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1、二氧化碳捕集与封存成本估算一、假想项目在我国，化石燃料主要用于电力、交通运输和化工等行业。而交通运输业用能较分散，不易大规模捕集二氧化碳；所以，电力和化工是我国控制二氧化碳排放量的重点行业。由于海洋封存还仅停留在实验室研究阶段， 在本文中也未考虑，仅考虑EOR（强化石油开采） 、ECBM（强化煤层气开采） 和Aqufier（深部盐水层封存）。本文共假想了8 个中国CCS 项目。这些CCS 项目有如下假设：1. 原料均为煤；2. 所有CCS 项目都采用燃烧后脱碳技术，吸收剂为MEA；3. 国内燃煤机组的运行小时数为5500 小时，即负荷运行系数为5500/(24365)=0.63； 4. 合成氨
2、厂负荷运行系数为0.85；5. 燃煤电厂的CO2 排放因子为0.81kg/KWh，合成氨厂的CO2 排放因子为3.8t/t 氨；6. 采用管道运输CO2；7. EOR和ECBM的封存量不大于现行项目的最大封存量， 100Mt/y，深部含盐水层封存则不受此限制。表表1 1假想假想ccsccs项目项目注释注释:EOR:EOR二、二、CCSCCS 项目成本分析2.12.1总论总论CCS 项目按照过程可分为捕集、 压缩、 运输和封存四个主要过程。有些文献也将压缩第 1 页过程合并到捕集过程中。IPCC、Hendriks、David等对CCS 项目进行了经济性分析，本文将主要参考这些研究成果对中国假想的
3、CCS 项目进行成本分析。Hendriks研究了燃烧后脱除CO2 的各种过程的碳捕集成本，得出：对于煤基合成氨厂，变换后的合成气要进行脱硫、脱碳处理而获得氢气，脱硫、脱碳剂均为MEA。 脱硫过程中， 合成气中大约30-40的CO2 也会随着H2S和SO2 等硫化物一起脱除；而在随后的脱碳过程中60-70% 的CO2 会以纯 CO2 的形式被脱除。对于60 万吨合成氨厂，仅有52的CO2 被捕集，所有的CO2 均可以来自脱碳过程产生的纯CO2，因此其捕集成本为4.7$/tCO2。对于40 万吨合成氨厂，有78的CO2要被捕集，假定65的CO2 来自脱碳过程产生的纯CO2 气，其余13的CO2 来
4、自脱硫尾气，即CO2 和硫化物的混合气。因此40 万吨合成氨厂的CO2 捕集费用为：(65%4.7+13%56.6)/(65%+13%)=13.4 $/tCO2David对CO2 压缩、运输和封存等进行了深入研究。本文利用David4的公式对我国假想CCS 项目压缩、运输和封存等过程的成本进行了分析。压缩第 2 页过程假定初压0.1MPa，终压15MPa；分六级压缩，分别为： 0.1MPa0.24MPa，0.24MPa0.56MPa，0.56MPa1.32MPa， 1.32MPa3.12MPa， 3.12MPa7.38MPa， 7.38MPa15MPa；前5 级为压气机做功，最后一级为压缩泵做
5、功；电价为0.069$/kWh。运输过程中国产化因子取0.8，地形因子取1.1。封存过程中，井口温度假定为15，井口压力假定为11.5MPa，地壳温升梯度为25。EOR 和ECBM 注入井直径为0.059m，深部盐水层注入井直径为0.1m。对于EOR、ECBM 和深部盐水层的储层特性假定如下表这 8 个CCS 项目2005 年的各过程估算成本列于表4。 图4 显示各CCS 项目捕集和封存单位CO2 成本， 图5 显示CCS 项目各过程成本比例分配。 从这些图表中不难发现：1. 单位CO2 捕集成本随排放气体中CO2 的浓度增大而减小。合成氨厂能排放出高浓度CO2 气体和纯CO2 气体，而燃煤电
