【技术】CCS 发展路线图全球展望

文/ 蒋文化

神华科学技术研究院有限责任公司董事长

距离第21 届联合国气候变化大会（COP21）国际气候谈判仅有数月，在这段时间去思考如何以最低成本实现潜在减排目标这一问题显得尤为重要。广泛部署高效低排放技术（High-efficiency Low-emission，HELE） 有望快速实现全球减排目标。同时，应用高效低排放技术也能够提高电厂与工业设备效率，在一定程度上解决应用碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技术造成的能量损耗问题。本文论述的CCS 技术包含利用（Utilization) 过程，即涵盖CCUS。

CCS 是一项全球公认的可以满足气候变化目标的关键技术。国际能源署（IEA）和政府间气候变化委员会（IPCC）都曾在报告中指出，倘若不采用CCS 技术，减缓气候变化的成本会大幅提高，比预估成本的中位数要高出70% ～ 138%。这是因为，对于燃煤发电、燃气发电和生物质能发电以及钢铁、水泥、化工、天然气生产等行业来说，CCS 是实现大幅度碳减排的一项必要技术。应用CCS 技术可以将减缓气候变化的总成本降至最低，从而在不牺牲全球发展目标的前提下实现全球气候变化目标。

尽管CCS 技术在全球碳减排中将发挥重要作用，但是CCS 技术的发展与应用却严重滞后，在投融资支持、示范项目规模以及示范项目数量方面都落后于其他低碳技术。为此，全球多个国家的政府、非政府组织和研究机构等都制定了CCS 发展和应用路线图，用于跟踪技术创新和项目进展。本文在广泛研究和调查的基础上，重点选取具有代表性的CCS 发展路线图，分析全球不同国家和地区CCS 技术的发展现状。

国际能源署制定CCS 发展标准

2009 年，国际能源署（IEA）发布了《CCS 技术路线图》。2013 年，IEA 发布了《CCS 技术路线图》的更新修订版本。IEA 前任署长玛利亚·范德·胡芬很好地解释了《CCS 技术路线图》中的隐含信息：“目前，全球迫切需要各国政府、行业企业、研究团体与金融机构合作，确保到2020 年CCS 技术能够得到广泛应用，成为推动全球经济发展、保障国家能源安全、解决气候变化和环境问题的重要技术方案，促进未来全球发展的可持续性。”

IEA 的《CCS 技术路线图》符合“将全球气温升幅控制在2℃以内”的目标要求。实现“将全球气温升幅控制在2℃以内”这一目标需要全球共同推进CCS 技术的应用，不仅950GW 的燃煤与燃气发电机组需要装配CCS设备，钢铁制造行业也需要配备CCS 设备。此外，IEA也认识到降低CCS 成本的必要性。因此，IEA 在2013 年更新的《CCS 技术路线图》中提出全球到2020 年要建立至少30 个大型CCS 项目。这与2009 年版《CCS 技术路线图》提出的100 个CCS 项目相比，数量大幅减少。大型CCS 项目是指，电厂的CO2 捕集能力达到80 万吨/ 年以上，其他工业设施的CO2 捕集能力达到40 万吨/ 年以上。2013 年《CCS 技术路线图》规划到2030 年，常规CO2 利用与封存能力超过20 亿吨/ 年；到2050 年，常规CO2 利用与封存能力达到70 亿吨/ 年。

当前，全球共有14 个大型CCS 项目实现运营，另有8 个项目在建。上述22 个项目全部运营后CO2 捕集能力将达到4000 万吨/ 年。加上另外14 个正处于开发后期的项目，IEA《CCS 技术路线图》中提出的建设30 个项目的目标有望实现。但有些项目可能存在风险，需要加大投融资扶持力度来推动项目建设与运营。

美国：CCS 开发处于世界前列

美国在推动CCS 发展方面位于世界前列。目前全球已经投入运营的14 个CCS 项目中有7 个项目位于美国，CO2 捕集与封存能力达到2030 万吨/ 年。虽然美国政府并未制定官方的CCS 路线图，但其设定了2025 年与2050 年的国家碳减排目标，即2025 年在2005 年排放基础上减少26% ～ 28%，2050 年较2005 年减少83%。美国政府并未制定具体的碳减排举措，但明确表示支持将CCS 作为其低碳发展战略的一部分。近日，美国政府发布了《清洁电力计划》（Clean Power Plan，CPP）的最终方案。这是针对美国电力行业碳减排的重要监管政策。《清洁电力计划》特别强调将CCS 列为碳减排的技术方案。然而，考虑到CCS 目前仍处于示范阶段，如果没有国家战略层面的支持，在短期内，CCS 技术在美国的碳减排方面很难发挥重要作用。

