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，實現(xiàn)二氧化碳排放變廢為寶，被認為是實現(xiàn)化石能源低碳化利用最重要的減排技術(shù)之一，有望在碳中和進程中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前我國煤電機組應(yīng)用CCUS技術(shù)進展如何?還存在哪些挑戰(zhàn)?
市場前景廣闊
在碳達峰碳中和目標(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，示范項目規(guī)模不斷擴大。
《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)劃和運行的CCUS示范項目總數(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，煤電機組應(yīng)用CCUS技術(shù)最早開始于2008年。彼時，華能集團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、十萬噸級的項目投運。
去年6月，國家能源集團泰州發(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目正式投產(chǎn)。這是目前國內(nèi)最大的煤電CCUS項目。該項目以泰州電廠4號機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。除了國家能源集團泰州電廠50萬噸/年項目之外，華能集團正寧電廠也在建設(shè)150萬噸/年CCUS項目。此外，華電集團、華潤電力等也在加快推進大規(guī)模項目布局。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;運輸方式包括公路罐車、鐵路罐車、船運和管道;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，這些都和運行成本直接相關(guān)，也決定了運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。但二氧化碳實際封存量的方法學(xué)，我認為還不夠完善。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
在業(yè)內(nèi)看來，在實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)進程中，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。
對于接下來如何進一步落實《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，要加強技術(shù)創(chuàng)新。企業(yè)可以加強與研究機構(gòu)、高校的合作，推動產(chǎn)學(xué)研用，讓好的技術(shù)先行先試。”陸詩建進一步表示。
王淑娟認為，落實《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、配額等政策實施，對采用CCUS的企業(yè)進行激勵，擴大示范規(guī)模和范圍，推動技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”
