二氧化碳捕集與封存成本估算

1、氧化碳捕集與封存成本估算一、假想項目在我國，化石燃料主要用于電力、交通運輸和化工等行業(yè)。而交通運輸業(yè)用能較分散，不易大規(guī)模捕集二氧化碳；所以，電力和化工是我國控制二氧化碳排放量的重點行業(yè)。由于海洋封存還僅停留在實驗室研究階段，在本文中也未考慮，僅考慮 EOR （強化石油開 采）、ECBM （強化煤層氣開采）和Aqufier （深部鹽水層封存）。本文共假想了 8個中國CCS項目。這些CCS項目有如下假設：1.原料均為煤；2.所有CCS項目都采用燃燒 后脫碳技術，吸收劑為 MEA; 3.國內(nèi)燃煤機組的運行小時數(shù)為5500小時，即負荷運行系數(shù)為5500/（24X 365）=0.63; 4.合成氨廠負

2、荷運行系數(shù)為 0.85; 5.燃煤電廠的CO2排放因子 為0.81kg/KWh,合成氨廠的 CO2排放因子為3.8t/t氨；6.采用管道運輸 CO2； 7. EOR和 ECBM的封存量不大于現(xiàn)行項目的最大封存量，100Mt/y,深部含鹽水層封存則不受此限制。表1假想ccs項目CCS ('.HR 號如PCO+EORPC1 +EORPC24-EORAmmonia +EORPC2+ECBMAmmonia + ECBVPC1 +AquifeiPC2+A 中 Met排放加30OMW 酒唱界 !，亞臨界 機綱600MVJ 受臨界Mil40.JJ噸含亞臨界機擁60萬建含 成氨廠300MW 亞臨羿機，

3、；600MW1P 臨羿禮汕持戰(zhàn)畦Mt/y1 3411,342.&T1 292.671.941.34267蚪存類型EOREOHEOREORFCE1MECBM沐部鹽水 包封存沐然常水 殳封。14Mi/y0.501.011.011.001.011.00如2.67捕集與it存量22004400440044DO32205日和11660捕金率%3日75387852100100排放源，時存 地同腳啟km700100200?ao20a2001002OD注釋:EOR二、CCS項目成本分析2.1總論CCS項目按照過程可分為捕集、壓縮、運輸和封存四個主要過程。有些文獻也將壓縮 過程合并到捕集過程中。IPCC

4、、Hendriks、David等對CCS項目進行了經(jīng)濟性分析, 本文將主要參考這些研究成果對中國假想的CCS項目進行成本分析。Hendriks研究了燃燒后脫除CO2的各種過程的碳捕集成本，得出：&tC0：油柴汽.工廠類型林煤電1含成氨1 （茸純CQ»合成焚廠（純CO1CO：播集成本（ /tCOz）29363CQr捕集成本($/tCCh)45656.64J對于煤基合成氨廠，變換后的合成氣要進行脫硫、脫碳處理而獲得氫氣，脫硫、脫碳均為MEA。脫硫過程中，合成氣中大約30-40 %的CO 2也會隨著H2s和SO 2等硫化物一起脫除；而在隨后的脫碳過程中 60-70% 的CO2會以純

5、 CO2的形式被脫除。對于 60萬噸 合成氨廠，僅有52%的CO2被捕集，所有的CO2均可以來自脫碳過程產(chǎn)生的純CO2,因此其捕集成本為4.7$/tCO2。對于40萬噸合成氨廠，有78%的CO2要被捕集，假定65 %的CO2來自脫碳過程產(chǎn)生的純 CO2氣，其余13%的CO2來自脫硫尾氣，即 CO2和硫 化物的混合氣。因此 40萬噸合成氨廠的CO2捕集費用為：(65% X 4.7+13% X56.6)/(65%+13%)=13.4 $/tCO 2David對CO2壓縮、運輸和封存等進行了深入研究。本文利用David圖的公式對我國假想CCS項目壓縮、運輸和封存等過程的成本進行了分析。壓縮過程假定初

6、壓0.1MPa ,終壓15MPa ;分六級壓縮，分別為：0.1MPa 0.24MPa , 0.24MPa 0.56MPa , 0.56MPa1.32MPa , 1.32MPa 3.12MPa , 3.12MPa 7.38MPa , 7.38MPa 15MPa ;前 5 級 為壓氣機做功，最后一級為壓縮泵做功；電價為 0.069$/kWh 。運輸過程中國產(chǎn)化因子取 0.8,地形因子取1.1。封存過程中，井口溫度假定為15C,井口壓力假定為11.5MPa ,地殼溫升梯度為25 C。EOR和ECBM注入井直徑為0.059m,深部鹽水層注入井直徑為0.1m。對于EOR、ECBM和深部鹽水層的儲層特性假

