利用CCUS技術減少碳排放 助力構建新型電力系統

　　報碳捕集、利用與封存(CCUS)技術是支撐碳中和目標實現的關鍵減排技術，對我國以煤為主的能源結構轉型至關重要。目前，該技術研究取得積極進展，但商業化項目數量和應用場景相對有限。隨著捕集技術的成熟、能耗的降低、基礎設施的完善以及產業化能力的增強，預計2030年后CCUS技術具備逐步推廣應用的條件。

　　CCUS技術減排潛力巨大，發展前景廣闊

　　CCUS技術是指將二氧化碳從工業過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實現二氧化碳永久減排的技術，可助力發電、水泥、鋼鐵、化石燃料制氫等減排難度大的行業實現深度脫碳。

　　CCUS產業鏈主要由四個環節組成，即碳捕集、運輸、封存和利用。在捕集環節，主要有燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒三種技術。其中，燃燒后捕集技術成熟度相對較高。當前碳捕集成本較高，但遠期具備較大下降潛力。第一代捕集技術即現階段已能大規模示范的技術，如胺基吸收技術、常壓富氧燃燒技術等，成本約為45至60美元/噸;第二代捕集技術即技術成熟后能耗和成本可比第一代技術降低30%以上的新技術，如新型膜分離技術、新型吸收技術、新型吸附技術、增壓富氧燃燒技術、化學鏈燃燒技術等，成本約為80至150美元/噸。預計到2030年，第一、二代捕集技術成本將分別降至約30至45美元/噸和40至60美元/噸;到2060年，新一代捕集技術的成本有望降至約10至15美元/噸。

　　在運輸環節，主要有管道、罐車和船運三種方式。目前，運輸方式多為罐車或短距離管道。從綜合成本和輸送能力來看，管道是未來發展方向。二氧化碳輸送管道的建設完善將推動CCUS技術的規模化應用。

　　二氧化碳封存近中期以二氧化碳驅油為主，遠期則以鹽水層封存為主。驅油即將二氧化碳注入油田以提高石油采收率，當前技術成熟度較高。二氧化碳封存潛力巨大，全球二氧化碳總封存潛力在8萬億噸到55萬億噸之間。我國鹽水層的總封存潛力約為1.9萬億噸，油氣田的總封存潛力約為35億噸。

　　CCUS技術主要應用在礦化、物理、化工和生物四個領域。在礦化方面，二氧化碳與混凝土中鈣、鎂組分之間實現礦化反應，提高混凝土強度和耐久性能，同時實現二氧化碳的長期穩定封存;在物理方面，用于生產啤酒、碳酸飲料、焊接工藝中的惰性劑等;在化工方面，作為原料生產尿素肥料、聚合物、合成燃料等;在生物方面，用于促進植物生長，以生物炭的形式被土壤捕獲，提高土壤質量。目前物理領域的食品級應用相對較多。整體來看，由于基于捕集二氧化碳的產品成本居高不下，短期內市場規模有限。中遠期將出現二氧化碳與綠氫反應制取甲烷、甲醇等創新應用方式。

　　根據《中國二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)年度報告(2021)》，我國已投運或建設中的CCUS示范項目約40個，碳捕集能力約300萬噸/年，遍布19個省份，捕集源涉及的行業和封存利用的類型呈多樣化分布。從捕集源來看，項目主要涉及煤化工和火電領域，其次是天然氣開采以及甲醇、水泥、化肥等化工行業。從封存利用來看，項目大多將二氧化碳捕集后進行多元化利用以提升全鏈條經濟性，利用方式包括驅油、驅煤層氣、食品級利用等。

　　典型的示范項目包括中石油吉林油田CCUS-強化采油(EOR)全流程示范項目、齊魯石化-勝利油田CCUS項目以及國家能源集團國華錦界電廠建設的15萬噸/年燃燒后二氧化碳捕集與封存全流程項目等。

　　CCUS技術對構建新型電力系統有重要價值

　　CCUS是我國構建新型電力系統不可或缺的重要技術，其價值主要體現在以下幾個方面：

　　為電力系統保留部分煤電機組。我國擁有大量優質煤電機組，正值“青壯年”，研究煤電的發展與退出路徑意義重大。我國有9億至10億千瓦高參數大容量低排放煤電機組資產，且我國煤電機組平均服役期遠低于發達國家，優質煤電資產過早退役將產生巨大擱淺成本，從全生命周期角度來看并非最優解。CCUS技術給煤電減排二氧化碳提供了一種路徑，在能源轉型過程中，發展“煤電+CCUS”有助于降低轉型成本。煤電機組將在新型電力系統的電力平衡中發揮重要作用。隨著新能源滲透率持續提升，由于新能源的低保障出力特點，未來我國冬季晚高峰電力可能存在缺口，發展CCUS技術可有效發揮煤電的托底保供作用。

　　結合生物質發電，創新應用負排放技術。CCUS技術通過結合生物質發電，可助力電力系統實現負排放。CCUS技術和生物質發電相結合形成生物質能-碳捕集與封存(BECCS)、生物質能-碳捕集利用與封存(BECCUS)技術，發揮生物質發電碳中性的特點實現負排放，是能源系統中少有的負碳技術選項。

　　助力綠氫發展，支撐循環碳經濟。CCUS技術為氫能特別是綠氫創造更多應用場景，促進新能源多元化消納利用，助力循環碳經濟發展。捕集的二氧化碳通過與氫反應制取甲烷、甲醇作為工業原料使用，豐富了氫能的應用場景，也間接助力大規模波動性新能源的消納利用。同時，依托火電機組捕集的二氧化碳是電力系統的新型產出，是循環碳經濟中的重要一環。隨著二氧化碳更多利用方式發展成熟，有望依托火電基地打造循環碳經濟示范窗口，實現電-氫-碳融合發展。

　　發揮現代產業鏈鏈長作用推動CCUS技術發展

　　CCUS技術可支持電力系統低碳轉型，并對電源結構、電力系統的安全穩定運行產生較大影響。國家電網有限公司充分發揮現代產業鏈鏈長作用，推動CCUS技術發展。

　　加強同國家能源集團、中石油等公司的合作，呼吁將CCUS技術配合煤電發展作為電力系統低碳化轉型重要技術路線之一。

　　發揮現代產業鏈鏈長作用，協同相關煤電、煤化工企業積極與政府溝通。參與相關優惠電價、保證利用小時數等政策的綜合效益論證工作，推動CCUS技術盡快達到規模化、商業化應用水平，助力煤電機組發揮托底保供作用。

　　前瞻性開展電-氫-碳融合的能源低碳轉型路徑研究。重點關注煤電機組利用CCUS技術開展規模化改造后，對電源結構、發電量結構、特高壓線路等電網基礎設施發展規劃的影響。

　　(作者：張絲鈺 張寧 代紅才 單位：國網能源研究院有限公司)