我国碳捕集、利用和封存的现状评估和发展建议.pdf

1 我国 碳捕集、利用和封存 的 现状评估和 发展 建议 碳 捕 集 、利用和封存 （ 以下简称“ CCUS” ） 技术是 未 来全球实现 大 规模 减排的关键技术 之一 ， 也是我国实现长期绝对减排和能源系统 深度低碳转型的重要技术 选择 。 2016 年 10 月 ，国 务 院 发 布了 “十 三五”控制温室气体排放工作方案 ，提出 “在煤基行业和油气开采 行业开展碳捕集、利用和封存的规模化产业示范 ” 、 “ 推进工业领域 碳捕集、利用和封存试点示范”，为 我国 下一步 发展 CCUS 指明了方 向 。 本文 在 深入研究和调研的基础上， 总结 评 估 了 “ 十一五 ” 以来我国 CCUS 的 发展 状况 ， 分 析 了我国 推 动 CCUS 发 展 面临 的挑战 ， 提出了 中 长期 推动 我国 CCUS 发 展的思路 和政策建议 。 一 、 我国 发展 CCUS 的 重要 意义 CCUS 是 实现 我国 长期低碳发展 的 重要选择 。 国际上将 碳捕集与 封存（ 以下简称“ CCS”） 1作为 实现长期绝对减排的重要 措施 。 在国 际能源署（ IEA）的 2 情景下，到 2050 年 ， CCS 将 贡献 1/6 的 减排 量 ； 2015-2050 年间 ， CCS 累计 减排 占全球 总 累计 减排 量 的 14%， 其 中中国 CCS 的 减排 贡献 约 占 1/3。 根据西北太平洋实验室及 中国科学 院武汉岩土力学研究所的 测算， 中国 当前 有 超过 1600 个大型 CO2排放 源， 包括 火电厂、水泥厂、钢铁厂等， 技术上 可 实现的 碳 捕集 量 超过 1 CCS 与 CCUS 称呼 略有不同但 实质 基本相同。国际上 常 用 CCS， 主要 包括三个 环节，即对二氧化碳进 行捕集、运输和地质封存 ； 中国在 此基础上 ， 结合本国 实际 提出 CCUS，在 原有 三个 环节基础上增加了 CO2 利用 环节， 可 将 CO2资源化 利用 并 产生经济效益，在现 有 技术发展阶段更具有实际操作性。 2 38 亿吨 CO2， 而 通过 强化采油 、 驱煤层气 和 盐水层 封存 等方式可封存 的 容量分别 为 10、 10 和 1000 亿吨 CO2。此外 ，中国 源汇匹配 条件好 ， 90%以上的大型碳源距潜在封存地 在 200 公里 以内。 CCUS 是 实现 我国 煤基能源系统 低碳转型 的 必然 选择 。 我国能源 结构以煤为主， 虽然 近些年国家已经采取了极为严格的 控煤措施并取 得 了 显著成效， 但 预计在未来相当长时间内 ， 煤炭消费 总 量 仍 将维持 相当规模 。 例 如 ， 从发电用能结构看，即便煤炭占比以每年 2 个百分 点的速度下降，降到 30%仍需要 15-20 年的时间 。 CCUS 同煤基能源的 发展具有 很好 的耦合性， 尤其在 煤化工 、火力发电 等行业 ， 尽管当前 其实施成本仍较高， 但如果碳排放 的外部 成本 能被充分考虑并实现其 内部化 ， 将极大提升 CCUS 在这些 行业的应用空间。 随着国家对碳排 放控制 要求的 不断 提升 和能源生产消费革命的积极推进 ， 为实现我国 能源系统的绿色低碳转型， CCUS 应该也必然会 成为 煤炭 合理化和 清 洁 化 利用的一个 重要举措 。 CCUS 是 促进 我 国 低碳 产业 发展 的 重要 支撑 。 尽管 我国 CCUS 技术 的 发展 起步较晚，但 国家对 CCUS 技术 的 研发 和 示范非常重视 ，过去 十几年 投入了大量 科研经费 ，推动 CCUS 技术水平不断提升 。 