7、定如下表表3儲層特性項目單位EORECBM深部鹽水層儲層深度m150012002000儲層壓力MPa13.83.584儲層厚度m4030170儲層水平滲透性md5122這8個CCS項目2005年的各過程估算成本列于表 4。圖4顯示各CCS項目捕集和 封存單位CO2成本，圖5顯示CCS項目各過程成本比例分配。從這些圖表中不難發(fā)現(xiàn)：1 .單位CO2捕集成本隨排放氣體中 CO2的濃度增大而減小。合成氨廠能排放出高濃度CO2氣體和純CO2氣體，而燃煤電站排放的煙氣中 CO2含量一般不到15%;所以合成 氨廠比燃煤電廠的單位 CO2捕集成本低很多，僅從純 CO 2氣體中捕集的低捕集率合成 氨廠比高捕集率

8、合成氨廠的單位 CO 2捕集成本也要低不少。2 .單位CO2壓縮成本一般隨總壓縮量增大而減少，但相差不大。3 .單位CO2運輸成本一般隨運輸距離增大而增大，隨總運輸量的增大而減少。4 .單位CO2封存成本隨封存地點的地質(zhì)條件不同而差異很大，一般在同一封存地點隨總 封存量的增大而減少。5 .總處理量相同條件下，負荷運行系數(shù)越高，單位時間處理量越小，初期投資越小，因此 單位CO2壓縮、運輸和封存成本越低。6 .單位CO2捕集成本在整個 CCS項目成本中所占比例很大。如能有效降低捕集成本，則 可大幅度縮減CCS費用，因此應大力發(fā)展我國大規(guī)模、高效、低成本CO2捕集技術。合成氨廠較燃煤電廠的 CCS項

9、目費用低很多，因此從經(jīng)濟性方面考慮，中國應首先從 合成氨廠開展 CCS示范項目。7 .減小運輸距離、增大總處理量和提高負荷運行系數(shù)也可減小CCS項目單位CO 2處理成本。珅里巴忑 王無t示中颼f交火二上 4 二匚;*"! 3Kn甲.位PCO* EORPC1 +EORPC2+EORAiTimonLOHPC2+EC6MAmmonia +ECBMPU1 +AquiferPC 2+ Aqurfer捕集成本5/1 CO?45.645645 61345愚4J45.645.6市細增本SACO?15.813,013 01Z 313.0123)2 112.1運輸成木$/t COtB.25.211 A1

10、0.311HA36.1M存成本S/t COf1.91.61,6L33.62月0,40.3息做卡S/t dCh71.565 471.6Q73530.262 V64 0譽美應E壬縮陵本運寫我本 封存時二：1人iro;40%30*7g圖5 CCS腆I I成本比劃2.2運輸成本分析三、國家政策預期任何一項新生技術，都將經(jīng)歷示范、擴大規(guī)模和商業(yè)化三個階段。在不同階段，政府 需要采取相應的措施促進該技術的快速發(fā)展。CCS作為一項新生技術，其發(fā)展也必然會沿著這樣的軌跡進行。由于 CCS涉及到的捕獲、運輸和埋存等技術還不太成熟，技術可靠性 和經(jīng)濟性不高，在中國的情況更是如此，這將導致開展CCS的成本以及企業(yè)和

11、公眾對于 CCS項目的接受程度較低。因此在 CC%術的示范階段，政府需要制定相關政策，鼓勵企業(yè)和科 研機構在CCS技術領域的科學研究；同時對若干個CO2排放集中且數(shù)量較大、適于在未來開展CCS的工業(yè)部門（如發(fā)電、合成氨等），選取條件較為成熟、開展 CCS成本較低的項目 進彳T CCS示范項目建設，為未來這些部門大規(guī)模開展CCS提供早期的技術驗證和經(jīng)驗積累。通過示范項目的建設和運行，CCS相關技術將不斷成熟，同時也可驗證CCS寸于減排CO2的有效性和可靠性。在此階段，政府需要通過各種政策手段，激勵更多的企業(yè)投資CC領目，逐步擴大CCS的應用規(guī)模，以期能夠借助于技術的學習效應和規(guī)模效應不斷提高技術

