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1、-碳捕集与封存技术的现状与开展分析王虎齐中国电能成套设备，市安德里北街15号 100011The Status of Carbon Capture &Storageanddevelopment analysisWANG Hu-qiNo.15 Andelibei Street Beijing，China. z.-ABSTRACT:Global warming has been more and more serious, carbon capture and storage (CCS) technology in future years will be to solve the greenho
2、use effect of the main means. Although CCS technology has made good progress, CO2 capture, transportation, storage three links of the development of the technology is very rapid, but still faces many problems, such as the high cost, CO2 leaks problems, lack of awareness. At present CCS technology is
3、 still in the early stages of development, whether can be e*pected as CCS to cope with climate change in the important transitional emission reduction technology and be large scale application will depend on various factors.KEY WORD:Carbon Capture and Storage；High Cost；CO2 Leaks Program；Lack of Awar
4、eness摘要：全球气候变暖问题已经越来越严重，碳捕集与封存CCS技术在未来的假设干年后将成为解决温室效应的最主要手段之一。虽然CCS技术取得了长足的进步，CO2捕集、运输、封存三大环节的各种技术开展都很迅猛，但仍面临着很多问题，如本钱高昂、CO2泄露问题、认识缺乏等。目前CCS 技术仍处于开展的早期阶段，CCS 是否能如预期成为应对气候变化中重要的过渡性减排技术并被大规模应用，将取决于多种因素。关键词：碳捕集与封存；本钱高昂；CO2泄露；认识缺乏1 前言1896 年，诺贝尔化学奖得主、瑞典化学家阿伦尼乌斯S.Arrhenius提出气候变化的科学假设，认为“化石燃料燃烧将会增加大气中的CO2
5、浓度，从而导致全球变暖。 2007 年，联合国政府间气候变化专门委员会IPCC发布了第四次评估报告，认为气候变化归因于人类活动所排放的温室气体的可能性超过了90%。2021年12 月联合国气候变化框架公约第15 次缔约方会议暨京都议定书第5次缔约方会议在丹麦首都哥本哈根的落幕，将全球温升控制在2以的目标作为全球共识写入哥本哈根协定CopenhagenAccord，至此，全球应对气候变化的任务上升到了前所未有的高度，关于如何快速推广应对气候变化新技术的讨论也趋于白热化。提高能效、开展替代能源包括可再生能源和核能和CCS 技术是最为重要的三种减排手段。根据国际能源署IEA，Internationa
6、l Energy Agency 的研究，在2温升情景下，2021 年、2030 年和2050 年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57% 和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCS 的减排奉献将从2021 年占总减排量的3% 上升至2030年的10%，并在2050 年将到达19%，详见表1。表1 各技术减排量占当年能源相关减排量的百分比年份技术202120302050提高能效655754替代能源192321核电13106CCS31019不仅如此，IEA 在综合分析了各类减排技术的长期减排本钱后认为，CCS 技术的
7、使用可降低总减排本钱如果在不采用CCS技术的情况下实现温度控制目标，则到2050 年总减排本钱将比使用CCS 技术增加70%。2 世界各国CCS工程情况 世界著名工程咨询公司WorleyParsons在一份全球CCS工程现状的分析报告中提到：从世界围499个CCS相关工程中遴选出275个符合评定标准的工程进展了详细的分析，其中已完成工程34个，方案实施或正在实施的工程213个，取消或推迟工程26个，当地各种原因阻碍未进展的工程2个。这些工程分布在世界各国，其中美国最多，占37%104个工程，其次是欧盟24%66个工程，之后是澳大利亚、新西兰和中国，具体情况见图1。图1 CCS工程在世界围分布情
