近日，國家發(fā)改委印發(fā)《煤電低碳化改造建設(shè)行動方案(2024—2027年)》(以下簡稱《方案》)，提出針對煤電項(xiàng)目開展碳捕集利用與封存(CCUS)，采用化學(xué)法、吸附法、膜法等技術(shù)，分離捕集燃煤鍋爐煙氣中的二氧化碳，通過壓力、溫度調(diào)節(jié)等方式實(shí)現(xiàn)二氧化碳再生并提純壓縮。推廣應(yīng)用二氧化碳高效驅(qū)油等地質(zhì)利用技術(shù)、二氧化碳加氫制甲醇等化工利用技術(shù)。因地制宜實(shí)施二氧化碳地質(zhì)封存。
CCUS技術(shù)通過將生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳捕集后加以利用，實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放變廢為寶，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)化石能源低碳化利用最重要的減排技術(shù)之一，有望在碳中和進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前我國煤電機(jī)組應(yīng)用CCUS技術(shù)進(jìn)展如何?還存在哪些挑戰(zhàn)?
市場前景廣闊
在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)背景下，CCUS技術(shù)已成為我國碳中和技術(shù)體系的重要組成部分。近年來，我國發(fā)布諸多CCUS相關(guān)政策文件，涉及規(guī)劃、路線圖、技術(shù)目錄等，在CCUS技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)和融資等方面做出積極部署，推動我國CCUS各環(huán)節(jié)技術(shù)迅速發(fā)展，示范項(xiàng)目規(guī)模不斷擴(kuò)大。
《中國碳捕集利用與封存年度報告(2023)》(以下簡稱《報告》)顯示，截至2022年底，我國規(guī)劃和運(yùn)行的CCUS示范項(xiàng)目總數(shù)接近百個，涵蓋電力、油氣、化工、水泥、鋼鐵等多個行業(yè)。其中，超過半數(shù)項(xiàng)目建成投產(chǎn)，具備二氧化碳捕集能力超400萬噸/年、注入能力超200萬噸/年。《報告》預(yù)測，中國CCUS減排需求到2025年約為2400萬噸/年，到2060年將達(dá)到23.5億噸/年，前景廣闊。
清華大學(xué)能源與動力工程系教授王淑娟告訴《中國能源報》記者，煤電機(jī)組應(yīng)用CCUS技術(shù)最早開始于2008年。彼時，華能集團(tuán)在北京高碑店熱電廠建成我國第一個煤電煙氣碳捕集示范項(xiàng)目，規(guī)模為3000噸/年，采用化學(xué)吸收工藝，生產(chǎn)食品級二氧化碳產(chǎn)品。此后，不斷有年捕集量萬噸級、十萬噸級的項(xiàng)目投運(yùn)。
去年6月，國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司50萬噸/年二氧化碳捕集及綜合利用示范工程項(xiàng)目正式投產(chǎn)。這是目前國內(nèi)最大的煤電CCUS項(xiàng)目。該項(xiàng)目以泰州電廠4號機(jī)組濕式電除塵后煙氣為原料氣，采用醇胺吸收法，捕集、封存、利用二氧化碳，并結(jié)合周邊資源稟賦實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化、能源化消納。
“目前，煤電企業(yè)開展CCUS技術(shù)應(yīng)用以央企國企為主。除了國家能源集團(tuán)泰州電廠50萬噸/年項(xiàng)目之外，華能集團(tuán)正寧電廠也在建設(shè)150萬噸/年CCUS項(xiàng)目。此外，華電集團(tuán)、華潤電力等也在加快推進(jìn)大規(guī)模項(xiàng)目布局。不過，整體來看，目前還都處于示范階段。”中國礦業(yè)大學(xué)碳中和研究院教授陸詩建對《中國能源報》記者表示。
全流程技術(shù)仍需提升
