項(xiàng)目將把捕獲的碳注入地下，以實(shí)現(xiàn)石油或天然氣的再開(kāi)采。美國(guó)的碳捕獲項(xiàng)目數(shù)量居首，已運(yùn)行和規(guī)劃中的項(xiàng)目達(dá)24個(gè)，其次是歐洲的21個(gè)和中國(guó)的11個(gè)。

美國(guó)和加拿大正在發(fā)展的項(xiàng)目主要都是利用捕獲的碳來(lái)恢復(fù)石油開(kāi)采。而中國(guó)碳捕獲與儲(chǔ)存行動(dòng)的力度最大，9個(gè)新確立的項(xiàng)目中有5個(gè)位于中國(guó)。

報(bào)告還顯示，雖然發(fā)展中國(guó)家的溫室氣體排放量預(yù)計(jì)將因人口增多和工業(yè)化進(jìn)程而上升，但其碳捕獲與儲(chǔ)存初期階段的發(fā)展取得了一些進(jìn)展。

19個(gè)發(fā)展中國(guó)家正在實(shí)施碳捕獲與儲(chǔ)存項(xiàng)目，但為了實(shí)現(xiàn)國(guó)際能源署認(rèn)為的必要的全球減排目標(biāo)，到2050年，70%的碳捕獲與儲(chǔ)存項(xiàng)目需要部署在非經(jīng)合組織國(guó)家。

該報(bào)告指出，英國(guó)、聯(lián)合國(guó)和中國(guó)自2011年起已經(jīng)在制定相關(guān)政策，這將有助于更大規(guī)模地部署碳捕獲與儲(chǔ)存項(xiàng)目。

英國(guó)政府推出了一項(xiàng)綜合政策，希望通過(guò)電力市場(chǎng)的改革，推動(dòng)示范規(guī)模的碳捕獲與儲(chǔ)存項(xiàng)目向商業(yè)規(guī)模擴(kuò)展。

聯(lián)合國(guó)的氣候變化機(jī)構(gòu)在今年夏天決定，碳捕獲與儲(chǔ)存項(xiàng)目有資格作為清潔發(fā)展機(jī)制下的碳抵消項(xiàng)目，從而促使發(fā)展中國(guó)家采用這一技術(shù)來(lái)賺取碳信用額。而中國(guó)的5年規(guī)劃則將碳捕獲與儲(chǔ)存列入了優(yōu)先政策事項(xiàng)。

但全球碳捕獲與儲(chǔ)存研究所警告說(shuō)，這些進(jìn)展并不足以削減碳排放或防止溫度顯著升高。

“盡管碳捕獲和儲(chǔ)存示范項(xiàng)目的投資仍然相當(dāng)可觀，但卻越來(lái)越不穩(wěn)固，而且現(xiàn)有的資金支持水平所服務(wù)的項(xiàng)目將比最初預(yù)期的要少?！眻?bào)告說(shuō)。

全球碳捕獲與儲(chǔ)存研究所警告說(shuō)，政府需要做的不僅僅是通過(guò)碳定價(jià)立法來(lái)刺激碳捕獲與儲(chǔ)存方面的投資，同時(shí)應(yīng)該減少賦予低碳技術(shù)政策上的優(yōu)勢(shì)——比如可再生能源，它們擁有更多補(bǔ)貼和激勵(lì)政策。

《碳捕集、利用與封存技術(shù)》基于國(guó)內(nèi)外碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)的研究進(jìn)展，闡述發(fā)展CCUS技術(shù)對(duì)于減少溫室氣體排放，應(yīng)對(duì)氣候變化的作用和意義；評(píng)估國(guó)際CCUS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；全面介紹CCUS技術(shù)流程及中國(guó)CCUS技術(shù)研發(fā)與工程實(shí)踐；綜述并分析世界主要國(guó)家CCUS政策法規(guī)與投融資機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上探討中國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用面臨的政策需求及可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)；最后簡(jiǎn)要介紹世界各國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，展望CCUS技術(shù)在中國(guó)發(fā)展面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

《電力名詞》第三版。 2100433B

把燃煤發(fā)電等生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳收集起來(lái),進(jìn)行提純循環(huán)再利用,并用各種方法儲(chǔ)存以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。