二氧化碳捕集及封存應(yīng)用現(xiàn)狀

王小悅 李偉峰 王嘉瑞

（1華電電力科學(xué)研究院 浙江杭州 310030 2杭州華電工程設(shè)備監(jiān)理有限公司 浙江杭州 310030）

1 前言

國(guó)際能源署（IEA）的初步數(shù)據(jù)顯示，2014年來(lái)自能源發(fā)電的全球二氧化碳排放量為323×108t碳。其中來(lái)自煤炭燃燒的CO2占排放總量的43%，其次分別為石油、天然氣、水泥和燃?xì)馊紵?。在低碳未?lái)中，二氧化碳捕集與封存（CCS）很有潛力成為二氧化碳減排中有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。

截止2012年中國(guó)CO2歷史累計(jì)排放量已居世界第三位，僅次于美國(guó)和歐盟。2013年中國(guó)的CO2排放總量正在超越歐美的總和。全球碳計(jì)劃組織的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)總排放量占到全球的29%，美國(guó)為15%，歐盟為10%。中國(guó)人均碳排放量首次超過(guò)了歐盟。而中國(guó)碳排放量的激增源自中國(guó)的工廠和發(fā)電廠。2011年～2013年，中國(guó)火電、水電、核電和風(fēng)電的裝機(jī)增幅分別為9.2%、13.7%、16.2%和46.4%，雖然火電裝機(jī)增幅最小，但電力結(jié)構(gòu)中火電裝機(jī)比重仍然達(dá)到72%。因此我國(guó)CCS示范項(xiàng)目主要集中在電力領(lǐng)域。

2 CCS 項(xiàng)目開展現(xiàn)狀

目前世界上正在運(yùn)營(yíng)的大型CCS項(xiàng)目每年能阻止2500×104t二氧化碳排放到大氣中。截止2013年，全球捕集與封存研究院2013年已經(jīng)確立65個(gè)此類項(xiàng)目。正在運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目從2012年的8個(gè)增加到12個(gè)。在建的大型項(xiàng)目有8個(gè)。中國(guó)目前有12個(gè)，與2010年的5個(gè)相比，在數(shù)量上僅次于美國(guó)（20個(gè)項(xiàng)目）。說(shuō)明中國(guó)對(duì)影響CCS的未來(lái)成功舉足輕重。

由于發(fā)電行業(yè)CO2來(lái)源穩(wěn)定且排放量集中，是我國(guó)目前CCS示范的主要領(lǐng)域。2008年至2010年相繼投運(yùn)了年捕獲能力為3000 t、10×104t和1×104t的華能北京熱電廠CO2捕集示范工程、華能上海石洞口第二熱電廠CO2捕集項(xiàng)目及中電投重慶合川雙槐電廠CO2捕集項(xiàng)目。

在二氧化碳燃燒前捕集方面，西安熱工院和華能清潔能源研究院正在開發(fā)IGCC系統(tǒng)優(yōu)化和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)；掌握基于IGCC燃燒前二氧化碳捕集和封存關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)適合燃燒前捕集的二氧化碳吸收劑等。富氧燃燒方面，上海鍋爐廠和澳大利亞莫納什大學(xué)合作開展的富氧燃燒中試項(xiàng)目研究進(jìn)展，項(xiàng)目建設(shè)了規(guī)模為3MW的富氧燃燒發(fā)電廠。浙江大學(xué)、清華大學(xué)則在燃燒后捕集技術(shù)研究方面取得的進(jìn)展，包括進(jìn)一步發(fā)展氨水氨法燃燒后捕集技術(shù)，開發(fā)出有效抑制氨揮發(fā)的調(diào)節(jié)劑，仿真模擬氨法燃燒后捕集技術(shù)中的溶劑再生過(guò)程，開發(fā)氨法聯(lián)合吸收CO2和SO2的模型；推進(jìn)中空纖維膜接觸器CO2分離技術(shù)等。

