宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

碳捕集、利用和封存(CCUS)技术发展现状及应用展望

梳理了碳捕集、利用和封存(CCUS)技术各关键环节的发展概况,阐述了全球和我国现阶段CCUS技术应用进展和挑战.结果表明,在当前的经济技术水平下,CCUS项目难以实现成本效益的平衡,因此必须转变思路,将CO_(2)视为一种基础工业原料,加快CO_(2)资源化利用布局.基于此,提出CO_(2)转化利用金字塔模型,通过优化组合高附加值碳基材料、化工利用、生物合成等CO_(2)转化利用路径,形成兼具减排和商业价值的新型碳经济.最后,根据我国未来在能源领域的领先性和电网的灵活度的实际需要,提出了加快我国CCUS技术布局和应用的政策建议,以期助力CCUS技术产业化落地与可持续发展.

基于知识图谱的中国碳捕集、利用与封存领域研究历程

碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization,and storage,CCUS)技术是目前国际上应对气候变化的重要手段,对实现碳减排目标、促进可持续发展具有重要意义。该文首先梳理我国有关CCUS政策的发展历程,然后通过文献计量和科学知识图谱相结合的方法,基于中国知网数据库中2000年至2022年CCUS领域的研究文献(期刊论文和专利),利用VOSviewer和Excel软件统计分析论文的年度发文趋势、载文期刊、资助基金、研究机构、发文作者和研究热点以及专利的年度公开数量、主题及学科分布和发明人,并以二氧化碳吸收剂和二氧化碳驱油技术为例分析CCUS流程中的若干重点技术的发展进程和趋势。最后,针对现阶段CCUS研究存在的问题提出一定的建议。

“双碳”治理视角下碳捕集、利用与封存政策的中国样本审视

探究中国现行碳捕集、利用与封存政策的特征与不足,可为我国将来的政策制定及体系优化提供参考。以2006年2月至2022年12月中央和地方发布的143份有效政策文本为研究对象,构建基于“政策工具-目标领域-政策主体”的三维分析框架模型。结合统计学方法、结构分析法和内容分析法等研究方法,分别探究了碳捕集、利用与封存政策的演进历程、政策工具、政策目标领域、政策主体、政策力度等内容特征。结果表明,在“双碳”目标导向下,中国碳捕集、利用与封存政策正在展开布局,战略目标逐步明晰,但仍然存在专项政策缺位、政策工具结构分布不均衡、政策主体合作联系密度不高、碳捕集、利用与封存全流程技术标准不完善等问题。基于此,未来应当强化政策力度,构建面向碳中和目标的碳捕集、利用与封存专项政策;高效配置多元政策工具,构建政策工具的综合应用模式;完善碳捕集、利用与封存产业链,优化产业布局结构。

CO_(2)地质利用与封存中碳迁移及其相态分布规律

CO_(2)地质利用与封存技术是“双碳”战略下重要的碳减排手段,前人的研究多集中于地质利用方面,而对地层的碳封存潜力尤其是CO_(2)矿化潜力的定量评价存在不足。为此,通过程序开发手段,将闪蒸计算加入开源的反应溶质运移模拟软件中,利用改进后的软件建立了松辽盆地大情字井油田H59区块的三维地质模型,通过历史拟合注采过程校正模型地层参数,最后采用校正后模型量化表征了不同注入阶段及注采结束后CO_(2)迁移与相态转化的时空演化过程。研究结果表明:①在油藏CO_(2)混相驱条件下,CO_(2)在注入井端的小范围内呈现气相,在接触到油相前缘后,CO_(2)受浮力影响减弱,在垂向上逐渐趋于均匀分布,并向开采井端均匀推进;②气水同注阶段与注气阶段均有超过70%注入的CO_(2)溶解于油相,但气水同注阶段溶解于水相的CO_(2)含量明显增加;③注采结束后的相态演化特征表现为溶解水相CO_(2)逐渐转变为矿物相,而溶解油相CO_(2)存在转变为游离态气相的趋势;④注采结束后,主要矿化过程为绿泥石及铁白云石溶解产生铁、钙离子,与碳酸根离子结合构成方解石和菱铁矿等沉淀矿物(固碳矿物),而主要溶解矿物有钾长石、钙蒙脱石、铁白云石及绿泥石。结论认为,基于现场实测数据,利用嵌入闪蒸计算的CO_(2)地质利用与封存组分模拟软件,提高了对CO_(2)迁移及分布相态规律的进一步认识,研究结果对实现注CO_(2)高效提高采收率与封存具有重要指导意义。

