CCUS产业发展现状与前景分析

CCUS 产业进呈现状与前景分析1ccus技术概述和应用意义ccus技术概述ccus〔碳捕集、利用与封存〕技术是一项针对温室气体的减排技术，能够大幅削减使用化石燃料的温室气体排放，涵盖二氧化碳〔C02〕4个环节。在捕集阶段，目前主要涵盖 3种技术：1〕燃烧后捕集，主要应用于燃煤锅炉及燃气轮机发电设施； 2〕燃烧前捕集，需要搭配整体煤气化联合循环发电技术〔IGCC〕,投资本钱较高，只能用于建发电厂；3〕富氧燃烧，通过制氧技术猎取高浓度氧气，实现烟气再循环。在运输阶段，世界上 C02运输存在管道、船舶、铁路/大路等灵敏多样的运输方式，其中 C02的管道输送正作为一项成熟技术在商业化应用。目前国内C02输送主要承受罐车运输。在利用阶段，C02地质利用尤其是驱油技术，因其封存规模大并具有提高采收率的良好效应，在各类CCUS技术中脱颖而出，使得C02驱油成为CCUS的主要技术进展方向。同时，越来越多的技术被纳入CCUS体系中，包括化工利用、生物利用、物理利用等。在埋存阶段，地质封存又可进一步划分为咸水层〔盐水层〕封存、深部不行开采煤层封存、废弃油气藏封存3种主要类型。目前，国际上也已开展海上盐水层及废弃油气田埋存C02的示范工程。从埋存类型来看，在运行及执行工程中有60%以上是C02驱油工程。CCUS的应用意义从低碳进展和碳减排的角度， CCUS技术的推广和应用意义重大，主要表现在以下几个方面。CCUS技术是唯一能够大量削减工业流程温室气体排放的手段。对于炼化、气电、水泥和钢铁行业来说，要想实现在生产过程中的深度减排，CCUS技术是必不行少的，而且是可再生能源电力和节能技术不行替代的，对于我国践行低碳进展战略和实现绿色进展至关重要。 IEA在《世界能源技术展望 2023——CCUS特别报告》中指出，到 2070年全球要实现净零，除能源构造调整之外，工业和运输行业仍有29亿吨C02无法去除,需要利用CCUS进展储存和消纳。CCUS技术是将来具有确定经济性的减排手段。对于水泥、钢铁和化工等减排难度较大的行业来说，CCS是最成熟、本钱效益最好的选择。假设不承受CCS,这些行业几乎不行能实现净零排放。同时，煤或自然气结合 CCS技术制氢是本钱最低廉的低碳制氢方式。对于难以减排的行业，低碳制氢将发挥重要作用。CCUS是生产低碳氢的重要途径之一。IEA指出，除使用可再生能源电解水制氢外，经过 CCUS技术改造的化石能源制氢设施也是低碳氢的重要来源。目前，全球经过 CCUS技术改造的7个制氢厂每年可生产40万吨的氢气，是电解槽制氢量的3倍。将来，与制备低碳氢有关的 CCUS工程将快速增加，带动碳捕集量不断增长(见图1)。估量到2070年，全球40%的低碳氢将来自“化石燃料+CCUS技术”。2CCUS产业进呈现状CCUS产业仍处于商业化的早期阶段全球碳捕获与封存技术进展已40余年，尤其在C02驱油领域取得了丰富的争论与实践阅历。就整个CCUS产业而言，受限于经济本钱的制约，目前仍处于商业化的早期阶段。但从技术角度看，其所涉及的各个环节，均有较为成熟的技术可以借鉴。依据CCUS产业链各环节的组合关系，可将国内外 CCUS产业模式分为3类：1〕捕集-利用型〔CU型〕，将捕集的C02进展直接应用，主要为化工利用和生物利用；2〕捕集-运输-埋存型〔CTS型〕，将捕集的C02通过罐车或管道等方式输送至目的地，并进展地质封存,例如神华在内蒙古开展的咸水层封存示范工程 捕集-运输-利用-埋存型〔CTUS型〕，利用方式主要为C02驱油。目前，在全球大规模综合性工程中，美国、加拿大及中东地区以CTUS型为主，欧洲、澳大利亚则以CTS型居多。我国运行及在建工程多为 CU型，完整产业链的CTUS型相对较少。全球C02捕集量主要集中于北美和欧洲依据全球碳捕集与封存争论院〔GCCSI〕的统计，目前世界上的CCUS工程超过400个，有65个商业CCS设施。在2023年启动的17个商业设施中，12个都位于美国。正在运行中的CCS设施每年可捕集和永久封存约 4000万吨C02。在运行、在建和规划的工程中，年捕集量在 40万吨以上的大规模综合性项目有4362%的捕集量集中在北美和欧洲地区，其次是澳大利亚和中国。美国在利用C02驱油的同时，已经封存C02约10亿吨，形成了较为成熟的驱油技术和配套设施。从C02排放源类型及规模来看，主要集中于电厂、自然气处理、合成气、炼油及化工等行业。其中电厂捕集量最大，占52%O