6、站排放的烟气中CO2 含量一般不到15；所以合成氨厂比燃煤电厂的单位CO2 捕集成本低很多，仅从纯CO2 气体中捕集的低捕集率合成氨厂比高捕集率合成氨厂的单位CO2 捕集成本也要低不少。2. 单位CO2 压缩成本一般随总压缩量增大而减少，但相差不大。第 3 页3. 单位CO2 运输成本一般随运输距离增大而增大， 随总运输量的增大而减少。4. 单位CO2 封存成本随封存地点的地质条件不同而差异很大， 一般在同一封存地点随总封存量的增大而减少。5. 总处理量相同条件下，负荷运行系数越高，单位时间处理量越小，初期投资越小，因此单位CO2 压缩、运输和封存成本越低。6. 单位CO2 捕集成本在整个CC
7、S 项目成本中所占比例很大。如能有效降低捕集成本，则可大幅度缩减CCS 费用，因此应大力发展我国大规模、高效、低成本CO2 捕集技术。合成氨厂较燃煤电厂的CCS 项目费用低很多，因此从经济性方面考虑，中国应首先从合成氨厂开展CCS 示范项目。7. 减小运输距离、增大总处理量和提高负荷运行系数也可减小CCS项目单位CO2 处理成本。2.22.2运输成本分析运输成本分析三、国家政策预期三、国家政策预期任何一项新生技术， 都将经历示范、 扩大规模和商业化三个阶段。在不同阶段，政府需要采取相应的措施促进该技术的快速发展。 CCS作为一项新生技术，其发展也必然会沿着这样的轨迹进行。由于 CCS涉及到的捕
8、获、运输和埋存等技术还不太成熟， 技术可靠性和经济性第 4 页不高，在中国的情况更是如此，这将导致开展CCS 的成本以及企业和公众对于CCS 项目的接受程度较低。因此在CCS技术的示范阶段，政府需要制定相关政策，鼓励企业和科研机构在CCS 技术领域的科学研究；同时对若干个CO2 排放集中且数量较大、适于在未来开展CCS 的工业部门(如发电、合成氨等)，选取条件较为成熟、开展 CCS成本较低的项目进行CCS 示范项目建设，为未来这些部门大规模开展CCS 提供早期的技术验证和经验积累。通过示范项目的建设和运行， CCS 相关技术将不断成熟，同时也可验证CCS对于减排CO2 的有效性和可靠性。在此阶
9、段，政府需要通过各种政策手段，激励更多的企业投资CCS项目，逐步扩大CCS 的应用规模，以期能够借助于技术的学习效应和规模效应不断提高技术成熟度，降低CCS 的实施成本，使其参与完全开放的市场的竞争能力不断提高。当CCS 发展到一定规模时，示范阶段和扩大规模阶段所取得的技术进步和经验积累等已经使CCS具备比较强的市场竞争能力。 为了最大程度地实现CCS 的减排效果，政府应出台相关措施，为CCS 的商业化发展提供一个良好的商业环境，使企业在选择减排CO2 技术方案时更加倾向于开展CCS，并最终实现CCS 技术的商业化大规模应用。以下针对CCS 发展的三个不同阶段，提出具体的政策建议。3.13.1
10、 加强对加强对CCSCCS 相关技术研究的支持相关技术研究的支持CCS 作为一项有可能大规模减排CO2 的技术， 对中国应对减排压力、实现可持续发展具有重要意义。 CCS 所涉及的CO2 捕获、运第 5 页输和地质埋存等技术属于不同行业，如电力、石油等，要将这几项技术整合到一个CCS 示范项目中，是一项庞大的系统工程，仅依靠企业自身力量很难在短期内实现。 因此，应充分利用现有的科技支持计划对其发展进行有力支持。借助国家863、973 项目，在较短的时间内实现CCS 各领域技术的突破，积极促成不同行业间企业的合作， 建成若干有代表性的CCS 示范项目，为今后CCS 的发展积累宝贵经验。3.23.