基于图对比学习网络的碳捕集利用与封存过程临界物性预测

针对获取化合物临界温度(T_(c))的传统实验和计算方法成本高的问题,将图对比学习(GCL)算法应用于原油组分T_(c)的预测中,结合现有的Tc数据集与补充的原油组分相关数据比较了GCL算法和传统计算模型区别。计算结果表明,GCL算法可捕捉图结构中的节点和边特征,同时对训练数据量要求较小,适用于分子性质预测;GCL算法具有更高的预测准确度,同时调整分子二维和三维结构编码可对GCL的预测性能起到提升的效果。

国际碳捕集、利用与封存技术激励政策浅析与启示

近年来,全球碳捕集、利用与封存(CCUS)项目的建设和部署速度显著加快。政策激励作为关键的驱动力之一,不仅促进了CCUS产业的资金投入,也加速了技术的创新和规模化发展,对CCUS产业的商业化进程起到了显著的推动作用。北美及欧盟等主要CCUS技术应用国家和地区出台了系列激励政策,极大促进了CCUS开发项目增长,并为进一步商业化推广奠定坚实基础。对发达国家CCUS政策进行归纳和梳理,分析政策的主要措施和特征,并结合国际CCUS政策的经验,为中国CCUS产业的未来发展提出思考建议。

CO_(2)地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

CO_(2)地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO_(2)减排效果,推行CO_(2)地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO_(2)地质封存与利用方式,统计了全球范围内的CO_(2)地质封存与利用示范工程,重点介绍了我国典型CO_(2)地质封存与利用示范工程案例,并对CO_(2)地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前,CO_(2)地质封存与利用方式主要包括CO_(2)驱油封存、CO_(2)驱替煤层气封存、CO_(2)咸水层封存、CO_(2)枯竭油气藏封存、CO_(2)驱替页岩气封存、CO_(2)深部咸水层封存与采水、CO_(2)封存与增强型地热发电、CO_(2)封存与铀矿地浸开采等;国内外在CO_(2)驱油封存、CO_(2)咸水层封存以及CO_(2)封存与铀矿地浸开采方面已形成了配套完整的技术体系,实现了广泛商业化应用,而在其他CO_(2)地质封存与利用方面尚处于现场试验与工程探索阶段;我国现已开展了23个CO_(2)地质封存与利用项目,含12个CO_(2)驱油封存项目、2个CO_(2)咸水层封存项目、7个CO_(2)驱煤层气项目以及2个CO_(2)+O_(2)地浸采铀项目。我国的CO_(2)地质封存与利用技术起步较晚,与欧美发达国家相比仍具有较大差距,未来亟待加快百万吨/年以上规模的CO_(2)地质封存与利用全流程技术与集群部署的工程示范,强化CO_(2)地质封存与利用集群化规模部署技术科学基础研究,重点解决工程化CO_(2)地质封存与利用全流程技术关键环节瓶颈。

生物质能高效利用与二氧化碳捕集利用封存耦合技术体系(BECCS)的发展方向与研究进展

生物质能高效利用与二氧化碳捕集利用封存(CCUS)耦合技术(BECCS)是CCUS的前沿领域,集绿色能源转型与大气CO_(2)负排放于一体,有望成为应用前景广阔的碳中和关键技术.本文综述了BECCS技术形成背景、意义及其现状与挑战,基于5个特色研究方向的工作积累,尝试提出了基于生物质全生命周期利用与负排放的BECCS技术体系构想,重点阐述了木材功能性改良的CO_(2)固定利用及捕集技术、煤与生物质高效富氧混燃与CO_(2)封存技术、生物质高效转化利用与CO_(2)封存技术、CO_(2)与生物质协同转化利用技术、生物炭埋存与土壤修复固碳技术等方向的技术内涵、主要技术路径及技术发展前瞻.研究工作表明:BECCS有望成为未来实现碳中和的最关键负排放技术,大力发展基于生物质高效利用的BECCS技术契合国家碳中和战略和绿色发展的重大需求,并使生物质能和生态碳汇在构建清洁高效能源体系、实现碳中和进程中发挥更大作用构建;BECCS技术总体处于工程示范和快速成长阶段,实现更低的能源消耗和避免二次污染、真正做到生物质从原料生产到利用到再生等环节全生命周期实现负碳排放,诸多技术瓶颈和挑战需加快技术创新来破解;BECCS技术体系应涵盖基于生物质全生命周期利用与CO_(2)负排放的相关技术环节,上述5个方向作为BECCS技术体系的重要内涵正在取得积极进展,但也存在技术发展不平衡现状,应依据需求导向和技术发展规律,强化重点和优势技术方向的难点攻关;优化木基材料加工及改性工艺、煤-生物质流化床高效富氧混燃与CO_(2)封存耦合、生物质热解/气化高效催化转化与CO_(2)捕集封存耦合、耦合催化体系下CO_(2)与生物质协同高效转化利用、土壤生物炭埋存与碳增汇是5个方向的优先发展路径.BECCS技术体系的建立与快速发展是实现碳中和国家重大战略目标的紧迫需求.