據(jù)了解，CCUS全流程工藝主要包括二氧化碳捕集、分離、壓縮、運(yùn)輸、利用或封存等。其中，二氧化碳的捕集分為燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒捕集、化學(xué)鏈燃燒捕集;分離技術(shù)包括吸收法、吸附法、膜法、水合物法、冷凍法等;運(yùn)輸方式包括公路罐車、鐵路罐車、船運(yùn)和管道;利用方式主要包括驅(qū)油、驅(qū)煤層氣等地質(zhì)利用，制甲醇、甲酸等化學(xué)利用，生產(chǎn)微藻等生物利用，以及用于食品、氣體保護(hù)焊、氣肥等其他應(yīng)用。目前，較為成熟且應(yīng)用較多的是燃燒后捕集工藝、醇胺化學(xué)吸收法、管道運(yùn)輸、驅(qū)油利用。
在多位受訪專家看來，目前全流程CCUS技術(shù)均面臨一定制約，需要進(jìn)一步提升，以推動規(guī)模化應(yīng)用。
“對于煤電低濃度二氧化碳排放，醇胺化學(xué)吸收法是目前最主要的方式，也是能耗成本最低的一種技術(shù)。但在能耗和吸收劑損耗方面，仍有一定下降空間，這些都和運(yùn)行成本直接相關(guān)，也決定了運(yùn)行成本有很大下降空間。”陸詩建指出，此外，一些設(shè)備的大型化，例如，百萬噸級以上規(guī)模的反應(yīng)塔等設(shè)備，目前還存在經(jīng)驗(yàn)不多、不夠成熟等問題。
在二氧化碳利用方面，陸詩建指出：“目前主要以驅(qū)油利用為主。我國每年約有400萬噸的二氧化碳捕集量，其中超200萬噸用于驅(qū)油。但二氧化碳實(shí)際封存量的方法學(xué)，我認(rèn)為還不夠完善。化工方面的利用現(xiàn)在也很熱門，已有很多研究，但是普遍規(guī)模較小、轉(zhuǎn)化率較低，成本較高。”
王淑娟也表示：“CCUS技術(shù)目前仍面臨著二氧化碳捕集能耗高、成本高、利用途徑少、利用量有限、封存技術(shù)成熟度低等問題，需要進(jìn)一步科研攻關(guān)，突破技術(shù)瓶頸，推動規(guī)模化應(yīng)用。”
因地制宜推進(jìn)
在業(yè)內(nèi)看來，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)進(jìn)程中，CCUS技術(shù)是煤電深度減碳的重要手段，未來將朝著全流程、規(guī)模化、集群化方向發(fā)展。
《方案》強(qiáng)調(diào)，加快煤電煙氣二氧化碳捕集降耗、吸收劑減損、大型塔內(nèi)件傳質(zhì)性能提升、捕集—發(fā)電系統(tǒng)協(xié)同、控制流程優(yōu)化等技術(shù)研發(fā)，補(bǔ)齊二氧化碳資源化利用、咸水層封存、產(chǎn)業(yè)集成耦合等技術(shù)短板。
對于接下來如何進(jìn)一步落實(shí)《方案》中的相關(guān)要求，多位專家給出建議。
陸詩建表示：“煤電企業(yè)開展CCUS技術(shù)改造，首先需結(jié)合自身情況以及周邊的資源稟賦，因地制宜開展示范和商業(yè)化應(yīng)用。比如，如果電廠周邊有油田，可以用捕集的二氧化碳驅(qū)油;如果周邊有天然氣或者煤層氣，那就可以用來驅(qū)氣;如果周邊有化工廠，就可以配套生產(chǎn)尿素等化工品。”
“與此同時，要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。企業(yè)可以加強(qiáng)與研究機(jī)構(gòu)、高校的合作，推動產(chǎn)學(xué)研用，讓好的技術(shù)先行先試。”陸詩建進(jìn)一步表示。
王淑娟認(rèn)為，落實(shí)《方案》要求，可能面臨多方面挑戰(zhàn)。“在技術(shù)方面，碳捕集成本高、利用技術(shù)不成熟、封存地有限和不確定性等問題，都需要突破。建議在捕集、利用、封存方面，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研密切配合，突破卡脖子的關(guān)鍵問題，降低技術(shù)成本;推動碳市場、配額等政策實(shí)施，對采用CCUS的企業(yè)進(jìn)行激勵，擴(kuò)大示范規(guī)模和范圍，推動技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”
