电力行业CCS碳捕集现状与进展.docx

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1、电力行业CCS碳捕集现状与进展自从世界上第一个发电碳捕集和封存（CCS）项目开始商业运作以来，近十年来只有另外三个项目紧随其后。第一个项目，SaSkPOWer位于加拿大萨斯喀彻温省的115兆瓦边界大坝电站3号机组,在2014年成为世界上第一个成功实施碳捕集的燃煤发电设施。该项目包括锅炉改造和用一个集成了CO2和SOz去除机制的新汽轮机替换旧汽轮机。由于创新改造，该工厂被评为2015年POWER年度工厂。自运行以来，该设施每年能够捕集多达100万吨C02用于强化采油（EOR）和地质封存。2017年,另一个标志性发电CCS项目PetraNova标志着商业运营。该项目还获得了POWER的年度工厂奖，

2、旨在从位于德克萨斯州FOrtBend县的NRGEnergy的W.A.Parish8号机组的650MW燃煤锅炉的低压含氧烟气流中捕集至少90%的C02排放，并提供相当于240MW总机组的捕集能力。该项目由NRG能源公司和日本石油天然气公司JX日本联合开发，采用关西三菱C02回收工艺（KMCDR工艺）。三菱重工（MHI）改造并扩大了胺基气体处理工艺。CCh被干燥、压缩,通过一条81英里长的管道输送到得克萨斯州Jackson县的WestRanch油田（WestRanch）,在那里被注入油田进行EORo虽然PetraNova在2020年5月因冠状病毒肺炎疫情开始时石油和电力价格暴跌造成的经济状况而被封

3、存，但JX日本已获得该项目的全部所有权,并于2023年9月重新开始运营。PetraNova三年后，中国神华集团的子公司神华国华锦界能源有限公司开始在中国陕西省锦界经济技术开发区的燃煤电厂运营CCS设施。该工厂位于神府煤田，目前有四个600兆瓦的亚临界空冷燃煤机组，并正在探索两套碳捕集技术。其第一个项目于2020年开始运营，通过胺基燃烧后碳捕集设施每年捕集15万吨CO2o第二个设施是一个试验规模的固体吸附系统，容量为IooO吨/年CO2o该项目捕集的CO2通过罐车运输到鄂尔多斯盆地内的刘家沟深层盐水层封存。这是之前神华鄂尔多斯CCS示范项目的注入点，该项目注入并封存了从附近的鄂尔多斯煤液化厂捕集

4、的30万吨CO2。1.中国能源位于江苏省泰州燃煤电厂的年产50万吨碳捕集设施（国家能源集团）与此同时，2023年6月，中国能源在江苏泰州燃煤电厂启动了一个年产50万吨碳捕集利用和封存（CCUS）设施（图1）。该项目是目前亚洲最大的CCUS燃煤项目，采用胺基二次燃烧技术。中国能源表示，该项目是通过其高性能吸收塔和高效胺回收的突破实现的。一些捕集的CO2将被输送到中国石化华东石油局用于EORo该公司在6月份表示：“下一步，泰州燃煤电厂将与相关企业、大学和研究机构合作在C02和氢气生产甲醇以及精细化工产品等领域开展研究，以提高CO2的价值，进一步促进从捕集到利用的全周期碳产业链，并加快煤电CCUS从

5、技术示范向工业化、集群化发展的转变。CCS发展势头强劲据全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）称,这四个项目的启动和运行标志着CCS在电力部门的应用取得了重大进展。2023年11月，总部位于澳大利亚墨尔本的国际智库（其使命是加速CCS技术的部署）表示，53个发电CCS项目”正在进行中。这些项目是已经在其他行业运行的41个全球项目的一部分（总能力为4900万吨）,也是全球正在开发的更大的351个项目管道的一部分。每周都有新项目宣布，GCCSI首席执行官JaradDaniels指出。拟议中的CCS项目在过去六年中表现出强劲的同比增长，自2017年以来每年的复合增长率超过35%。CCS最初集中在特定的

