碳捕集與封存重要突破

2012年8月6日，中國首個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，已累計封存二氧化碳4萬多噸，取得了碳捕獲與封存（CCS）技術領域的突破性進展。

這個由中國最大的煤炭企業(yè)神華集團實施的10萬噸/年“CCS”示范項目，是中國百萬噸級煤直接液化示范項目的環(huán)保配套工程，被列為國家科技支撐計劃重點科研項目。

北京大學清潔能源研究院院長張東曉認為，“CCS”有望成為全世界減少碳排放份額最大的單項技術。因為封存工業(yè)排放的大量二氧化碳，潛力最大的地質(zhì)結構就是咸水層，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，而這種盆地在中國比較多見。這個示范項目實現(xiàn)長周期運行，將為中國建設煤基低碳能源系統(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。

目前國際上正在開展的CCS項目有很多，其中比較著名的是：

美國未來發(fā)電計劃（FutureGen）

項目原打算在一個260MW的IGCC電廠測試碳捕集技術和CCS系統(tǒng)，目標是將電廠廢氣減少到近零排放的水平。2008年6月30日美國能源局宣布將重新整合未來煤電計劃。美國能源局將只贊助CCS系統(tǒng)，而不再向IGCC電廠投資。

挪威Sleipner項目

Sleipner項目開始于1996年，是世界上首個將CO2封存在地下咸水深層的商業(yè)實例，由挪威國家石油公司運營。該項目每年可封存100萬噸CO2。

德國黑泵電廠項目

這是世界上首個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東北部的施普倫貝格動工建設，電廠裝機容量為30MW。

此外，中國已經(jīng)于2008年在北京一個熱電廠改造了CO2捕集設備，更多的CCS項目正在規(guī)劃中：

華能-CSIRO燃燒后捕集示范項目

該示范項目由澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）、中國華能集團公司以及西安熱工研究院（TPRI）聯(lián)合建設。該項目是對華能北京高碑店熱電廠進行碳捕集改造，設計CO2回收率大于85%，年回收CO2能力為3000噸。該示范項目已于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目是在其二期新建的兩臺66萬千瓦的超超臨界機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計制造，處理煙氣量為66000標準立方米/小時，約占單臺機組額定工況總煙氣量的4%，設計年運行時間為8000小時，年生產(chǎn)食品級二氧化碳10萬噸。該項目已于2009年12月30日投入運營。

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30萬千瓦的機組上建造碳捕集裝置，總投資約1235億元，由中電投遠達環(huán)保工程有限公司自主研發(fā)設計，年處理煙氣量為5000萬標準立方米，年生產(chǎn)工業(yè)級二氧化碳1萬噸。該碳捕集項目于 2010年1月20日投入運營。

中英碳捕集與封存合作項目（NZEC）

中英煤炭利用近零排放合作項目（Near Zero Emissions Coal）旨在應對中國日益增加的燃煤能源生產(chǎn)和二氧化碳（CO2）排放。英國計劃通過三個階段實現(xiàn)NZEC示范的目標。第一階段，研究在中國示范和發(fā)展CCS技術的可行性方案；第二階段，進一步開展CCS技術的開發(fā)工作；第三階段，在2014年之前建成CCS技術示范電廠。

中英煤炭利用近零排放項目（COACH）

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

綠色煤電計劃（Greengen）

綠色煤電計劃是中國華能集團公司于2004年提出的，計劃的總體目標是研究開發(fā)、示范推廣以煤氣化制氫、氫氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和燃料電池發(fā)電為主、并對污染物和CO2進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示范電站開工建設，總投資21億元，采用華能自主研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的每天2000噸級兩段式干煤粉氣化爐，首臺機組將于2011年建成。

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

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)結構中，這些地質(zhì)結構可以是油田、氣田、咸水層、無法開采的煤礦等。IPCC的研究表明，CO2性質(zhì)穩(wěn)定，可以在相當長的時間內(nèi)被封存。若地質(zhì)封存點經(jīng)過謹慎的選擇、設計與管理，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技術可提高30%~60%的石油產(chǎn)量）；注入無法開采的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅(qū)出來，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，這類地質(zhì)結構較為常見，同時擁有巨大的封存潛力。不過與油田相比，人們對這類地質(zhì)結構的認識還較為有限。

碳捕集與封存海洋封存

海洋封存是指將CO2通過輪船或管道運輸?shù)缴詈：５走M行封存。然而，這種封存辦法也許會對環(huán)境造成負面的影響，比如過高的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逃逸到大氣當中（有研究發(fā)現(xiàn)，海底的海水流動到海面需要1600年的時間）。

總的來說，人們對海洋封存的了解還是太少。

捕集到的二氧化碳必須運輸?shù)胶线m的地點進行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進行運輸。一般說來，管道是最經(jīng)濟的運輸方式。2008年，美國約有5800千米的CO2管道，這些管道大都用以將CO2運輸?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CO2進行捕集。剩下的H2可以被當作燃料使用。