二氧化碳地址儲(chǔ)存是從化石燃料（煤、石油、天然氣等）和一些工業(yè)過(guò)程（如水泥生產(chǎn)）捕獲碳并將碳永久地儲(chǔ)存在地下。油田、氣田、含鹽層、不可開采的煤層和鹽水沖注的玄武巖地層被認(rèn)為是二氧化碳的封存場(chǎng)址。其中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)目前被認(rèn)為是最有前途的封存場(chǎng)址。由中聯(lián)煤層氣公司和澳大利亞科學(xué)與工業(yè)研究組織出資并實(shí)施的中澳二氧化碳增產(chǎn)煤層氣合作研究項(xiàng)目位于鄂爾多斯盆地東緣的山西省柳林縣。2011年9月開始注入CO2，2012年3月注入完成，注入井于2012年9月開始重新投入生產(chǎn)。煤層氣產(chǎn)出速率在CO2注入后得到改善。

3 CCS 面臨的問(wèn)題及挑戰(zhàn)

3.1 技術(shù)發(fā)展方面

工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域先進(jìn)項(xiàng)目極度缺乏，只有兩個(gè)鋼鐵項(xiàng)目處于開發(fā)規(guī)劃階段，沒(méi)有水泥廠項(xiàng)目。因此在除電力行業(yè)以外的其他行業(yè)鼓勵(lì)發(fā)展碳捕集師范和CCS技術(shù)發(fā)展仍需要做很多工作。在其他行業(yè)成功的示范CCS對(duì)于取得有價(jià)值的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)都非常必要。對(duì)于不同地點(diǎn)和不同設(shè)置下，在新應(yīng)用中成功示范CCS技術(shù)不僅可以得到的大量技術(shù)方面經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于降低成本和增強(qiáng)投資者信心也非常重要。

3.2 商業(yè)化運(yùn)作方面

盡管進(jìn)入運(yùn)營(yíng)和建設(shè)階段的CCS項(xiàng)目近些年取得穩(wěn)定進(jìn)展，但發(fā)展勢(shì)頭過(guò)于緩慢，無(wú)法支持廣泛的商業(yè)化推廣所需的動(dòng)力以支持氣候變化風(fēng)險(xiǎn)緩解方案。為了讓CCS技術(shù)充分發(fā)揮緩解氣候變化的潛力，大型項(xiàng)目的數(shù)量應(yīng)大幅增加，也可持續(xù)進(jìn)行強(qiáng)有力的全球協(xié)調(diào)研發(fā)工作降低成本，并對(duì)運(yùn)輸和封存基礎(chǔ)設(shè)施提供前期支持，減少新項(xiàng)目進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。

3.3 政策方面

在過(guò)去5年內(nèi)，對(duì)于CCS的公共政策沒(méi)能達(dá)到CCS示范項(xiàng)目在減緩預(yù)計(jì)的全球溫度上升方面能夠發(fā)揮其全部作用所需的廣度和深度。減排政策的各種不確定大大阻礙了CCS技術(shù)的發(fā)展，迫切需要制定周全的政策。目前，我國(guó)CCS技術(shù)在管理政策機(jī)制、相關(guān)法律法規(guī)方面均不完善，且沒(méi)有專門的管理部門進(jìn)行監(jiān)管。且目前大多數(shù)CCS示范項(xiàng)目都由政府牽頭并提供資金支持，說(shuō)明公眾對(duì)發(fā)展CCS技術(shù)開展節(jié)能減排的認(rèn)知度不高。

4 結(jié)語(yǔ)

從全球角度來(lái)講，目前清潔煤和碳捕集、利用及封存尚未步入正軌，各國(guó)均認(rèn)同CO2對(duì)全球變暖的作用，并且相信在未來(lái)幾十年電力和工業(yè)領(lǐng)域大幅度應(yīng)用CCS技術(shù)一定能實(shí)現(xiàn)低碳能源未來(lái)的最低成本化愿望，但目前對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用甚少，CCS技術(shù)推廣的關(guān)鍵不是技術(shù)層面的問(wèn)題，而是缺乏公眾和政府政策的支持，并且短期內(nèi)該現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。根據(jù)我國(guó)國(guó)情及目前煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，積極應(yīng)對(duì)氣候變化完成CO2減排目標(biāo)，CCS技術(shù)必不可少。我們應(yīng)針對(duì)CCS技術(shù)積極采取有效措施，解決現(xiàn)有問(wèn)題把握發(fā)展機(jī)遇。