在 碳捕 集 、 利用 和 封存各个环节的 技术 水平 上 ， 我国 都 已经 与 发达国家 处于 同一水平线。未来 如 进一步加大 CCUS 技术 示范 力度， 促进 技术应用 成本 的不断下降 ， 能逐步 实现 技术的规模化应用， 不仅 有助于我国在 低碳 技术 领域占据国际 制高点 ， 更能带动 相关低碳 产业 的发展和壮大 。 CCUS 是 提升 我国能源 安全 的 积极动力 。 我国政府特别强调要加 3 强二氧化碳的利用 ， 以此来 提升碳减排 对经济社会发展的 贡献。当前， CO2强化石油开采技术（ CO2-EOR） 和 CO2强化 驱煤层气（ CO2-ECBM）是 我国 利用 CO2的主要方式， 对 我国 实现 部分油田 稳产 和 增产 以及 提升 煤层气的开采和利用量都 具有 重要 意义 。 根据国家重大技术研究计划 “ 温室气体提高采收率的资源化利用及地下埋存 ” 项目 的 分析 ， 我国 约有 130 亿吨原油地质储量适合 CO2-EOR，可提高采收率 15%，增加 石油 可采储量 19.2 亿吨，同时可 封存约 47 55 亿吨 CO2。 如 CO2-EOR 得到 广泛应用， 可在实现大幅碳减排 的同时提高石油 产量 ，不仅有利 于提升油气 产业的经济效益， 更有助于 缓解石油对外依存度不断上升 所带来的能源安全挑战 。 二 、 我国 “十 一 五” 以来 CCUS 发展的 总体 评估 我国对 CCUS 的重视程度不断提高， 但 专项政策支持仍比较少 。 2006 年以来，我国在多个政策文件中提及要发展 CCUS， CCUS 在各项 规划、方案、意见中的篇幅 明显 增加，在应对气候变化工作中的定位 逐步提高， 对 其鼓励 与 支持 的态度愈加 明确 。 自 2006 年 以来 ， 我国 已发布 的 国家层面 政策文件 中涉及到 CCUS 内容 的共计 26 项， 但 针对 CCUS 的专项政策只有 3 项， 且 缺乏具体的落实方案。 总体 而言 ，目 前 国家 对于发展 CCUS 持鼓励态度，但 仍 以 宏观的 引导 和鼓励为主， 也 没有 针 对 CCUS 发展的具体财税支持 。 我国 已有 法律 法规 可 对 CCUS 项目 进行 规范 ， 但 尚未建立 针对 CCUS 的 法律法规体系 。 当前， 针对 CCUS 示范项目 ， 我国 虽然 在各个 环节均有相关 法律法规 可供参考，但 尚无 针对 性 的专项法律法规 ，这 4 也导致 CCUS 示范项目在具体实施过程中面临 不小困难 。 从 项目 审批 看 ， 没有 针对 CCUS 项目 的 专门 规定 ； 从 权属 确认看， 没有 针对 地下 空间所有权的 法律法规 ， 也 没有 针对 封存后 CO2归属权 和 可能发生的 CO2地下跨界 流动的法律规定 ； 从项目运营看 ， 缺乏 针对 CCUS 的具体 技术 标准 ； 从环境 管理 看 ， 缺乏 针对 CCUS 项目 环境 影响评价和风险 管控 的 明确规范； 从安全 监管 看 ， 对于 捕集及压缩环节的 CO2是否 属 于危险化学品 或 属于一般化学品仍 有待 明确 ； 从 关闭管理 看 ， 还 没有 相关 法律法规对 关闭 后的 CO2封存 项目进行规范 ， 也没有对 相关 的 长 期责任承担 进行规定 。 我国 CCUS 试验 示范 取得积极进展，但总体仍处于起步阶段。 “十 一五”以来，我国企业在政府引导下积极开展 CCUS 研发与示范活动， 目前已建成 十余 项万吨级以上示范项目 （ 项目列表 见 附件 ） 。 