6、部门,现在已经扩展到广泛的行业。虽然其最重要的应用目前集中在乙醇行业和天然气加工，但该研究院的数据库突出了氢气和化学品、肥料、铁、钢、生物乙醇和废物转化能源的应用。该组织表示：有趣的是，久而久之的CCS正被应用于捕集成本更高的行业，如发电、水泥和直接空气捕集。CCS项目的多样化在电力部门也很显著。GCCSI的数据库显示，近三分之一新宣布的项目寻求减少天然气发电的排放，还有几个项目涉及生物质和废物发电。JaradDaniels说,与此同时，CCS行业正在见证一个新行业的诞生，即CO2运输和封存。他指出截至2023年7月，我们的拟议中项目中有101个封存运输项目,这些项目中的每一个都旨在向第三方提

7、供C02运输和封存服务，利用网络的成本和风险优势，预期未来需求强劲。”政策推动的势头总的来说，增长是由多种因素推动的，其中最重要的是强有力的政策，特别是在北美和欧洲,JaradDanieIS说。总的来说，CCS正成为公共政策的一个显著特征，CCS已被纳入政府的气候承诺。他表示，这与“随着时间的推移，捕集成本的稳步下降齐头并进，这加强了政策驱动投资的商业理由。1.鹿园能源中心（DeerParkEnergyCenter）是一座L2吉瓦的天然气联合循环发电厂，位于德克萨斯州的鹿园，是Calpine电厂中最大的发电厂，将主持世界上最大的碳捕集项目之一。该项目旨在从电厂所有五个涡轮机产生的烟气中捕集95

8、%或更多的C02排放。2022年,美国国会更新并扩大了2018年推出的45Q税收抵免,并随着通货膨胀减少法案的通过，将在含盐地质地层中封存CO2的发电设施的抵免额从50美元增加到85美元/吨。随着运输部继续制定规则以更新CO2管道的标准，包括与应急准备和响应相关的要求，美国环境保护署（EPA）收到了前所未有数量的Vl类COz注入许可申请。德克萨斯州监管机构迄今为止已经为配备CCS的燃气电厂发放了第一份大气排放项目许可：Calpine的896兆瓦BaytOWn项目和1217兆瓦的DeerPark能源中心（图2）。同样重要的是，美国环保署在2023年5月发布了一项拟议规则，该规则将从2030年开始

9、为计划在2040年1月后运营的任何煤电厂设定基于现有煤蒸汽装置90%碳捕集的排放标准。根据该提案，新的和现有的基本负荷燃气联合循环机组的所有者和经营者也可以选择遵守该规则，到2035年以90%的捕集率安装CCUSe（在提案中，环境保护局将该标准应用于铭牌容量超过300MW,平均运行容量系数为50%的单个机组。）在加拿大,一项联邦减排计划预计，到2030年,全国CCS能力将至少增长1500万吨/年,而联邦强制规定的碳价格将提高到每吨170加元。渥太华还宣布了对CCS部署的大力支持，包括一项投资税收抵免，在2030年前将覆盖COz捕集项目高达50%的资本成本。在世界其他地方，已经有碳交易计划的欧盟

10、正在通过其创新基金以及丹麦、荷兰、挪威和英国的个别国家补贴支持CCS。值得注意的是，英国在发展CCS集群上投入了大量资金，包括英格兰西北部、东海岸的威尔士和TeeSide的HUmber。在亚洲，日本、新加坡、韩国,尤其是中国,取得了实实在在的进步。与此同时，巴西正在酝酿一项法案，为CCS建立一个法律框架。技术不是障碍尽管如此,一个普遍的担忧,特别是在电力部门是如何快速部署CCS,以对全球能源排放产生可操作的影响。JaradDanielS表示：虽然最近的政策进展令人鼓舞，但实现气候目标将需要到2030年每年封存约10亿吨CO2,到本世纪中叶封存数十亿吨CO2,因此，我们所有人还有很多工作要做。随

