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碳捕获技术的应用

作为一项公认绿色技术,碳捕获与封存技术迅速得到普及。但是,李佳和梁希却认为该技术仍然面临许多资金上的困难。

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过去的二十多年里,人们日益清楚地认识到,在温室气体减排战役中,碳捕获与封存(CCS)是一项非常重要的技术;目前有二十多个大型示范项目正在实施当中。据国际能源组织2009年公布的一份报告称,到2030年,能源行业及产业部门采用CCS技术降低的排放将有可能占减排总量的10%。

大多数的主要经济大国已经做出承诺要控制温室气体排放。在没有全面配套建设CCS设施的情况下,最好是不再批准新建化石燃料电厂、炼油厂、钢铁厂、或水泥窑等。然而,大规模CCS技术的广泛应用主要面临着两方面的挑战:缺乏建设和运营商业规模的一体化CCS项目的经验;财政激励措施不足,无法保证投资方获得合理的收益。在解决这些挑战之前,为了便于未来CCS技术的采用,未来十年新建的化石燃料电厂在设计及建造时应为碳捕获做好准备(CCR)。

一些利益相关者担心,由于缺少工业项目,CCS技术目前还无法得到验证。这种观点并非完全正确。一百多个工业CCS项目目前正在开发当中,已经开始运营的项目目前有20多个,其中包括每年储存量达一百万吨的挪威国家石油公司斯莱普内尔项目,30兆瓦的德国Vatternfall-Schwarze Pumpe试点项目,以及年捕获量达3千吨的中国华能高碑店燃烧后捕集试点项目。有几个项目甚至已经运营了十几年。

缺乏大规模的方案是目前所面临的真正问题。英国的斯特恩报告认为,要想大量降低排放,化石燃料电厂的二氧化碳捕获至关重要。然而,现有的电厂二氧化CCS项目中没有一个项目的捕获量超过每年一百万吨。

欧盟希望,到2015年至少建立并运营10个示范项目。目前,欧盟正准备建立一个CCS知识共享体系,然而其时间表却一推再推。美国能源部长朱棣文曾宣布过一个类似的目标:到2016年,美国应该能够开展10到12个商业化示范项目,并准备到2019年在更大范围内推广其在商业领域的应用。同时,澳大利亚政府每年向全球碳捕获与封存研究所提供1亿澳元(9千万美元)的资金用于支持世界各地的示范项目。虽然CCS示范项目还未获得中国政府的大力支持,但是,华能集团、绿色煤电、以及神华集团等大型国有能源企业均提出了一些大规模计划。此外,为了促进风险共担、资金和知识的共享,还设立了一些双边和多边激励措施,其中包括碳封存领导人论坛未来电力联盟、以及英欧中三方及全球碳捕获与封存研究所共同开展的煤基近零排放项目(NZEC)等。

燃烧后捕获燃烧前捕获、以及工业过程中的脱碳等三种碳捕获技术目前在非CCS的商业领域中都有应用。第四种技术,富氧燃烧仍然在试点阶段。然而,在CCS的相关应用所要求的规模和条件下,为了使碳捕获技术具有经济可行性及技术可靠性,还需要进行更多的研究和试点。

二氧化碳一经捕获之后,就必须被运往一个合适安全的储存地点。管道输运是最为经济的方法。之后,就可以将二氧化碳深深注入地下储存。石油天然气行业有将大量二氧化碳注入含盐层及油气田的经验。并且技术也相当成熟。因此,大多数CCS已经做好实施的准备,并且已经具备了稳定的供应商。这些技术的发展重点是降低成本及实现系统全面整合。

那么成本究竟有哪些?据能源顾问公司芬兰贝利集团公司为英国政府做的一份研究显示,2015年燃煤或燃气电厂每吨二氧化碳的碳捕获减量成本将有可能在$41(¥280)到$57(¥389)左右。而地下咸水层二氧化碳储存及监控成本将在每吨$1.6(¥10.9)到$3.2 (¥21.8)左右。政府间气候变化专门委员会关于CCS所做的一份专题报告认为,250公里长的输运管线每年输运5百万吨二氧化碳,则每吨二氧化碳的运输成本为$1(¥6.8)到$6(¥41)左右。可是,实际数据受具体地点及土地成本的影响很大。