其中， 从 碳 捕集源 看 ， 主要集中于 燃煤 发电和 煤化工 领域 ； 从运输方式看， 主要以罐车 运输为主， 管道 运输 的 项目很少且 基本 处于建设阶段 ； 从 碳利用和封存 方式看， 主要以 EOR 为主 ， 还有部分作为工业品使用和 盐水层 封存。 但 总 体 而言 ，我国 CCUS 的试验示范 仍处于 起步阶段 。 一方面， 我国 CCUS 示范项目 总体规模偏小 ， 成本仍然较高。 我国 已 建成的 CCUS 示范项目 中只有 3 个 年捕集量 超过 10 万吨 CO2， 其余项 目基本为 1 万吨 CO2/年或以下。当前大部分 CCUS 项目的增量 成本较 高 ， 如 燃煤电厂项目 在 投资和运维 成本方面需分别增加 25% 90%及 5%-12%， 而 煤化工项目 则需增加 1% 1.3%及 7.5% 8%。 另一方面 ， 我国 CCUS 示范项目运行期短，示范 经验有限。 我国 CCUS 试验示范项 5 目多数是在 2008 年以后启动并在“十一五”时期建成运行， 最长的 示范项目 运行期也仅 为十年， 示范经验还相对有限 。 我国 CCUS 技术发展取得积极成效，但部分环节技术水平有待提 升。 “十一五”以来， 我国政府 通过国家重点基础研究发展计划（ 973 计划）、国家高技术研究发展计划（ 863 计划）和国家科技支撑计划， 支 持 了 CCUS 多 个技术环节 以及 相关科学理论、关键技术、发展战略 等方面 研究 ，并 与欧盟、澳大利亚、亚行等国家或国际机构开展了 CCUS领域的国际合作研究， 推动我国 CCUS技术发展取得了 积极 成效 。 在 碳 捕集方面，围绕低能耗吸收剂、不同技术路线碳捕集工艺等关键 技术环节开展系列研究，已开发了商业化应用的胺吸收剂 ； 在 碳 利用 方面，围绕 CO2驱油、驱煤层气、 CO2生物转化和化工合成等不同利用 途径开展了理论与关键技术研究，建成 了 微藻制生物柴油中试和小规 模的 CO2制可降解塑料生产线 ； 在 碳 封存方面，已启动全国 CO2地质 储存潜力评价， 实施了 工业规模 盐水层 封存示范 。 尽管如此，我国 CCUS 部分环节的技术水平仍 有待 提升 ，已有 CCUS 试验 示范项目多集 中于对碳捕集技术 和 EOR 技术的示范， 但 在 盐水层 封存、 CO2封存监 测和预警以及大规模 CO2运输等方面的 技术 示范 案例 仍 非常少， 相比 国际先进水平仍存在 不小 差距。 三 、我国 CCUS 发展 面临 的 主要 挑战 CCUS 示范 项目 的 成本相对较高，是阻碍 CCUS 发展的主要 原因 。 目前 CCUS 示范工程 投资额都 在数亿元 人民币的规模 ， 而且， 在 现有 技术 条件下， 引入 碳捕集 将额外增加 140-600 元 /吨 CO2的运行成本， 6 如 华 能 集团 上海 石 洞口捕集示范项目 的发电成本 就 从大约每千瓦时 0.26 元提高到 0.5 元。 CCUS 项目的重要贡献在于减少碳排放，但在 碳排放外部成本没有内部化的 情况 下，企业的减排 收益 无法得到 充分 体现，开展 CCUS 基本属于 企业 自发投资行为，很多项目也由于缺乏 资金而无法启动或难以持续。 在 煤炭行业不景气 、油价下跌的 宏观 形 势下， 更使企业收益进一步收窄， 影响企业开展 CCUS 示范的 意愿 。 CCUS技术 水平仍有待提升，是制约 CCUS发展的又一障碍。 当前 ， 我国 CCUS 试验示范还处于起步阶段， CCUS 技术仍处于研发和试验示 范 期 ，也极为缺乏大规模、全流程 CCUS 项目示范经验，因此不仅在 技术层面有 不少 问题需要 解决， 真正可复制的、经济有效的、被大众 所接受的案例 也少之又少 。 