11、2 对对CCSCCS 示范项目的建设提供财政补贴示范项目的建设提供财政补贴关于CCS 项目，以发电厂为例，建设和运行投资巨大；而且，由于各方面的技术尚未成熟，极大地增加了企业建设CCS 示范项目的投资风险；同时，CCS项目建设的高投资直接造成了CCS 电厂的发电成本较高，缺乏市场竞争力。因此，需要依靠财政补贴实现电力行业CCS 的发展。3.33.3 制定低碳电力配额标准制定低碳电力配额标准除了对CCS 的发展提供财政补贴外，从欧洲发展风电产业的经验来看，中国发展CCS 的过程中还可以借鉴发电配额制的方法。采用CCS 发电配额标准的方式，明确规定发电企业向电网所销售的电力中由CCS 发电项目发出
12、电力的最低比例，用行政命令强行要求发电企业对其下属的发电项目的一部分开展CCS，CCS 发电项目所发电力的较高成本由电网的所有电力消费者均摊。3.43.4 建立建立CCSCCS 电力贸易体系电力贸易体系由于中国的发电市场庞大，企业众多，并不是所有企业都有能力开展第 6 页CCS，且不同的发电企业拥有不同的优势，进行CCS 的成本也有很大差距。因此，在规定CCS 发电配额标准的同时，还需建立一个类似于CDM 碳交易机制的CCS 电力贸易体系，允许企业之间自由地进行CCS 电力认证的贸易，作为CCS 发电配额标准系统的辅助系统。上面提出的几种政策对CCS 的发展产生作用的机理不同，力度和效果也不同
13、。在CCS 技术的示范阶段，由于此时技术还不成熟，还需要企业对技术进行长期的研发，并通过建设适当数量的CCS 示范项目，逐渐积累相关技术经验。此时，就需要对CCS 技术研究进行政策上和资金上的支持。 同时， 由于系统的复杂性和技术的不成熟，建设示范项目的投资风险较大，CCS 项目在与非CCS 项目竞争时也会明显处于劣势。因此，需要提供一定的财政补贴，以降低建设 CCS示范项目的投资风险， 并提高其产品的市场竞争力。 在扩大规模阶段，CCS 技术通常已经比较成熟，此时CCS 发展所面临的最重要的问题不再是技术，而是成本较高。所以，此时政府可以重点采取财政补贴措施，降低企业投资风险，提高CCS 项
14、目的经济性， 提高企业投资CCS 项目的积极性。同时，在此阶段，政府也可以配之以CCS 发电配额标准和CCS 电力贸易体系，用政策限定的方式推动CCS 从无到有、应用规模逐渐从小到大的发展。在商业化阶段，经过扩大规模阶段技术的进一步发展和经验积累，CCS 已经成熟， 政府已经无需继续为CCS 的发展提供财政补贴以提高其竞争能力。此时，为了促使企业在选择新项目技术方案时更多应用CCS，CCS 发电配额标准及认证贸易体系仍将是一个有效的方法。第 7 页四、结四、结 论论本文对假想的 8 个中国CCS 项目进行了成本估算。 通过对比分析发现，单位CO2 捕集成本在整个CCS 项目成本中所占比例很大，是今后缩减CCS 费用的主攻方向。因此应大力发展我国大规模、高效、低成本CO2 捕集技术，并应首先从捕集成本较低的合成氨厂开展CCS 示范项目。同时，减小运输距离、增大总处理量和提高负荷运行系数也可减小CCS 项目单位CO2 处理成本。 尽管近几年国内外能源价格和汇率变动很大，但本文所得的 2005 年CCS 成本比例还是具有一定时效性的，可作为推演CCS 成本的基础，以及CCS 成本定性分析的依据。第 8 页