8、况 不同研究机构和企业对CCS的类型的定义不同，在这份报告里，WorleyParsons根据捕集CO2的规模将CCS工程类型划分为四种，分别是实验室研究工程、试点工程、示工程、商业运行工程，详见表2。表3指出了213个方案实施或正在实施的CCS工程的情况，其中商业类工程到达了101个，示类工程63个，试点类工程35个，研究类工程12个，未分类工程2个。表2 CCS工程类型划分工程分类最小规模备注商业100%产品完全商业应用示10%100%含10%产品局部商业应用或出售试点5%10%含5%产品没有商业应用，在小型工厂进展实际烟气处理流程研究研究5%产品没有商业应用，进展系统设计并模拟烟气处理流程
9、研究表3 CCS工程分类未分类研究工程试点工程示工程商业工程方案中27242973正在实施05113428 由于进展CCS整个技术链的研究在技术上存在着很大难度，而且投资巨大，因此大多数工程都选择捕集、运输和封存三个环节中的局部技术进展研究，其中59个工程进展了CCS整个技术链的研究，约占28%，而只进展CO2捕集的工程占比最大，约39%83个工程。详细情况见图2。图2 方案或正在实施的CCS工程技术分类情况目前，国际社会对CCS都显示出了巨大的兴趣，正在开展的CCS工程也很多，其中比拟著名的是：1美国未来发电方案FutureGen 工程原打算在一个260MW的IGCC电厂测试碳捕集技术和CC
10、S系统，目标是将电厂废气减少到近零排放的水平。2008年6月30日美国能源局宣布将重新整合未来煤电方案。美国能源局将只赞助CCS系统，而不再向IGCC电厂投资。2挪威 Sleipner 工程 Sleipner 工程开场于1996 年，是世界上首个将CO2封存在地下咸水深层的商业实例，由挪威国家石油公司运营。该工程每年可封存100万吨CO2。3加拿大Weyburn工程 Weyburn工程始于2000年，位于加拿大Saskatchewan省东南部的Weyburn油田。封存的CO2是从约200英里之外的北达科他州Beulah的大型煤气化装置中捕集并输送过来的，用于提高油田采收率，目前每年注入的CO2
11、约150万吨。4德国黑泵电厂工程 这是世界上首个能捕集和封存自身所产生的CO2的燃煤电厂，于2008年9月9日由瑞典瀑布电力公司在德国东北部的施普伦贝格开工建立，电厂装机容量为30MW。5华能-CSIRO燃烧后捕集示工程该示工程由澳大利亚联邦科学与工业研究组织CSIRO、中能集团公司以及热工研究院TPRI联合建立。该工程是对华能高碑店热电厂进展碳捕集改造，设计CO2回收率大于85%，年回收CO2能力为3000吨。该示工程已于2008年7月16日正式投产。6华能石洞口第二电厂 华能石洞口第二电厂碳捕集工程是在其二期新建的两台66万千瓦的超超临界机组上安装碳捕集装置，该装置总投资约1亿元，由热工研
12、究院设计制造，处理烟气量为66000Nm3/h，约占单台机组额定工况总烟气量的4%，设计年运行时间为8000小时，年生产食品级CO2 10万吨。该工程已于2009年12月30日投入运营。7中电投合川双槐电厂 中电投合川双槐电厂是在一期两台30 万千瓦的机组上建造碳捕集装置，总投资约1235万元，由中电投远达环保工程自主研发设计，年处理烟气量为5000万标准立方米，年生产工业级CO2 1万吨。该碳捕集工程于2010年1 月20日投入运营。8中英碳捕集与封存合作工程NZEC 中英煤炭利用近零排放合作工程Near Zero Emissions Coal旨在应对中国日益增加的燃煤能源生产和二氧化碳CO
13、2排放。英国方案通过三个阶段实现NZEC示的目标。第一阶段，研究在中国示和开展CCS技术的可行性方案；第二阶段，进一步开展CCS技术的开发工作；第三阶段，在2021 年之前建成CCS技术示电厂。9中英煤炭利用近零排放工程COACH 中英煤炭利用近零排放工程Cooperation Action within CCS China-EU旨在促进中欧碳捕集与封存CCS领域的合作。目前中国方案在2021 年之前建造一座具备CO2捕集与封存技术的燃煤电厂，COACH 工程将为这一方案提供必要的技术支持。10绿色煤电方案Greengen 绿色煤电方案是中能集团公司于2004 年提出的，方案的总体目标是研究开
14、发、示推广以煤气化制氢、氢气轮机联合循环发电和燃料电池发电为主、并对污染物和CO2进展高效处置的煤基能源系统；大幅度提高煤炭发电效率，使煤炭发电到达污染物和CO2的近零排放。2009年7 月6日，绿色煤电*IGCC示电站开工建立，总投资21亿元，采用华能自主研发的具有自主知识产权的每天2000吨级两段式干煤粉气化炉，首台机组将于2021年建成。3 CCS技术开展现状CCS 技术主要包括捕集、运输和封存三大环节，各环节技术开展水平不一，其中以运输技术最为成熟，封存技术最为薄弱。CCS的构成局部具有不同的开展阶段参见表4。 从表4中可以看出，捕集、运输和封存都有成熟的技术已在应用，但是还不具备大规模完整进展CO2捕集、运输并封存的技术条件。完备的CCS系统可通过利用成熟的或在特定条件下经济可行的现有技术组合而成，虽然整体系统的开展状态可能慢于其中*些单独局部的开展。表4 CCS系统构成局部的技术开展现状CCS过程CCS技术研究阶段示阶段在一定条件下经济可行成熟化市场捕集燃烧后燃烧前富氧燃烧工业别离运输管道船运地质封存强化采油EOR天然气或石油层盐沼池构造提高煤层气采收率海洋封存直接注入溶解型直接注入湖泊型碳酸盐矿石天然硅酸盐矿石废弃物料CO2的工业应用注：对于EOR的