此外， 在现有 CCUS 技术条件下，部署 CCUS 将使一次能耗增加 10% 20%， 效率损失 很大， 这也是 阻碍 CCUS 技术 广泛应用的主要障碍之一 。 政策和法律体系不完善，难以为 CCUS 发展提供 良好支撑 。 一是 我国 政府 已经明确提出了到 2020 年和 2030 年的碳排放控制目标， 但 没有提出 针对行业和企业的具体 量化约束指标， 因此企业对 CCUS 多 持观望态度，还没有真正将 CCUS 作为企业低碳转型的一个 重要 选择。 二是我国还没有建立国家层面的 CCUS 发展战略，现有政策多以柔性 的引导和鼓励为主，缺乏针对 CCUS 的明确政策激励， 而 CCUS 往往和 企业的重大长期发展战略相关，如果没有稳定的政策预期，企业很难 做出投资决策。三是我国还没有建立针对全流程 CCUS 示范项目的规 范制度和标准体系，无论是政府还是企业 ， 都担心 CCUS 项目实施的 7 潜在 环境 风险 和安全风险 ， 进而影响企业对发展 CCUS 的积极性 。 跨部门跨区域 协调机制尚未建立 ，影响 CCUS 项目的实际推进 。 一 方面， CCUS 项目往往具有跨部门和跨区域的特点 ，在项目从申请、 审批到执行的过程中 ， 会涉及多个地方和部门，在现有规定不是特别 清晰且 缺乏 有效 沟通 协调的情况下，将增加很多交易成本，导致 CCUS 项目难以推进。另一方面，全流程 CCUS 示范项目 涉及 多个行业 链的 不同企业 ， 项目各 利益相关方面临 收益 分享、 责任 分担 和 风险分担 等 难题 ，如不能建立起有效的协调机制或行业规范，将难以建立 公平 和 长期 的 合作 模式，进而极大 影响 CCUS 项目的推进 。 四 、 推动 我国 CCUS 发展 的 思路 及 政策 建议 综合考虑我国 CCUS 发展的现状和趋势，未来一段时期我国 CCUS 仍处于试验示范期，发展 CCUS 的总体思路仍是通过多领域的技术示 范，分阶段逐步实现 CCUS 技术的全流程、 一体化和 规模化示范，在 积累经验的同时 逐步 促进 CCUS 技术成本下降和水平提升，为实现 CCUS 的长期商业化应用做好准备。具体来说，建议 按“十三五” 和 2020-2030 年两个 阶段分步推进 。 “十三五”时期发展 CCUS 的总体思路是广泛开展试验示范、识 别优势关键技术。 建议要扩大 CCUS 试验示范 规模 ，识别可以大规模 推广的 优势 技术类型，逐步推动 CCUS 成本 和额外能耗 的下降 ，同时 要 继续开展 CCUS 关键环节 技术 的 研发和试验 ， 做好技术储备工作 。 在这一 阶段 ， 建议 重点 加强以下几个主要方面的工作： （ 1） 在 新建火 电厂开展 CCUS 示范的可行性 评估 ， 并 涵盖 CCUS 预留的内容 ； （ 2） 在 8 煤化工行业 广泛推进 低成本捕集与 EOR 相结合的 示范项目 ； （ 3） 鼓励 油气企业主动 开展 CO2-EOR 示范，增加工程经验 ； （ 4） 尽早部署盐水 层封存 的工程试验 ； （ 5） 积极推动 CO2管道运输的小型示范。通过以 上努力，力争到 2020 年 ， 在煤化工等具有 CCUS 应用 早期优势的领域 建成 大 规模、 全流程示范项目 ， 并 逐步扩大示范 领域 ， 争取使 CCUS 带来的 年减排 量 达 到 500-1000 万吨 CO2。 2020 2030 年 CCUS 发展的总体思路是广泛推广部署、实现技术 突破。 建议 要 加强大规模、全流程 CCUS 示范项目的推进力度，形成 上下游 关联的 CCUS 示范产业体系，带动相关基础设施的发展和 配套 装备制造业 的壮大 ，同时要 推动 关键 技术 环节取得 突破 ， 实现 CCUS 技术应用成本的显著下降，提升 CCUS 全流程设计、建设和运营的产 业化技术能力 。 