从单个工程C02捕集量来看，自然气处理、合成气、煤液化及电力行业的C02捕集量平均为200万〜370万吨/年，化肥、制氢、钢铁、炼油及化工行业捕集量平均为90万〜120万吨/年。中国碳捕集技术主要应用于煤电行业，地质封存则集中于石油行业中国各类CCUS技术掩盖面较广，相关工程涵盖了深部咸水C02C02驱替煤层气等多种关键技术〔见表Do截至2023年底，中国共开展了9个捕集示范工程、12个地质利用与封存工程，其中包含10个全流程示范工程。全部CCUS工程的累计C02200万吨。从C02排放源类型来看，以电厂、水泥、钢铁和煤化工为主，其排放量占总量的92%；从CCUS示范工程的碳捕集源来看，主要集中在煤电和煤化工领域，C02运输方式以罐车为主，管道运输工程较少。从碳利用和封存方式来看，目前我国化工和生物利用的 C02数量较少。化工利用是以化学转化为主要手段，将 C02和共反应物转化成目标产物，产品包括材料、燃料、化学品等；生物利用是以生物转化为主要手段，将 C02用于生物质合成，产品包括食品、饲料、肥料等。燃煤电厂碳捕集后一般为食品加工业或工业所用，而煤化工领域碳捕集后较多用于驱油，两类碳捕集均有咸水层封存案例，且封存潜力较大。CCUS示范工程投资主体根本是国内大型能源企业,全流程初始投资及维护本钱之和超千元/吨，典型CCUS工程各环节本钱构成如图2所示。其中，捕集阶段是能耗和本钱最高的环节。低浓度C02捕集本钱为300〜900元/约为0.9〜1.4元/吨•千米。驱油封存技术本钱差异较大，但因其具有提高采收率的有利效应，可在确定程度上补偿CCUS本钱。当原油价格为70美元/桶时，可根本平衡CCUS驱油封存本钱。C02驱油已成为石油行业提高采收率的关键技术世界范围内，注气驱油技术已成为产量规模居首位的强化采油技术。在气驱技术体系中，C02驱油兼具经济和环境效益。石油行业探究应用C02驱油技术的历史可追溯到 20世纪中叶,经过几十年的进展，C02驱油已成为提高采收率的关键技术，并且已成熟应用于美国和欧洲主要石油公司。随着全球应对气候变化的压力渐渐增大，石油行业在进展 CCUS产业方面形成了确定的共识，世界五大石油公司均在产业链不同环节开展布局与实践。bp、埃尼、艾奎诺〔Equinor〕、壳牌、道达尔和英国国家电网公司建立了北部耐力合作伙伴关系 〔NEP〕,以建设海上根底设施，在英国北海安全运输和储存数百万吨C02,建立脱碳的工业集群；埃克森美孚将成立的碳减排部门，供给低碳减排技术商业化解决方案，初期将专注于碳捕获和储存；雪佛龙宣布将持续投资开发CCUS技术的BluePlanetSystems公司,逐步降低工业生产中的碳排放强度； ADN0C〔阿布扎比国家石油公司〕与道达尔签署战略框架协议，以探究在 C02减排以及CCUS领域的联合争论。值得关注的是，EPC〔工程总承包〕公司在CCUS领域工程建设方面扮演着重要角色，并乐观参与石油公司在CCUS领域的工程设计与实施，开展技术应用与实践，且多数参与油气领域和CCUS领域的工程建设〔2〕。EPC公司同时从国内来看，石油行业C02利用以提高采收率为主，在驱油的同时将C02封存于地下，实现碳减排和增产的双重利益。已开展驱油工程的油田包括大庆、吉林、疆、长庆油田和成功、中原油田等，并在吉林、成功等油田成功建成了C02驱油与埋存的示范基地，取得了理论、技术和矿场试验方面的重大进展。C02驱替煤层气工程仍处于先导试验庄区块开展。塔河炼化公司在综合利用 CCUS技术方面取得了良好成效。公司对两套制氢装置加热炉尾气进展回收处理，产出高纯度的C02供给塔河油田，用于驱油并埋存在废弃和低效的油井里。该工程具备年产11.6万吨液态C02的力气，一期已于20235月投入使用。3CCUS产业进展瓶颈及技术进展趋势国内CCUS产业进展面临的瓶颈仍需突破相对于中国在C02排放量和减排的需求，当前CCUS在中国CCUS产业进展面临多个因素制约。一是CCUS工程本钱普遍较高，尚未形成产业集群。在实际应用中，昂扬的投资本钱及运行本钱阻碍了 CCUS工程的顺当推动。但油价上涨可以大幅度提高 C02承受本钱，对于有确定承受力的油田，油价每增加 10美元/桶，其承受本钱将增加 1292元/吨，但只有不到1/4的油田可承受200元/吨以上的来源本钱〔捕集+压缩+运输本钱〕加不容乐观。