碳捕集与封存技术CCS成本及政策分析

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1、碳捕集与封存技术(CCS)成本及政策分析张建府(中国华能集团绿色煤电有限公司袁匕京100098)摘 要 当前袁减排CO的呼声日益高涨 讎未来相当长的时间内袁我国一次能源仍将以煤为主袁而用于发电的煤炭量占到煤2炭消费总量的一半以上袁已成为国内 CO排放的重要来源遥整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术不仅具有燃料来源2广尧发电效率提升空间大等优点袁而且能以较低的成本实现CO减排遥以IGCC碳捕集结合强化采油为例袁分析碳捕2集与封存(CCS)全过程CO减排成本遥结果表明袁E IGCC电站进行碳捕集结合强化采油的情景下袁甫集CO的IGCC2 2系统的发电成本低于不捕集CO的IGCC电站的发电成本 遥

2、CO减排成本主要受井口油价及CO利用率影响 袁当井2 2 2口油价超过 14.642美元/bbl时袁CO减排成本为负值遥CCS的发展将经历示范尧T大规模和商业化三个阶段袁t对不2同的发展阶段袁政府应分别采取相应的政策措施遥在示范阶段袁5加强对相关技术研究的支持袁是供财政补贴曰在扩大规模阶段 袁5重点采取财政补贴措施袁并配以CCS发电配额标准和CCS电力贸易体系 曰在商业化阶段 袁政府已无需继续提供财政补贴袁而CCS发电配额标准和认证贸易体系仍将是一个有效的方法遥关键词 CO减排碳捕集与封存 强化采油发电成本政策措施2#以较低的成本实现袁应对全球气候变员前言当前袁咸排CO的呼声日益高涨 屋其主要

3、排放2源是化石燃料的使用 遥根据国际能源署 (IEA)的统 计袁2008年世界能源需求中 袁化石能源占到约 80% 的比例【1】的例遥由于煤炭利用的成本比石油尧天然气低很多袁且从全球能源储量分布情况来看煤炭资源较 为丰富袁因此袁可以肯定未来一段时期内煤炭利用 总量仍将持续增长遥特别是像中国尧印度等国家煤 炭比例占绝对优势袁经齐的快速增长及对能源安全 的考虑都将促进对煤炭的利用遥在未来相当长的时间内袁我国的一次能源仍将以煤为主遥近年来袁国内用于发电的煤炭量占到煤炭消耗 总量的一半以上遥然煤发电企业作为CO2排放的重要来源之一袁面临的环保压力逐年增大遥在这种形势下袁国内相关企业 尧F究机构积极致力

4、于燃煤发 电领域各种 CO减排技术的研究袁包括燃烧前碳捕2集撤烧后碳捕集及纯氧燃烧等遥其中袁燃烧前碳捕集技术在电力行业中主要应用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电厂遥IGCC发电技术被认为是目前世界上最清洁的 燃煤发电技术袁其粉尘尧SO x等污染物接近零2尧 NO排放遥目前袁美尧欧尧日均已建成IGCC示范电站袁并拟在示范成功之后逐步推广遥IGCC发电技术不仅具有燃料来源广 尧发电效率提升空间大等优点袁耐且可以实现燃烧前脱除C022袁CO2减排遥在未来减排温室气体化的过程中袁IGCC具有广泛的应用前景遥本文以从1GCC电站捕集CO2袁并通过管道运 输至油田用于强化采油为例袁分析得岀IGCC电站

5、进行碳捕集与封存 (CCS)的CO2减排成本袁是岀CCS 在中国推广应用的相关政策建议遥2案例分析2.1 IGCC电站CO 2减排成本在本文的案例分析中 袁IGCC电站设计输岀功率为400MW级袁整个系统主要包括空分单元尧t化单元尧净化单元及动力单元袁所选用设备均基于现有技术袁气化炉选用水煤浆气化技术袁然气轮机选用F级燃机袁粗煤气净化采用湿法净化工艺袁空分系统选用独立的低压空分系统遥在进行经济性估算时袁假设电厂建设周期为3年袁人2007年1月开始作者简介院长建府袁工程师蠢009年获得清华大学热能工程系工学硕士学位袁曾参与国内第一台IGCC电站的技术研发工作遥E-mail 院建设袁201（年1月

6、投产 袁电厂寿命及折旧年限均假 设为25年袁电厂年均利用率取80%袁资金投资年回报率取12%遥在此基础上袁选用化工过程通用建模软件Aspen Plus对IGCC电站系统进行流程模拟计算袁然后根据计算所得的物质及能量数据袁对减排CO2的IGCC系统经济性能进行估算 袁结果见表1（详细模拟计算过程参见文献2）遥表1捕集CO2前后IGCC电站经济性比较项目IGCC电站IGCC碳捕集电站系统总功率/MW452.570457.296系统净功率/MW396.091348.009系统净效率袁40.63933.357年均利用率袁8080捕集量/(t窑d-1CO?)7766 28碳捕集率袁90排放量/kg窑(k

7、W窑h)-1CO20 8438520 098236C1电站运行寿命/a0.8438522509823625基准回报率袁1212燃料费用/（美元窑t-1建设投资费用/（美元窑64.1864.18基准发电成本/美元窑（MW窑h）1,1490匚匚196/-7C减排成本淤-1CO2/（美元窑t）55.3647 0.8 1420.733注院淤CO减排成本仅为电站捕集部分蒜考虑埋存部分 遥2表1中袁co减排成本是体现减排co2经济性的重要指标遥其意义为袁甫集CO的电站相对于参2考电站使排放到大气中的CO2减少1t所增加的成本袁十算式如下院CO2袁COE=r 叫 COErefCO2 袁-CO 2 袁 cap