在这一 阶段 ， 建议 重点 加强以下几个主要方面的工作： （ 1） 新建火电厂 要 配备 碳捕集 预留，且选址需考虑 CO2封存场地 ；（ 2） 在煤化工、油气行业 开展 大规模、全流程 CCUS 示范项目，建立跨行 业协作机制； （ 3） 在 钢铁 、水泥 等工业行业开展 小型 CCUS 示范 ； （ 4） 开展碳捕集与 盐水层封存 相结合的 工程 示范； （ 5） 积极 推进 CO2运输 管道 及配套设施建设。 通过以上努力，力争到 2030 年 在煤化工等行 业 建成 CCUS 规模化 应用的 商业 范例 ，建成若干百万吨级的 大规模、 全流程 CCUS 示范项目， 争取使 CCUS 带来的 年减排 量 达到 3000-5000 万 吨 CO2。 为了实现上述目标 ， 需要 加强 CCUS 相关的战略规划和制度设计， 提升对 CCUS 的政策支持和经济激励，逐步形成有力于 CCUS 良性发展 9 的政策保障体系，为 CCUS 长期 发挥重要减排作用奠定坚实基础。具 体来说，建议从以下 四 个方面加强相关工作 。 加强 战略规划 。 按照 国家低碳发展和能源革命 的总体要求 ，从国 家层面制定发展 CCUS 的总体战略 或规划 ， 明确我国 CCUS 发展的 战略 定位，制定 CCUS 发展的 总体方向和路线图，形成 积极 稳定的政策预 期。强化碳排放总量控制 ， 并 尽快制定和 提出分行业量化约束目标， 提升企业的低碳发展意识和开展 CCUS 的主动意愿 。 完善 法规标准 。 围绕 CCUS 立项申请、建设运营和关闭三个阶段 ， 分步骤完善 CCUS 的 法律法规 框架体系 ， 逐步 建立针对 CCUS 项目的审 批和核准制度 ， 建立并完善 CCUS建设 运营 涉及 的 技术规范 ， 加强 CCUS 地下空间权属确权 、环境管理、安全监管 等方面的 规范和标准 制定 ， 研究制定 CCUS 试验示范项目的 优选机制和 遴选 标准 。 加强统筹协调 。 结合 CCUS 项目特点， 建立 跨区域、跨部门协同 审批与监管机制 ， 建立 并 完善 政府部门间、中央政府与地方政府间以 及政府与企业间的沟通协调机制，加强对不同地区、不同行业的统筹 协调。研究提出 企业间合作规范， 尽快建立 利益相关方的责任和利益 分担机制 ， 构建针对多主体 CCUS 项目的合理化设计 和运营模式 。 强化经济 激励。 探索 实施 如税收减免、差异化补贴等 有助于 CCUS 发展的 创新性激励 政策 ， 加大对 大规模、全流程重大 CCUS 示范项目 的 直接 财政支持 ， 鼓励地方 加大对 CCUS 的政策 激励 。 探索政府与市 场有机结合的 CCUS 商业化投融资机制， 积极利用 绿色 金融、 气候债 券 、 低碳基金等多种方式支持 CCUS 项目 示范 ， 探索 将 CCUS 纳入碳排 10 放权交易市场 的合理机制。 （刘强、田川供稿） 11 附件 ：我国主要 CCUS 试验示范项目汇总 编 号 项目名称 地 址 规模 捕集源 捕集技术 运输 处置地点 最终处置技 术 建设及运营情 况 1 中国华能集 团上海石洞 口碳捕集项 目 上 海 12万吨 /年 上海石洞口第二 电厂二期工程超 超临界机组 燃煤电厂，燃烧后捕集， 基于化学溶剂吸收过程 罐车运输 市场销售 工业利用与 食品 2009 年投运， 间歇式运营 2 中国华能集 团天津绿色 煤电项目 天 津 10万吨 /年 天津市，滨海新 区， 400 兆瓦煤气 化联合循环发电 