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

碳捕集與封存富氧燃燒

富氧燃燒采用傳統(tǒng)燃煤電站的技術流程，但通過制氧技術，將空氣中大比例的氮氣（N2）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，可以直接進行處理和封存。

歐洲已有在小型電廠進行改造的富氧燃燒項目。該技術路線面臨的最大難題是制氧技術的投資和能耗太高，還沒找到一種廉價低耗的能動技術。

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分離技術主要有化學吸收法（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，正處于發(fā)展階段，但卻是公認的在能耗和設備緊湊性方面具有非常大潛力的技術。

從理論上說，燃燒后捕集技術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，耗費大量的能源。

CCS技術可以分為捕集、運輸以及封存三個步驟，商業(yè)化的二氧化碳捕集已經(jīng)運營了一段時間，技術已發(fā)展得較為成熟，而二氧化碳封存技術各國還在進行大規(guī)模的實驗。

據(jù)路透社報道，全球碳捕獲與儲存研究所在其本年度關于全球碳捕獲與儲存部署情況的報告中警告說，根據(jù)如今的投資水平和監(jiān)管不確定性來看，從現(xiàn)有的16個項目激增至130個項目的目標是不可能實現(xiàn)的。

該研究所預計，其年度報告中確定的59個項目中，屆時可能只有51個能投入運行，而有些項目則不太可能實施。

“由于碳捕獲與儲存是鐵、鋼和水泥生產(chǎn)等工業(yè)領域唯一可用的脫碳技術，因此，無法將溫度升幅僅僅控制在2攝氏度的風險變得更大?！眻蟾嬲f。

許多主要國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，這阻礙了私營部門在這項昂貴技術方面的投資。

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

根據(jù)該調(diào)查報告的結果，在過去一年中，全球大規(guī)模碳捕獲與儲存項目的數(shù)量只增加了1/75。自2011年以來，有8個項目被取消，但新確定了9個項目，其中大部分項目將把捕獲的碳注入地下，以實現(xiàn)石油或天然氣的再開采。美國的碳捕獲項目數(shù)量居首，已運行和規(guī)劃中的項目達24個，其次是歐洲的21個和中國的11個。

美國和加拿大正在發(fā)展的項目主要都是利用捕獲的碳來恢復石油開采。而中國碳捕獲與儲存行動的力度最大，9個新確立的項目中有5個位于中國。

報告還顯示，雖然發(fā)展中國家的溫室氣體排放量預計將因人口增多和工業(yè)化進程而上升，但其碳捕獲與儲存初期階段的發(fā)展取得了一些進展。

19個發(fā)展中國家正在實施碳捕獲與儲存項目，但為了實現(xiàn)國際能源署認為的必要的全球減排目標，到2050年，70%的碳捕獲與儲存項目需要部署在非經(jīng)合組織國家。

該報告指出，英國、聯(lián)合國和中國自2011年起已經(jīng)在制定相關政策，這將有助于更大規(guī)模地部署碳捕獲與儲存項目。

英國政府推出了一項綜合政策，希望通過電力市場的改革，推動示范規(guī)模的碳捕獲與儲存項目向商業(yè)規(guī)模擴展。

聯(lián)合國的氣候變化機構在今年夏天決定，碳捕獲與儲存項目有資格作為清潔發(fā)展機制下的碳抵消項目，從而促使發(fā)展中國家采用這一技術來賺取碳信用額。而中國的5年規(guī)劃則將碳捕獲與儲存列入了優(yōu)先政策事項。

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

“盡管碳捕獲和儲存示范項目的投資仍然相當可觀，但卻越來越不穩(wěn)固，而且現(xiàn)有的資金支持水平所服務的項目將比最初預期的要少?！眻蟾嬲f。

全球碳捕獲與儲存研究所警告說，政府需要做的不僅僅是通過碳定價立法來刺激碳捕獲與儲存方面的投資，同時應該減少賦予低碳技術政策上的優(yōu)勢——比如可再生能源，它們擁有更多補貼和激勵政策。

《碳捕集、利用與封存技術》基于國內(nèi)外碳捕集、利用與封存（CCUS）技術的研究進展，闡述發(fā)展CCUS技術對于減少溫室氣體排放，應對氣候變化的作用和意義；評估國際CCUS技術的發(fā)展現(xiàn)狀；全面介紹CCUS技術流程及中國CCUS技術研發(fā)與工程實踐；綜述并分析世界主要國家CCUS政策法規(guī)與投融資機制，并在此基礎上探討中國CCUS技術發(fā)展與應用面臨的政策需求及可供借鑒的經(jīng)驗；最后簡要介紹世界各國CCUS技術發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，展望CCUS技術在中國發(fā)展面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

《電力名詞》第三版。 2100433B

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