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CCS:中国煤炭依赖的补救之路(1)

尽管减排任务迫在眉睫,中国的化石燃料消费却在直线上升。自然资源保护委员会指出,碳捕获与封存是一个解决之道。

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为了避免气候变化的最坏结果,世界必须努力减排,到2050年至少要在1990年的水平上减排50%,这样才能让平均气温的上升幅度限制在比前工业化时期高2摄氏度或以内。近来的若干研究都发现,即使现在我们完全停止排放,也肯定会超过这个限度。

要实现紧迫的减排目标,只靠提高能效、扩大可再生能源利用以及加强自然碳吸收等常规手段是不够的。考虑到目前世界对化石燃料的严重依赖,中美等一些国家必须实施更广泛的碳减缓战略,其中就包括碳捕获与封存(CCS)。

CCS 技术的三个要素,即捕获、运输和隔离在商业上都已成熟,但主要都被用于其它目的而非CCS。由于缺乏明确的国家气候政策来限制二氧化碳排放,现在已经开始 运转的大型CCS项目屈指可数。CCS技术要运用于意义重大的减排,就亟需大型综合项目来积累运行经验、降低成本。从特定工业设施中获取高纯二氧化碳废物降低了CCS示范项目的成本,从而使得目标更容易实现。据联合国政府间气候变化专门委员会的估计,到2100年CCS在累计碳减排中的贡献率可以达到15%到55%。

CCS对中国来说尤为重要。尽管中国在水电、风能、太阳能与核能方面已经取得显著进步,但其70%的能源依然要靠煤炭。到2020年,中国的水力发电量将是美国的4倍,风力发电是美国的两倍,太阳能发电量和美国一样大,但和煤炭消费比起来,这些可再生能源仍然只占很小一部分。

国家发改委能源研究所研究员姜克隽和同事称,中国已经采取一系列节能减排措施,包括切实行动限制能源密集型产业的发展,用税收政策鼓励提高能效和节约能源, 政府大力支持可再生能源及核能发展,以及提高工业生产中的能效标准。尽管如此,他们预测到2030年煤炭在中国能源需求中所占的比例仍然过半。不过,在如此宏大的政策之下,中国的煤炭消耗将在2020年达到峰值,然后将逐渐下降,直到2050年。尽管煤炭消耗减少了,但如果没有CCS,中国化石燃料造成的二氧化碳排放不会减少,只会保持稳定。

中国的地质封存潜力非常大。中美研究者已经确认了超过1600个大型二氧化碳点源,其中有91%距离未来的地质封存地点只有或者不到160公里,一半以上就在候选封存地点上空。

中国现有的185座大型氨、氢和环氧乙烷生产设施每年产生的高纯度二氧化碳至少有1.3亿吨,其中的四分之三都位于候选封存地点80公里范围之内。根据清华大学和普林斯顿大学的一项共同研究(埃里克·拉森等人)显示,如果中国规划中的氨、甲醇和液烃生产设施全部投入使用,每年的高纯二氧化碳排放量将达到2.08亿吨。研究还称,由于高纯二氧化碳的封存跳过了混合气体分离的工序,针对这些点源的CCS的成本在每吨10美 元到20美元(68元到137元)之间,比通常对发电厂的逾期成本要低。

中国科学院岩土力学研究所的李小春和魏宁与美国西北太平洋国家实验室合作,撰写并公布的初步流域评估报告指出, 中国深部含盐水层构造理论上的二氧化碳封存能力可以达到3.066亿吨,是2005年中国二氧化碳总排放量的450倍。但是,如果把其他因素考虑进去,实 际上的封存能力就要小多了。所谓的其他因素就是内射性(即二氧化碳在不破坏构造情况下注入封存地所需的比例和压力)、冠岩紧密性、封存构造大小、断层风 险、管理、基础设施约束和经济状况等。

尽管中国的沉积盆地数量众多,但其地质构造也是全世界最复杂的,存在无数小型断层以及剧烈的断层活动。这些特征导致了封存构造面临复杂的地质问题,必须因地制宜地进行具体研究,确定各个封存地点的特征,才能保证CCS技术的成功应用。