据麦肯锡公司2008年发表的一份研究显 示,2012年到2015年启动的CCS示范项目的总成本将有可能在每吨二氧化碳$84(¥574)到$127(¥867)左右,2020年之后将降至每 吨$49(¥335)到$70(¥478)。然而,如果考虑到CCS投资中的不确定因素,成本将每吨升高$13(¥89)到$15(¥102)左右。

发展中国家的CCS项目可能会具有成本上的优势。煤基近零排放项目以及中欧CCS合作行动(COACH)认为,大规模CCS项目的全部成本可能在每吨二氧化碳$35(¥239)到$42(¥287)左右。然而,随着发展中国家人工成本、资本成本、以及币值上涨速度的不断加快,这种优势到2020年便有可能被大大削弱。清洁发展机制(CDM)中已经建立的CCS方法有可能为发展中国家初期启动CCS示范项目提供相当数额的资金支持。但是,仅凭清洁发展机制提供的支持还远远不够。由于示范项目的减碳成本要远远高于现行减排认证(CER)的市场价格,因此,未来十年,世界各国公共部门采取额外的财政激励措施将有可能会成为推动CCS示范项目发展的主要动力。

全世界大部分的利益相关者都一致认为,CCS技术在温室气体减排中发挥着重要作用。但是,在大众眼中,可再生能源与提高能效的前景要比CCS技术稍微乐观一些。决策者及普通民众对CCS技术缺乏了解已经阻碍了该技术的推广实施。

能源损耗是CCS技术存在的一个局限因素。二氧化碳的收集和压缩有可能会使燃煤电厂的燃料需求增加25%。有趣的是,在主要发达经济体中进行的大多数利益相关方意见 征询所得出的结论都是发展CCS技术将会使能源安全得到提升。其原因是发达国家中的一些人相信,不久的将来,没有采用CCS技术的燃煤电厂将无法获得许 可。然而,中国的利益相关者却倾向于将CCS技术看作是对国家能源安全的一种威胁。因为他们相信,这些技术会导致煤炭进口量的上升。一些人还担心它们会引发运营安全问题及煤矿事故。

在CCS技术具备经济可行性之前,电站的建设还将继续,二氧化碳也还是会被排入大气。据国际能源机构估计,2007 年到2030年间,中国和印度的燃煤发电将有可能分别增长2.5倍和3.5倍。对新建电厂进行改造从而使其做好碳收集的准备对于电厂的顺利转型至关重要。 负责电厂碳收集准备工作的开发人员应对其控制范围内的所有有碍二氧化碳收集设备安装及运转的已知因素进行查明,并将其消除。

对于粉碳发电厂而言,用于碳捕获准备的投入并不高昂;据国际能源机构估计,还不到原来固定资产支出的1%。但是,据2009年中英两国的中国先进电厂碳捕获方案项目(CAPPCCO)的研究成果显示,它却能够使电厂提前关闭的可能性降低7%到10%,并使转型的几率增加5%到7%。CAPPCCO在中国进行的一项针对国内103家电厂的调查显示,近一半的中国燃煤电厂中,没有一家在建设时考虑到碳捕获,因此将无法进行转型。

CCS技术的成功推广依赖于一系列因素的实现。首先,要有充足的资金和坚强的政治后盾作为支持,并且还要有明显的先行者优势。这些因素能够为示范工程创造一个较为合理的投资环境。其二,此类项目必须能够证明CCS技术的可靠性及安全性,并且找到有效的融资模式和运营模式。第三,通过技术创新实现成本的大幅降低, 碳价格必须在保持平稳的同时确保CCS技术的投资有利可图。第四,必须提高沟通模式的效率,从而增强决策者、能源企业、以及公众对CCS技术的了解。

最后,一旦CCS技术具有经济可行性,就有可能在每一家新建化石燃料电厂推广实施该项技术,并对一些现有的电厂进行转型。而优先进行转型的应该是那些已经做好碳收集准备的电厂。


李佳,领先财纳投资顾问公司首席执行官,CaptureReady.com创始人,伦敦大学帝国理工学院机械工程博士研究生。

梁希,剑桥大学电力政策研究组副研究员。

首页图片来自Vattenfall公司,图为位于德国南部黑泵工业园区的富氧试验厂。

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匿名 | Anonymous

成本不同

我同样认为在所有地方都应用碳捕获和封存的行为是盲目的。我不是很清楚中国的情况,但听起来好像在那里捕获和封存二氧化碳的成本非常低。中国是改造而美国是新建,这是导致前者成本更低的原因吗?

cost difference

Agree certainly lack of explicit incentive for CCS anywhere! I am not sure the situation in China, but it sounds like much cheaper to capture and sequestrate CO2 there. Will retrofit in China cheaper than new build in US?