12、成熟 度，降低CCS的實施成本，使其參與完全開放的市場的競爭能力不斷提高。當CCS發(fā)展到一定規(guī)模時，示 范階段和擴大規(guī)模階段所取得的技術進步和經(jīng)驗積累等已經(jīng)使CCS具備比較強的市場競爭能力。為了最大程度地實現(xiàn) CCS的減排效果，政府應出臺相關措施，為CCS的商業(yè)化發(fā)展提供一個良好的商業(yè)環(huán)境，使企業(yè)在選擇減排CO2技術方案時更加傾向于開展 CCS并最終實現(xiàn)CCS技術的商業(yè)化大規(guī)模應用。以下針對CCS發(fā)展的三個不同階段，提出具體的政策建議。3.1 加強對CCS相關技術研究的支持CCS作為一項有可能大規(guī)模減排 CO2的技術，對中國應對減排壓力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 具有重要意義。CCS所涉及的CO2捕獲、

13、運輸和地質(zhì)埋存等技術屬于不同行業(yè)，如電力、 石油等，要將這幾項技術整合到一個CCS示范項目中，是一項龐大的系統(tǒng)工程，僅依靠企業(yè)自身力量很難在短期內(nèi)實現(xiàn)。因此，應充分利用現(xiàn)有的科技支持計劃對其發(fā)展進行有力 支持。借助國家863、973項目，在較短的時間內(nèi)實現(xiàn) CCS各領域技術的突破，積極促成不 同行業(yè)間 企業(yè)的合作，建成若干有代表性的 CCS示范項目，為今后 CCS的發(fā)展積累寶貴經(jīng)驗。3.2 對CCS示范項目的建設提供財政補貼關于CCS項目，以發(fā)電廠為例，建設和運行投資巨大；而且，由于各方面的技術尚未 成熟，極大地增加了企業(yè)建設 CCS示范項目的投資風險；同時，CCS®目建設的高投資直

14、接造成了 CCS電廠的發(fā)電成本較高，缺乏市場競爭力。因此，需要依靠財政補貼實現(xiàn)電力行 業(yè)CCS的發(fā)展。3.3 制定低碳電力配額標準除了對CCS的發(fā)展提供財政補貼外，從歐洲發(fā)展風電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗來看，中國發(fā)展 CCS 的過程中還可以借鑒發(fā)電配額制的方法。采用CCS發(fā)電配額標準的方式，明確規(guī)定發(fā)電企業(yè)向電網(wǎng)所銷售的電力中由 CCS發(fā)電項目發(fā)出電力的最低比例，用行政命令強行要求發(fā)電企業(yè)對其下屬的發(fā)電項目的一部分開展CCS CCS發(fā)電項目所發(fā)電力的較高成本由電網(wǎng)的所有電力消費者均攤。3.4 建立CCS電力貿(mào)易體系由于中國的發(fā)電市場龐大，企業(yè)眾多，并不是所有企業(yè)都有能力開展CCS且不同的發(fā)電企業(yè)擁有不同的優(yōu)

15、勢，進行 CCS的成本也有很大差距。因此，在規(guī)定CCS發(fā)電配額標準的同時，還需建立一個類似于 CDM碳交易機制的CCS電力貿(mào)易體系，允許企業(yè)之間自由地進行 CCS電力認證的貿(mào)易，作為 CCS發(fā)電配額標準系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)。上面提出的幾種政策對CCS的發(fā)展產(chǎn)生作用的機理不同，力度和效果也不同。在CCS技術的示范階段，由于此時技術還不成熟，還需要企業(yè)對技術進行長期的研發(fā)，并通過建設適當數(shù)量的CCS示范項目，逐漸積累相關技術經(jīng)驗。此時，就需要對CCS技術研究進行政策上和資金上的支持。同時，由于系統(tǒng)的復雜性和技術的不成熟，建設示范項目的投資風險較大，CCS項目在與非CCS項目競爭時也會明顯處于劣勢。因此，

16、需要提供一定的財政補貼，以降低建設CCS示范項目的投資風險，并提高其產(chǎn)品的市場競爭力。在擴大規(guī)模階段，CCS技術通常已經(jīng)比較成熟，此時CCS發(fā)展所面臨的最重要的問題不再是技術，而是成本較高。所以，此時政府可 以重點采取財政補貼措施，降低企業(yè)投資風險，提高CCS項目的經(jīng)濟性，提高企業(yè)投資CCS項目的積極性。同時，在此階段，政府也可以配之以CCS發(fā)電配額標準和 CCS電力貿(mào)易體系，用政策限定的方式推動CCS從無到有、應用規(guī)模逐漸從小到大的發(fā)展。在商業(yè)化階段，經(jīng)過擴大規(guī)模階段技術的進一步發(fā)展和經(jīng)驗積累，CCS已經(jīng)成熟， 政府已經(jīng)無需繼續(xù)為CCS的發(fā)展提供財政補貼以提高其競爭能力。此時，為了促使企業(yè)在選擇新項目技術 方案時更多應用CCS CCS發(fā)電配額標準及認證貿(mào)易體系仍將是一個有效的方法。四、結