实施碳捕集、利用与封存技术对省域碳排放效率与经济效率的影响--基于能源成本视角的研究

从能源成本角度,以我国30个省级行政区2010—2019年的经济数据为基础,以江苏、河北、甘肃为研究对象,研究采用碳捕集、利用与封存技术(CCUS)对省域碳排放效率与经济效率的影响。结果表明,CCUS的实施使三省的碳排放效率增加;采用CCUS实现相同的碳捕集比例,江苏省碳排放效率增幅及经济效率降幅均最大。采用地质利用方法,在270元/tCO_(2)捕集成本下,河北与甘肃的经济效率略有增加,而江苏省的经济效率则略有下降。CCUS的实施对各省碳排放效率和经济效率的影响与各省单位能源成本、生产总值和碳排放相关。

海洋CO_(2)地质封存研究进展与发展趋势

CO_(2)捕集、利用和封存是中国实现“双碳”目标的核心技术,也是全球研究的热点。CO_(2)地质封存是其中的关键环节,特别是海洋CO_(2)地质封存是今后的重点发展方向。以国内外海洋CO_(2)地质封存的发展历程为基础,结合典型CO_(2)海洋封存示范项目案例,系统梳理了国内外海洋CO_(2)地质封存理论研究进展,分析了CO_(2)在井筒流动、相变与传热、CO_(2)流体运移与储层物性参数展布规律、海洋地质封存机制及封存潜力、地质封存盖层完整性及安全性评估等方面的研究现状。认识到中国目前对海底地质结构中CO_(2)注入过程的多相态转化、溶解、捕获传质特征及动力学特性认识尚浅,对海洋封存机制及不同封存机制之间的相互作用机理尚不明确,未来应开展海洋CO_(2)动态地质封存空间重构机制研究,解决地质封存相态转化及流体动态迁移机理等关键科学问题,揭示海洋CO_(2)地质封存机制的相互作用机理,形成适用于中国海洋地质封存CO_(2)高效注入和增效封存方法。

我国百万吨级碳捕集利用与封存项目二氧化碳输送管道成功投运

2023年7月11日,我国最长二氧化碳输送管道——“齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS项目”二氧化碳输送管道正式投运。宝山钢铁股份有限公司、衡阳华菱钢管有限公司等为该项目批量供应管线管,助力我国首次实现二氧化碳长距离密相管输,为减少碳排放、推动绿色发展作出积极贡献。

碳捕集利用与封存中的金属腐蚀问题研究:进展与挑战

深入研究碳捕集、利用与封存(CCUS)技术中的金属腐蚀问题产生的机理和影响,对有效应对和解决捕集、运输、利用与封存系统中存在的材料腐蚀失效问题至关重要,为此,本文对CCUS技术存在的金属腐蚀问题研究进展及挑战进行了综述。本文基于CCUS技术各系统腐蚀环境新颖、腐蚀行为特殊、认知程度有限、防护手段相对匮乏等情况,结合CCUS各系统中的腐蚀环境特点,分析了可能存在的金属腐蚀类型及其主要影响因素,并对其带来的挑战进行了梳理,得出了以下主要结论:对于有机胺捕集系统,吸收剂降解机理及降解产物对腐蚀过程的影响较为复杂,部分降解产物对金属腐蚀有抑制作用;密相CO_(2)输送管道的内腐蚀问题不容忽视,控制水分含量是控制该腐蚀问题的关键;CO_(2)驱油利用与封存系统井筒管材在超高CO_(2)分压、碳源杂质、高矿化度地层水、微生物和应力等多因素的长周期耦合作用下,出现腐蚀失效导致CO_(2)泄露的风险很高。最后,本文对未来需迫切开展的研究方向进行了展望,包括不同碳源杂质对各子系统的腐蚀影响研究、长期封存条件下井筒区域材料降解规律研究以及CCUS系统腐蚀防护技术研究等。