8、(1)式中院CO袁 为CO2减排成本 袁美元/tCO2f“2 袁 aroid 22曰OE capCOE 分别为捕集 CO的电站和不捕集CO的参考ref22电站的发电成本袁美元/（kW窑h）曰CQ七希炉别2 袁尧ef 2 CO caP 为不捕集 CO2的参考电站和捕集CO2的电站每发1kW窑h电所排放的 CO2量袁tC9（kW窑h）遥2.2管道运输成本在考虑 CO运输与埋存时 袁设CO来源于天2 2津滨海的IGCC电站袁通过管道运输至距离约35km的大港油田用于强化采油袁生增产原油的同时实现CO2的部分埋存遥管道运输费用主要包括管道工程投资及运CO2行维护费用袁由于运输距离较短袁无需设置中间增压

9、站遥当IGCC电站碳捕集率为90%时袁CO捕集量为7766.28t/d 管道年均利用率取80%袁则CO2年运输量为2.27Mt遥管道运输成本计算结果见表235遥表2 CO 2管道运输计算结果项目数值管道长度/km35管道进口 CO压力/MPa214.0管道出口 CO压力/MPa210.7管道压降/（Pa窑m-1）c/o,管径/cm194.325.4管道投资成本/美元9320160运行维护成本/（美元窑a-1A运输量/(t窑d-1CO2)13/6557784 32管道运输成本/（美元窑t-1）1t f O* 1 .0.6756注院表中各成本数据以2007年美元价计遥2.3二氧化碳强化采油根据大港

10、油田的油藏特点袁本文将以 CO混相2 驱油方式作为分析CO2强化采油技术经济性的对象袁圭相关参数见表 3 6 袁 7遥表3 CO2混相驱油主要参数项目数值净注入量/（t窑d-17-7ZZZZ no利用效率/（tCO-1增产原油总量/（bblW；0.45采油井增产原油量/（bbl窑d-117 258采油井数）44392注入井数138油藏深度/m1500其中CO2利用效率变化范围很大袁混相驱油时其值约 本文取 油量取 个大型0.32tCO82/bbl非混相驱区时约0.53tCO2/bbl袁0.45tCO9 一 一2/bbl遥每口采油井平均每天增产原44bbl 10遥采油井与注入井数量比按美国几CO

11、2混相驱油的应用情况袁取平均值 2.84遥同时袁假设注入井中的理一半为外部供给袁另一半来自系统内部循环9遥强化采油过程的CO2排放主要来自两方面 袁T先是驱油过程泄露到大气中的CO2（假设为CO2供给量的10%） M卜施应考虑驱 油过程中设备耗功所造成的间接CO2排放遥假设由燃气蒸汽联合循环提供这些设备运行所需的能耗袁CO2排放系数约为0.43kg/（kW窑h）遥CO2强化采油的技术经济性见表4遥2.4 CCS全过程减排成本整个碳捕集与封存全过程包含IGCC电站碳捕集尧CO管道运输及 CO2强化采油三个部分 遥根据前文计算结果袁CC全过程减排成本见表5遥从计算结果可知袁CCS过程碳减排成本为负

12、值袁说明在IGCC电站进行碳捕集结合强化采油的情景下袁捕集CO2的IGCC系统的发电成本低于不捕集CO2的IGCC电站的发电成本 遥表4 C02强化采油技术经济性项目数值年有效运行系数袁80供给量/（Mt窑a-1co2）O 07EOR 过程能耗 /MW21 630排放量淤-1CO2/（t 窑 d）资本等额分付系数窑d袁99985地区因子0.7投资费用/（百万美元窑a“）16 816运行维护费用/（百万美元窑a、16 218)于-1E井口成价 /(ilSbb-1)盂-1EOR收入/(美元窑tCO2 )29.877注院淤EOR过程CO排放包含直接排放（CO供给量的10%）和2 2间接排放EOR过程

13、耗功 伊0.43kg/（kW窑h）曰于EOR成本包含供给成本曰盂E鄄EOR建设投资和运行维护成本袁未计入CO2项目成本/-1.美元窑（MW窑h）排放/CO2-1kg 窑(kW/窑 h)参考电站55.3560.843852碳捕集电站70.8140.098236管道运输1.2520EOR 过程 口减排成本刁（美元窑tCO -1-z. / . / O 15 1 1 S II-17688OR收入按原油销售收入扣除EOR成本计算袁为了便于后续计算CO减排成本袁EOR收入转换为以 野美元/tCO22冶乍单位遥表5 CCS全过程CO2减排成本在此基础上袁寸CO?利用效率尧进口油价尧f道 运输距离尧煤炭价格等影响因素进行了灵敏度分 析袁孔图1遥可以看岀 袁井口油价及 CO2利用效率对CO2减排成本影响较大 袁而煤价与管道运输距离对减排成本仅有轻微影响遥CO2-50-40-30-20-10010203040相对变化量袁lQur肩漏=博冒疋玄出图1各影响因素灵敏度分析利用率 严一井口油价管道长度 叶一煤价CO2本文以IGCC碳捕集结合强化采油为例 袁分析 了 CCS全过程CO2减排成本 遥整个系统包括 IGCC 电站碳捕集尧CO管道运输及强化采油三部分 遥CO2 2 减排成本主