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匿名 | Anonymous

掌握CCS技术

CCS对发达国家来说也许是一种减碳的主要手段,但对中国来说则未必,中国减碳主要应通过节能减排,提高效率的方式。政府对CCS技术也持谨慎接受的态度,暂时不大规模发展,但要掌握技术。因此中国最近几年都有很多示范项目。可惜,碳捕集预留(CCR)还未得到应有的重视

Master CCS Technology

CCS may be an important technique with regard to national development, but as far as China is concerned, it's not a must- have. Chinese plans for emission reduction should focus on reducing emissions by conserving resources and improving efficiency. The government also wishes to maintain a cautiously receptive attitude towards CCS technology, not developing it on a large scale at the moment, but wanting to master the needed technology. Due to this, there have been many demonstrative projects in the last few years in China. It's a pity that Carbon Capture and Retention (CCR) has yet to get the respect it deserves.

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匿名 | Anonymous

碳捕获和储存中二氧化碳分离的商业应用

“燃烧后捕获、燃烧前捕获、以及工业过程中的脱碳等三种碳捕获技术目前在非CCS的商业领域中都有应用。”你说的是把二氧化碳从发电厂分离吗?为了碳捕获和储存的目的,把二氧化碳从天然气生产中移出(一种工业处理方法),Sleinper是一个很好的例子

Commercial use of CO2 separation for CCS

'Examples of three types of capture technology – post-combustion, pre-combustion, and separation from industrial process – are in commercial use for non-CCS applications.' Do you mean separate CO2 from power plants? Sleinper is a good example of removing CO2 from natural gas production (industrial process) for CCS purpose.

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匿名 | Anonymous

碳捕集挑战的是人类本身

碳捕集与封存挑战的不只是技术,还有复杂的人性,索取的同时对回报的淡薄,底线疑虑却是回报到底值不值得?
在现存经济、技术、政治等外围条件下,CCS要大规模运用非常困难,各发达国家及部分发展中国家尽最大努力为气候问题贡献力量,在各方面创造了积极条件。但是对于广大发展中国家,发展才是首位的,即使技术条件达到要求也不能阻碍发展。他们依然再走各个国家走过的老路,先索取,再考虑回报!

Humanity itself is a challenge for carbon retention

The challenges faced by carbon caputire and retention are not exclusively technological; there's also complicated human nature to contend with. Even as the technology is demanded, the weak returns lead to a baseline suspicion with regard to whether the returns are actually worth the investment?
Under current economic, technological, and political conditions, large- scale use of CCS would be extremely difficult. Every developed country, as well as a number of developing countries, have made every effort to make contributions towards dealing with climate change, and have created positive conditions in all areas. Despite this, with regard to developing countries, development always comes first, since even if technological conditions do meet national requirements, development cannot be obstructed.
They are still walking the same old path every country once took: First make demands, and only then consider the consequences!

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匿名 | Anonymous

稍稍放缓大幅增加的碳排量而已

作者提到碳捕获与封存技术在2030年前将会占到碳减排量的30%。虽然政府表明将致力减少碳排放量,但CCS所取得的小成就还是无法和日益增加的碳排量同日而语。

文章写明是占总碳排量的10%,但我怀疑作者所指的是占发电和工业产业碳排量的10%,而不是总碳排量的10%。

A small reduction in rapidly rising emissions

The authors mention that CCS will account for 10% of emission reductions by 2030. This will be more than wiped out by the increase in emissions which, despite rhetoric from government that they (/we) must greatly and urgently reduce emissions, is currently planned.
I suspect that the authors really mean 10% of emissions from the power and industrial sectors rather than all emissions - despite asserting that the 10% is of total emissions.