估计,中国通过二氧化碳—提高采收率法采油(EOR)和采气(EGR) 的二氧化碳达到100亿吨。况且,对油气田的评估也是在流域层面上进行的,研究者们利用现成的油气田所在地信息,只能得到较粗略的封存区域方案。与深部含盐水层不同,整体上油气田的地质构造更加精细和具体。据中国科学院岩土力学研究所和美国西北太平洋国家实验室的联合研究表明,中国的大型二氧化碳点源中有五分之二位于油气田周边80公里范围之内,另外据估计中国16个陆地油田和3个海上油田通过EOR方式增加的产量可以达到70亿桶,这是中国目前年石油消 费量的2.5倍。

中国进行CCS示范的近期机会有很多,包括各个油气盆地,它们利用高纯二氧化碳或者混合废气来进行EOR和EGR生产的前景非常光明。现在建设中或正在规划的整体煤气化联合循环(IGCC)的项目有很多,这也表明了建立CCS试点项目的意向,比如内蒙的神华煤炭直接液化厂

中国中南部的江汉油田周边50到150公里范围之内,有很多制氨工厂,每年生产化肥所排放的二氧化碳超过400万吨。二氧化碳源头和封存地点之间的近距离,再加上EOR生产可能带来的巨大收益,使得江汉地区成为一个近期CCS项目的热门候选地。

四川江油气田生产的原天然气中含有酸性气体,主要是二氧化碳和硫化氢,必须予以清除。而25公里之外的江油市有好几个大型低浓度二氧化碳工业点源。因此,这里具备低成本CCS示范项目的良好条件,低浓度工业二氧化碳不经捕获就可以与酸性气体混合起来用于EGR生产。

中国最大的煤炭生产企业——神华集团有一个中美合作项目,就是从鄂尔多斯盆地的煤炭直接液化工厂中收集高纯度二氧化碳。该项目预计2010年或2011年投入运转,最终的纯二氧化碳年处理量可以达到290万吨,大部分都将封存在附近的含盐水层中。

李佳和梁希在中外对话上发表的关于CCS经济意义的文章中提到了绿色煤电项目, 该项目由中国最大的电力生产商——华能集团经营,将是中国第一个商业规模的IGCC设施,预计于2012到2013年投入运营,届时每年可以捕获2.5到 3万吨二氧化碳,2017年则可以进一步提高。这个装机容量25万千瓦的IGCC发电厂正在天津附近的渤海湾中建设。

中国电力投资集团公司提出在北京附近的廊坊建一个IGCC设施,届时它可以捕获附近两个48.8万千瓦发电厂产生的合成气(即各种比例的二氧化碳与氢气的混合气体)中8%的二氧化碳。1公里之外就有一个油田,通过EOR进行封存成为该项目的最佳选择。现在这个项目正在等待政府的最后批准。

另外已经提出并等待政府批准的IGCC项目还有两个,一个在广东东莞,另一个在江苏连云港。东莞的项目将修建4座20万千瓦的IGCC机组,100公里外就有两个已经采空的油田;连云港项目最终设计容量为120万千瓦IGCC和130万千瓦的超超临界机组,这里距利苏北油田也只有200公里。两个项目都表示出对CCS与EOR相结合的兴趣。


本文的全文
早前自然资源保护委员会发表,题为《认清中国碳捕获与封存(CCS)的近期机遇》,作者包括:钱京京、乔治·佩里达斯、杰森·陈和丘月明、朱立奥·弗里德曼、李小春、魏宁、孙嗣敏、迈克·福勒、黛博拉·瑟里格松、刘悦莎拉·佛波斯、张东杰和赵丽凤。这里是全文的摘要。

下一部分
:国际合作的价值


 首页图片来自华能集团,图为该公司计划在天津建造的绿色煤电示范工程。
 

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匿名 | Anonymous

整体煤气化联合循环(IGCC)≠碳捕获与封存(CCS)

请注意IGCC并不是指CCS。绿色煤电项目第一阶段计划捕捉少量燃烧后的二氧化氮。 CCS像是提出IGCC项目的一个借口。只有充分规模的CCS,整体煤气化联合循环的提议才能实施。

本评论由Ashley Liu翻译

IGCC Not = CCS

Please aware IGCC doesn't mean CCS. Phase I of GreenGen project plans to capture a small amount of CO2 using post-combustion capture. CCS sounds like an excuse to propose IGCC projects. IGCC must be proposed with full scale CCS.
Jo