在现有技术条件下，煤电示范工程安装碳捕集装置后，捕集每吨C02将额外增加140〜600元/直接导致发电本钱大幅增加，无法实现减排收益，严峻影响着企业开展CCUS示范工程的乐观性。二是CCUS产业关键技术有待进一步突破，资金支持力度仍需加大。假设要推动其次代燃煤电厂碳捕集技术在2030年示范完成并投入商业化运营，则应进一步增加政策扶持和融资力度。同时，燃烧前处理技术仍属兴技术，发电机本钱较高，需要加快技术研发步伐。另一方面，受现有的CCUS技术水平的制约，在工程部署时将使一次能耗增加10%〜20%甚至更多，效率损失很大，严峻阻碍着CCUS技术的推广和应用。要快速转变这种状况就需要更多的资金投入。三是商业模式尚未成熟，产业进展面临多重阻碍。全流程CCUS示范工程涉及电力、煤化工、钢铁、油气等多个行业的不同企业，工程的实施普遍面临收益共享、责任分担和风险分担等难题，需要建立有效的协调机制或行业标准，以及长期公正的合作模式，有效解决气源供给、管网输送、地企关系等难题，从而实现CCUS工程各环节的良好对接。国家扶持政策将逐步引领产业持续安康进展近期公布的绿色低碳产业扶持政策将推动中国 CCUS产业迈出坚实步伐。2023年7月8日，人民银行会同国家发改委、中国证监会公布《关于印发〈绿色债券支持工程名目〔2023年版〕〉的通知》， CCS被首次纳入其中，进一步拓展了工程融资渠道。2023年政府工作报告中提出，今年要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定 2030年前碳排放达峰行动方案。“”时期，单位国内生产总值能耗和 C02排放分别降低13.5%和18%,这两项指标将作为约束性指标进展治理。陕西省和海南省在2023年地方政府工作报告中也提出，要进展CCUS产业，开展相关争论。同时，2023年“两会”期间，多位代表委员表示，要“多措并举”加快碳中和进程，一手抓传统能源的技术改造，另一手推能源的深度进展。《中华人民共和国国民经济和社会进展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》也提出，要“开展碳捕集利用与封存重大工程示范”。从长期来看， CCUS对于碳中和是不行或缺的技术，而且进展规模将快速增长。可以预见，将来 5年开展重大工程示范，将推动 CCUS在本世纪30年月初步实现产业化，对于2060年前实现我国碳中和目标意义重大。CCUS 技术发展仍具有广阔前景2023年12月，能源基金会公布的《中国碳中和综合报告2023》指出，电力行业达峰之后碳排放必需马上下降，到2050年实现零碳或负排放。与2023年相比，2050年我国建筑和工业行业必需实现90%减排，交通实现80%减排，全部行业都需要尽快达峰；停顿建未使用CCUS技术的常规燃煤电厂；识别并关停一小局部老旧、高污染且效率低下的现有燃煤电厂。以上约束指标表达了对CCUS技术的刚性需求，必将加速CCUS产业关键技术的迭代进展。IEA争论说明，基于2070年实现净零排放目标，到 2050年，需要应用各种碳减排技术将空气中的温室气体浓度限制在450Ppm以内，其中CCUS的奉献为9%左右，即利用CCS技术捕集的C02总量将增至约56.35亿吨，其中利用量为3.69亿吨，封存量为52.66亿吨。到2070年，化石燃料能效提升与终端用能电气化、太阳能/风能/生物质能/氢能等能源替代和 CCUS是主要碳减排路径，累计减排奉献的占比分别可达 40%、38%和15%o对于中国而言，到2050年，电力、工业领域通过 CCUS技术实现C02减排量将分别达8亿吨/年和6亿吨/年。假设要将净零目标从2070年提前到2050年，全球CCUS设施数量必需再增加50%0尽管CCUS技术目前能耗和本钱仍较高，但长期来看，必将随着技术的不断进步而趋于下降。IEA估量，碳捕集本钱在将来10〜20年间将下降30%〜50%。其中，通过推广电化学分别技术估量可使电厂平准化度电本钱〔LCOE〕下降30%;使用膜分别、先进化学吸取法、变压吸附〔PSA〕和变温吸附〔TSA〕、钙循环法等工艺可使 LC0E下降10%〜30%;使用加压富氧燃烧、化学链燃烧和吸附强化水煤气变换技术可使 LC0E下降10%随o着智能化钻井技术和勘探技术的进展，估量碳封存本钱到 2040年将下降20%〜25%。并且随着C02交易价格的