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匿名 | Anonymous

不合理的学习

你引用到麦肯锡的成本学习曲线,但我并不乐观。对麦肯锡的研究方法论,我不予置评。但最初的碳捕获封存研究结果表明该技术的效果要低于你的期望。

Question of steep learning exist

You cite McKinsey's expectation of cost learning curve. I am not optimistic. No comment on the methodology in M's study. The progress of initial CCS demonstrations seems slower than your expectaion.

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匿名 | Anonymous

集体控诉煤炭发电站业主

任何拥有或投资煤炭发电站的人都心知肚明他们推动了气候变化, 无疑也是带给穷人们困苦的主要肇事人之一。 就此而言,他们有可能面临集体控诉。
民间投资或政府与民间合作的情况下,污染者必须为此付出代价,而应该由纳税人承担责任(除非是煤炭发电的直接或非直接的消费者)。
为什么必须降低CCS的成本?气候变化的冲击是如此巨大,尤其是对那些碳足迹极其细微的穷人来说更是如此。关税应该上涨,向那些无污染电力的边缘成本看齐。

-translated by Xuan LUO

Class-action law suits against the owners of coal-fired power stations

Whoever owns or invests in coal-fired power stations does so knowing that they are amongst the largest single-source causes of climate change - and implicitly hardship for the vulnerable poor. As such, they are likely to face class-action law suits.

Where there is private sector investment or public/private partnership, the polluter must pay - not tax payers (other than as direct or indirect consumers of the electricity generated from coal).

Why should the cost of CCS have to fall? The impact of climate change, particularly to the poor whose CO2 footprint is miniscule, is so great that tariffs should be allowed to rise to the long run marginal cost of production of CO2-free electricity.

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匿名 | Anonymous

国家财政资助CCS或可再生能源

看来必须得有一笔可观的公共资金方,CCS才有可行性。我建议将这笔资金放在其他诸如风能或太阳能之类的零碳项目。为什么不对收煤炭业征税,或直接把钱补贴给可再生能源呢?

Public finance for CCS or renewable

Sounds significant amount public money needs to make CCS economically feasible, I will suggest to spend the money on zero carbon alternatives such as wind, solar. Why not tax coal and subsidy renewables?

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匿名 | Anonymous

碳捕获与封存技术将会包括在清洁发展机制吗?

第一,我想问你是如何计算二氧化碳的减排量和可能泄露的数量?这些都是难以查证的。

第二,我们都不知道清洁发展机制在2012年之后会怎么样。

Will CCS be involved in CDM

First, how do you count the amount of CO2 reduce and the amount possiblly leak? Hard to verify.
Second, what will clean development mechanism look like after 2012? We don't know.

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匿名 | Anonymous

公众对CCS技术的了解还需加强

虽然在哥本哈根气候峰会结束后,气候变化和二氧化碳排放量成为了公众的焦点,但是公众对碳捕获与封存(CCS)技术的了解情况并不乐观。从相关技术的各种论坛评论可以看出,公众对CCS的认知程度是令人担忧的。

坦白说,公众对CCS的不了解是相关领域研究人员造成的。CCS技术的可行性已经被反复验证,而且许多不同规模的研究也已经在进行,但是只有小部分机构注意到要普及CCS技术的知识。对CCS技术缺乏认知导致公众对CCS技术缺乏信心。

在文章结尾列出的各种限制CCS技术推广的因数都是非常重要的。我建议以后的CCS研究都要尽量实现这些因数和相关的措施。
朱德辰

Public technologies on CCS still needs to be enhanced

Although climate change and CO2 emissions become to be the public focus again after Copenhagen conference, public knowledge on CCS technologies does not worth an optimistic estimation. The worries can be deduced from comments on these technologies published in different forums.

Frankly speaking, it is the fault of the researchers in this field. A large number of studies have been already carried out in different scales and the feasibility of CCS technologies has been validated for many times.

Unfortunately, few organizations and activities paid attention to enhancing the share of related knowledge. The lack of knowdge on CCS leads to the shortage of public confidence in CCS technologies.

The factors to affect the extentive applications of CCS ,which are listed at the end of the article, are really important and critical. The further study on this factors and corresponding measures are suggested to carry out.

Dechen Zhu