美国能源部（DOE）下属的国家能源技术实验室（NETL）发布了多个版本的《CCS 技术开发路线图》，为CCS 技术发展和成本降低设定了目标。

2014 年，美国在CCS 领域取得许多重要进展。例如，美国能源部的伊利诺伊盆地迪凯特项目（Decatur）成功地向地下盐水层注入100 万吨CO2。肯佩尔整体煤气化联合循环发电（IGCC）装置（582 MW 燃烧前捕集项目）和佩特拉·诺瓦（Petra Nova）碳捕集项目（240 MW 燃烧后捕集项目）等大型CCS 项目有望于2016 年全面投入运营。此外，奥巴马政府在预算中要求对碳捕集项目实施20 亿美元的税收减免。同时，美国能源部停止了对“未来发电2.0 项目（FutureGen 2.0）”的10 亿美元投资。该项目原计划成为美国第一个商业规模的富氧燃烧项目。总之，美国正致力于支持国内外CCS 技术的开发与应用。例如，美国和中国启动清洁能源研究中心开展了多项清洁能源技术研究合作；《中美气候变化联合声明》也特别强调要开展CCUS 合作研究。

加拿大：发电行业CCS 应用领跑者

加拿大在推进CCS 方面已经取得很大进展。近期， 全球首个商业规模的燃烧后捕集CCS 项目成为了全世界关注的焦点。该项目由加拿大萨斯喀彻温省（Saskatchewan）的边界坝（Boundary Dam）燃煤电厂所有，于2014 年10 月开始运营，全负荷运行下每年可捕集约100 万吨CO2。边界坝CCS 项目是推动燃煤电厂应用CCS 技术的重要里程碑。项目的正式运营为未来其他类似项目如何降低成本提供有用的数据和经验。

早在边界坝项目运营前，加拿大就开始考虑CCS 的发展前景。加拿大于2006 年发布了《CCS 技术路线图》（CCSTRM），目标是界定加拿大大规模应用CCS 所需要的战略、技术、工艺及系统整合路径。更为重要的是，该路线图突出了加拿大具有世界级的CO2 封存场所，以及可用于优化技术应用的排放源集群。

该路线图关注的远不止是技术的发展，还特别探讨了加拿大发掘其内在的CCS 机遇所需的六大方面：①政策与监管框架；②公共服务与教育；③技术观察与国际合作；④科技研发；⑤示范；⑥国内利益相关方协作。鉴于研发在降低成本与提供技术活力方面的重要作用，其被放在特别突出的位置。

虽然加拿大的CCS 路线图已多年没有更新，但该国在CCS 领域的领先地位以及对边界坝项目的支持清楚表明加拿大一直致力于CCS 技术的研发。

英国：CCS 能否实现？

2012 年，英国能源与气候变化部（DECC）发布了《CCS 开发路线图》，表示可能给予该国CCS 项目开发以融资支持。英国政府也承诺要“与行业合作实现CCS成功开发”，并在其他融资机制中筹集10 亿英镑，用于支持早期CCS 项目建设投资。但政府同时也明确表示CCS 项目必须要具有成本效益，能够与其他低碳技术相竞争。因此，英国的CCS 路线图重点在于通过“在实践中学习（Learning-by-doing）”以及知识共享来寻求降低成本的方式。

英国电力市场改革（EMR）在支持该国CCS 发展方面有望发挥关键作用。EMR 旨在为投资者提供一个透明、长期、稳定的低碳能源技术投资环境，同时保障国家能源安全。英国电力市场改革中的三种政策工具，固定上网电价（Feed-in Tariffs）与差价合约（Contracts for Difference） 相结合、碳排放最低限价（Carbon Price Floor）、碳排放绩效标准（Emission Standard Performance），对CCS 发展影响最为直接。差价合约的基本机制是政府提前与发电商确定各类能源发电的预购价格（Strike Price）。预购价格将根据参考市场的电力批发价运作——倘若参考市场电力批发价低于该预购价格，发电商将获得两者之间的差价补贴；反之，发电商需要偿还差价。碳排放最低限价旨在维持英国发电行业碳排放成本的长期稳定性，向低碳发电释放清晰的价格信号。碳排放绩效标准于2014 年正式成为法律规定，要求碳排放达到450 克CO2/ 千瓦时的所有新建燃煤电厂必须安装CCS 装置。

英国的CCS 路线图强调英国发展CCS 具有以下优势：地质封存容量大，特别是北海区域；已然形成了多个电厂与工业企业排放源集群，具有共享运输管道等CCS 基础设施的潜力；海上油气行业积累的专业知识可用于CO2 封存领域；长期以来在CCS 学术研究方面成果显著。该路线图的最终目标是提高CCS 技术的成本竞争力，使其到2020 年在没有政府补贴的情况下足以推动私营部门投资CCS 电厂与其他工业企业CCS 项目建设。