碳捕集、利用与封存技术的现状及前景

碳捕集、利用与封存(CCUS)是一种有效的碳处理技术。在碳中和背景下,中国CCUS技术将迎来万亿级产业风口。目前,CCUS技术各环节均取得了显著进展,但大规模应用仍面临诸多挑战。通过调研国内外CCUS技术文献以及全球正在运行和计划建设的CCUS项目,总结了国内外CCUS技术的发展现状和研究进展,进一步明确CCUS面临的挑战及未来发展前景。研究表明:目前碳捕集效率不足90%,碳捕集成本占CCUS项目总成本的60%~85%,碳捕集技术的研发重点应以燃烧前捕集(如乙醇、合成氨和天然气加工等行业)以及燃烧后捕集等以提高碳捕集效率、降低碳捕集成本为主;CO_(2)利用技术目前处于工业示范阶段,突破高温、高压环境瓶颈,寻找合适的催化剂提高碳利用效率是CO_(2)利用技术下一阶段的重点研究方向;CO_(2)在油气田和咸水层封存应围绕CO_(2)驱提高油气采收率和增加CO_(2)封存潜力开展进一步研究;CCUS项目需要克服实现经济盈利、技术创新、降本增效、政策补贴激励等挑战;CCUS耦合氢能、油气田地热能等新能源将成为未来CCUS推广的新模式。该研究对于准确把握CCUS技术研究方向,推动CCUS技术进步与创新,加速CCUS跨越式发展具有借鉴意义。

离岸碳捕集利用与封存技术体系研究

离岸碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是沿海国家或地区通过工程方式为实现CO_(2)减排而发展起来的解决方案与技术体系;相对于陆上CCUS技术,具有潜在封存空间广阔、封存安全等诸多优势。离岸CCUS技术指从沿海大型或近海碳排放源捕集CO_(2),加压并运输至离岸封存平台后注入海底地质储层中,实现CO_(2)与大气永久隔离或利用其生产价值产品的过程。本文概要回顾了全球及我国离岸CCUS技术的发展需求与产业现状,分析了发展离岸CCUS的技术性和社会性价值;梳理总结了代表性的离岸CCUS技术发展路线及其态势,如CO_(2)工厂捕集、CO_(2)管道运输、CO_(2)海底咸水层封存与驱油利用、CO_(2)化学利用以及其他技术架构。着眼不同技术创新方向面临的共性问题,提出我国离岸CCUS领域未来发展建议:注重陆海统筹战略规划和布局,培养高水平研究团队,加强各发展阶段的基础研究、核心技术研发、成本控制、规模增扩和政策激励等。

碳捕集利用与封存技术研究进展

碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)作为应对全球气候变化的关键技术,是实现“双碳”目标之利器,受到全球的广泛关注。本文对CCUS全流程及其技术进行总结,重点介绍了燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集3种类型,其中燃烧后捕集在技术上最为成熟;CO_(2)运输方式主要有管道运输、罐车运输以及船舶运输,其中管道运输是未来发展的重点。阐述了国内外现阶段CCUS示范项目发展现状,同时总结了制约目前CCUS发展的经济、技术及政策等因素。未来应重点突破的技术壁垒,研发新型高效、低耗碳捕集技术,加快发展多能互补耦合利用模式,以促进CCUS项目落地发展,保障我国碳排放战略的实施和实现。

二氧化碳捕集利用与封存项目纳入碳市场的现状、挑战与对策

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)被认为是燃煤和燃气电厂以及钢铁、水泥和石化等行业实现碳中和的重要技术选项,而碳市场则是重要的市场化减排机制,提高两者的衔接水平,对于我国“双碳”目标的实现具有重要意义。通过总结国际上CCUS项目与碳市场衔接的成功经验,可以为我国CCUS项目与碳市场衔接提供相关借鉴。本文系统梳理了国内外CCUS项目纳入碳市场的立法、激励政策、CCUS减排核算方法学研究情况,识别出我国在CCUS项目与碳市场衔接方面尚存在法律支撑不足、缺乏激励政策以及CCUS项目碳减排核算方法不准确等一系列问题,最后提出多项建议以推动我国CCUS项目与碳市场的衔接:①完善碳市场监管和法律体系,促进CCUS与碳市场衔接;②研判CCUS优先领域,分阶段促进不同行业CCUS项目纳入碳交易市场;③强化政策激励,打通CCUS与碳市场衔接的投融资与成本疏导路径;④分阶段完善碳交易市场建设,充分发挥碳市场金融属性促进CCUS与碳交易市场衔接;⑤建立完善的监测、报告和核查(MRV)标准体系和证书制度,保证CCUS项目减排量核证的准确性和规范性。