11、着越来越多的项目从规划到开发再到执行阶段，许可、公众参与和项目管理将变得越来越重要。大多数电力CCS项目，包括正在进行中的项目，都利用了燃烧后、燃烧前和富氧燃料燃烧技术。尽管固体吸附碳捕集系统也在探索研究中，最成熟的CCS技术类型，是最广泛采用的使用胺溶剂基捕集系统。清洁空气任务组(CleanAirTaskForce)的市场和技术总监JohnThompson表示,最大的障碍不是技术。该智库致力于通过推动全球气候保护技术的发展来防范气候变化的影响。他告诉POWER(电力杂志)：这是钱,如果你看看碳捕集,这是一种污染控制技术,它只发生在两种情况下：你要么通过监管要求它清理排放，要么你有某种税收激励

12、来支付成本。他指出,在美国，目前有23个电力CCS项目正在开发中，最大的挑战与成本有关。真正改变的是税收抵免，这为该行业提供了一个最佳的经济状况。尽管燃煤电厂的捕集成本通常因配置不同而不同，但它们通常是一致的。关注成本和性能美国能源部（DOE）一直在调查CCS的最新成本细节，并发布了几份报告，考察了燃煤和燃气电厂的一系列碳捕集水平。在最近的一份报告商业起飞之路:碳管理中，能源部使用了12年的回收期，一系列的运输和封存（每公吨10-40美元）,并考虑了第一次/第n次工厂影响。汤普森指出:“对于改造燃煤电厂来说，低成本是每公吨63美元，用于捕集、封存和向地下注入CO2o对于天然气工厂来说，捕集、运

13、输和封存的价格范围从每公吨96美元开始。然而，商业起飞之路:碳管理报告中描述的高端成本“要高得多，而且它们无助于评估一个以排放标准和45Q税收抵免为特征的世界，汤普森还表示：因为处于这一高端范围的工厂不适合安装碳捕集和封存。这些工厂通常很少运行或接近其使用寿命的终点。JohnThompson建议成本一般分布在煤电的约70美元/吨，联合循环天然气发电约85-90美元/吨。煤电厂和天然气电厂的最大不同在于你必须把它运输多远。如果政府在这些税收代码中支付85美元，而你的成本是80美元、85美元、90美元、95美元或100美元,这可能足够接近你能负担得起的水平。JOhnThOmPSon指出，CCS可能

14、并不适合所有的化石燃料发电。他说：”把煤电厂想成资产的三桶战略（近期、中期、长期）是有帮助的。有些工厂将在未来五年、六年或七年内关闭。这些都不是碳捕集的好对象。他建议,更好的候选是计划在21世纪30年代末或21世纪40年代关闭的电厂,到21世纪40年代,燃煤和燃气电厂可能别无选择，只能考虑CCSo碳捕集对电厂性能的影响也是一个问题。一个重要的问题与净功率输出（减额）的减少有关，这是由于可观水平的碳捕集所需的大量寄生蒸汽和功率负载。根据美国能源部的说法，燃烧后捕集已被证明会使没有捕集的同等电厂的净电厂效率降低20%或更多。此外，除了成本和性能问题，工厂改造经常遇到的传统障碍包括施工期间预计的工厂

15、停工期、工厂布局和占地面积限制、设备或资源的再利用以及许可要求。然而JohnThompson认为,如果利用税收抵免，CCS交易可能是合理的。在我们见过的许多模型中，当你有45Q税收抵免并且你给你的工厂添加CCS时，你的工厂实际上最终会部署更多。最后JohnThompson乐观地认为,电力部门更多的CCS部署将为该行业提供至关重要的碳管理经验。他指出，到目前为止，还没有出现能够解决脱碳问题，同时保持电力部门提供可靠和负担得起的电力的关键使命的灵丹妙药。他指出，很多人都理解扩大风能和太阳能设施、传输量和土地面积的复杂性和规模。”这将取代现有的发电，是最困难的转型之一。他承认，随着新技术出现在电力领域，如何有竞争力地抵消化石燃料，CCS将如何成功仍不清楚,但激励和监管措施发出的市场信号可能会鼓励未来的进步。这意味着胺等现有技术将朝着更好的溶剂和更好的集成方向发展。当你有一个更好的溶剂，你可以缩小塔吸收器，当你缩小吸收器，你缩小资本成本。当您拥有更好的集成时，您可以获得更高的效率，从而缩小占地面积，进而降低价格。