在商业规模CCS 应用方面，英国近期有望取得显著进展，已经有两个项目入选《英国CCS 商业化计划》。其中，位于阿伯丁郡的彼得黑德（Peterhead）项目CO2捕集能力约为100 万吨/ 年，碳排放源为一座现有的天然气联合循环电厂，碳封存地址在北海海底；白玫瑰（White Rose）项目CO2 捕集能力约为200 万吨/ 年，碳排放源为一座448MW 的富氧燃烧燃煤电厂。上述项目的顺利推进，表明英国正在按照其CCS 开发路线图的规划发展，并将继续向前迈进。

中国：CCS 开发正在进行

近年来，中国加大了对碳排放（包括标准污染物与CO2 排放）的消减力度。中国一直致力于用高效低排放技术淘汰小型、低效燃煤锅炉，燃煤机组整体效率得到较大幅度提升。尽管在较长一段时间内，煤炭在中国的主体能源地位不可动摇，但中国正努力推动能源结构多元化，增加可再生能源、天然气、核能利用的比重。在CCS 方面，中国明确表示短期内将重点发展CCUS，为推动CCS 项目提供有益支撑。

2011 年，中国科学技术部社会发展科技司与中国21世纪议程管理中心编著了《中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图研究》一书，梳理并探索提出了中国发展CCUS 技术所需的相关政策、监管制度和标准的建议。虽然中国尚未发布具有实质意义的CCS 路线图，但2013 年，中国国家发展和改革委员会发布了《关于推动碳捕集、利用和封存试验示范的通知》，强调“各地区、各部门应按照‘十二五’规划纲要中应对气候变化工作的整体要求，加强对碳捕集、利用和封存的试验示范的支持和引导……”，并列出以下六大重点工作任务：

（1）结合碳捕集和封存各工艺环节实际情况开展相关试验示范项目。

（2）开展碳捕集、利用和封存示范项目和基地建设。

（3）探索建立相关政策激励机制。

（4）加强碳捕集、利用和封存发展的战略研究和规划制定。

（5）推动碳捕集、利用和封存相关标准规范的制定。

（6）加强能力建设和国际合作。

中国已经开展多项有关CCUS 的研究、试验和示范项目。截至目前，神华集团内蒙古鄂尔多斯10 万吨/ 年全流程CCS 示范项目，已经累计封存了30 万吨CO2。

在大型CCUS 项目方面，根据全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）报告，中国目前有11 个大型项目正处于不同建设阶段（尚无项目投入运营）。其中两个最大的项目分别是延长石油CCS 示范项目（规划的CO2 封存能力为50 万吨/ 年，捕集化工厂排放的CO2，预计2016 ～ 2017 年投入运营）和中石化胜利油田燃烧后捕集项目（碳捕集能力为100 万吨/ 年，预计2017 年投入运营）。目前，包括煤炭转化在内的许多行业，可为早期CCUS 项目提供相对廉价的CO2 来源。倘若多个大型项目能够顺利建成运营，中国在CCUS 应用方面将迅速发展。

其他国家CCS 进展

全球也有一些CO2 排放大国并未积极制定CCS 路线图。以印度为例，虽然印度人均碳排放量远低于发达国家，但该国正努力推动电力普及，其CO2 排放总量在未来10年将快速增长。目前，印度并未制定官方的CCS 路线图。在GCCSI 的协助下，印度于2013 年开展了CCS 调查研究 。随后的研究报告得出的结论是：印度通过CCS 减排是可行的，但缺乏可靠的封存数据使其存在不确定性。此外，印度对CO2 捕集与封存总成本进行量化的研究很少，有关CCS 开发的投融资风险和法律责任也处于研究阶段。因此，如果印度未来考虑发展CCS 项目，迫切需要加强CCS 产业链所有环节的能力建设。

同样，澳大利亚目前也没有制定国家层面的CCS 路线图。但该国有3 个大型项目处于规划或建设阶段，而且澳大利亚对CCS 领域的研究跨度较大。该国的高更（Gorgon）项目是全球最大CO2 注入地下盐水层项目，2016 年之后CO2 封存能力有望达到400 万吨/ 年，将成为该领域的引领者。

CCS 全球展望

虽然CCS 技术在某些重点项目中取得进展，并实现了CCS 路线图的部分目标，但是总体来说，CCS 的发展与应用仍然滞后，仅接近IEA2013 年《CCS 技术路线图》设定的进度目标。在政策与投融资支持下，CCS 技术的减排潜力与其他低碳技术相当。但目前CCS 发展仍存在监管动力不足、政策支持力度不够与投融资缺乏问题。CCS 发展路线图作为国家层面的发展规划，可以展现CCS 应用的方式，制定发展建议，设定进度时间表。如果要充分发挥CCS 技术的潜力，必须要参考路线图中的规划和建议按部就班地发展推进。（《基石》杂志）