碳捕集、利用与封存国际研发态势及应用比较研究

碳捕集、利用和封存(CCUS)技术作为应对气候变化和实现碳中和的一项重要技术选择,已在全球主要国家和国际组织范围内达成共识。梳理和对比分析了主要国家CCUS技术研发部署、基于专利的竞争态势以及CCUS全流程商业项目。研究结果表明,美国、英国和日本通过制定多项顶层战略规划以明确CCUS技术发展愿景和目标,而中国在CCUS技术领域的顶层统筹规划和系统部署方面有待进一步加强。全球CCUS技术专利申请数量呈现不断增长趋势,在碳中和目标驱动下,预计未来将会迎来新一轮增长。中国、美国和日本是全球CCUS技术专利的主要来源国,CCUS技术专利布局以碳捕集和CO_(2)转化利用为主。CCUS全流程商业项目应用行业范围不断扩大,美国、英国等主要国家在项目数量、捕集能力和应用行业范围等方面领先全球。最后提出中国面向碳中和目标发展CCUS技术的建议。

燃煤电厂二氧化碳捕集利用与封存技术及工程应用

我国是全球第一大碳排放国,燃煤发电作为最主要的碳排放源,迫切需要绿色低碳转型发展。系统梳理了全球碳减排发展趋势,以及国内外二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)技术的发展现状,重点开展了低能耗煤电CCUS工程创新实践,依托600 MW等级燃煤机组,于2021年6月25日建成并投运国内最大规模的15万t/a燃烧后CO_(2)捕集-驱油/封存全流程示范工程。结果表明:CCUS示范装置由洗涤、捕集、压缩、干燥、液化、储存装车6个单元组成,创新开发了新型复合胺吸收新技术,率先应用了增强型改性塑料填料、汽提式降膜再沸器等新设备,首创形成了“级间冷却+分流解吸+机械式蒸汽再压缩闪蒸”高效节能新工艺;168 h试运期间,CCUS示范装置各单元在不同负荷(50%~100%)下运行稳定,连续产出纯度99.5%的工业级液态CO_(2),产品参数在-16~-21℃、2.0 MPa左右,满负荷时CO_(2)产量>18.75 t/h,实现了低浓度(体积分数11%~15%)、大流量(约10万m^(3)/h)燃煤烟气CO_(2)捕集率>90%、再生能耗<2.4 GJ/t(以CO_(2)计)的重大突破,整体性能指标达到国际领先水平,为保障我国煤电应对2060碳达峰碳中和目标提供技术可行、经济合理的科技支撑。

中国二氧化碳捕集利用和封存技术经济性与规模预测

针对双碳目标背景下中国二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS)产业发展潜力和规模预测的全局性量化研究相对缺乏的问题,预测和梳理了CCUS技术不同环节的未来技术经济成本,以及在化石能源延续场景下不同行业碳捕集需求。基于中国CO_(2)利用、封存潜力及其空间分布构建2060年中国不同地区成本-规模计算模型,预测CCUS技术的全流程经济成本及其对应规模潜力。研究结果表明,中国宜采用就地和异地相结合的封存调度方式,以及就地利用的方式,满足化石能源延续场景下27×10^(8)t/a的CO_(2)减排需求。其中,采用利用方式减排CO_(2)约5×10^(8)t,全流程成本约为-1400~200元/t;采用地质封存方式减排CO_(2)约22×10^(8)t,全流程成本约为200~450元/t。基于模型计算结果,提出了重点发展基于电制原材料(P2X)技术的化工利用产业、构建CCUS产业集群、探索多方共赢合作模式的建议,形成连接减排需求密集地区和封存靶区的全国主干输送管道推荐方案,计算得到基于CCUS技术的火电减排成本约为0.16元/(kW·h)。