示范机组 燃煤电厂，燃烧前捕集， 基于化学溶剂吸收过程 管道（陆地 到海上）， 距 离 为 50-100 千米 所有封存选项都在 评估中，主要考虑 在天津市大港油田 EOR 主要考虑陆 地废弃油气 藏，深部盐水 层封存也在 评估中 捕 集 装 置 建 成，封存工程 延迟 3 中石化胜利 油田 CO2 捕 集和驱油示 范 山 东 一阶段： 4 万吨 /年； 二 阶 段： 100 万吨 / 年 胜利电厂第三阶 段第 5 发电机组 燃煤电厂，燃烧后捕集， 基于化学溶剂吸收过程 管道（陆地 到陆地）， 距离为 80千 米 东营市，黄河三角 洲胜利油田 EOR 一阶 段 2010 年投运 4 中石化齐鲁 石 油 化 工 CCS 项目 山 东 一 阶 段： 35 万吨 / 年 ； 二阶 段： 50 万 吨 /年 淄博市，中石化齐 鲁石油化工公司， 煤气化厂 化工生产（齐鲁第二肥 料厂的煤气化单元）， 工业分离，基于物理溶 剂吸收过程 管道（陆地 到陆地）， 距离为 75千 米 山东省，东营市， 黄河三角洲胜利油 田 EOR 一阶段捕集单 元 2017 年建 成 5 中石化中原 油田 CO2-EOR 项 目 河 南 10万吨 /年 中原炼油厂烟道 气 基于化学溶剂吸收过程 罐车运输 河南省，濮阳市， 中原油田 EOR 2015年建成捕 集装置 12 6 延长石油榆 林煤化工捕 集 陕 西 5 万吨 /年 陕西延长石油榆 林煤炭化学公司 气化厂 煤化工，燃烧前捕集， 基于物理溶剂吸收过程 目前为罐车 运输（距离 为 150 千 米），计划 建立 200-350 千 米长的管道 陕西榆林靖边油田 EOR 2012 年建成，在运营 7 神华集团鄂 尔多斯全流 程示范 内 蒙 古 10万吨 /年 神华煤制油化工有限公司 煤制油，全流程燃烧前捕集 ,基于变压吸附 罐 车 运 输 （距离 17千 米） 鄂尔多斯盆地 盐水层封存 2011 投运，间歇式运营 8 中石油吉林 油田 EOR 研 究示范 吉 林 一阶段 15 万吨 /年； 二阶段 50 万吨 /年 吉林省松原市新 建天然气处理厂 第一阶段：电厂，燃烧 前捕集；第二阶段：煤 化工，燃烧前捕集，基 于化学溶剂吸附过程 管道（陆地 到海上）， 距离 35千米 吉林省松原市，吉 林油田 EOR 一阶 段 2007 年投运；第二 阶段 2017 年 投运，实际规 模缩减 9 中电投重庆 双槐电厂碳 捕集示范项 目 四 川 1 万吨 /年 重庆合川双槐电 厂一期 1# 300 兆 瓦机组锅炉 燃煤电厂，燃烧后捕集， 基于化学溶剂吸附过程 无 自用 用于焊接保 护、电厂发电 机氢冷置换 等 2010 年投运， 在运营 10 华中科技大 学 35 兆瓦 富氧燃烧项 目 湖 北 10万吨 /年 湖北久大（应城） 公司热电二车间 燃煤电厂，富氧燃烧 罐车 市场销售 工业应用 2014 年建成， 暂停运营 13 11 连云港清洁 煤能源动力 系统研究设 施 江 苏 3 万吨 /年 连云港清洁能源 创新产业园 400兆 瓦级 IGCC 机组 燃煤电厂，燃烧前捕集 管道运输 江苏滨海 盐水层封存 2011 年投运，在运营 12 天津北塘电 厂 CCUS 项 目 天 津 2 万吨 /年 天津北塘电厂 燃煤电厂，燃烧后捕集， 基于化学溶剂吸附过程 罐车 市场销售 食品应用 2012 年投运， 在运营 13 新疆敦华公司项目 新疆 6 万吨 /年 新疆敦华石油炼厂尾气 石油炼化厂，燃烧后捕集，基于化学溶剂吸收 罐车 新疆省，克拉玛依市，克拉玛依油田 EOR 2015 年投运，在运营， 注：本文摘自气候战略研究简报 2017 年第 24 期 14