基于能值分析的生物质能-碳捕集与封存技术的可持续性研究

生物质能-碳捕集与封存(Bioenergy with Carbon Capture and Storage,BECCS)是一种应对气候变化的重要负排放技术。然而,目前学者对于该技术的可持续性应用仍存在争议。能值分析是一种能有效评估系统可持续性的量化方法,能够对系统的资源效率、环境影响和经济效益进行综合考量,进而全面反映系统的可持续发展水平。对8种典型的生物质发电系统,即有/无碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)的生物质直燃发电、生物质掺烧发电、生物质整体气化循环发电以及2种新型BECCS展开能值分析,选取能值产出率、环境负载率、可持续性指数等典型能值指标和碳排放指标对系统展开对比评价。结果显示,生物质发电系统的CO_(2)净排放量远低于煤基发电系统,耦合CCS后可实现负排放效益;生物质发电系统具有较低的环境负载率(ELR<2)和较高的可持续性指数(ESI<5.5),综合效益表现较优,长期可持续。此外,系统可持续性还与国家政策和生物质供应有关。敏感性分析表明,制定合适的激励政策,合理规划电厂选址以确保稳定充足的生物质供给,是提高系统可持续性的重要途径。

我国生物质能-碳捕集与封存技术应用潜力分析

生物质能-碳捕集与封存(BECCS)技术有望通过实现负排放,使全球温室气体稳定在较低甚至近零排放水平。为了评估BECCS在我国的应用及减排潜力,本文梳理了BECCS技术的发展现状,系统阐述了生物质资源量、技术成熟度、经济性和政府政策等因素对BECCS技术部署的影响,评估了基于农林废弃物燃烧发电、燃煤耦合生物质发电和生物天然气的BECCS技术减排潜力,对未来相关研究提供借鉴和参考。最后以黑龙江地区典型秸秆燃烧生物质燃料发电厂的BECCS技术应用为例,使用全生命周期的方法评估了该技术应用的减排潜力和环境影响,结果表明,BECCS技术可实现1.55~1.58 kg/(kW·h)的负碳排放,其减排潜力受生物质运输方式影响较大。综上,火力发电部门BECCS技术,尤其是生物质混燃发电可作为我国BECCS发展的早期机会。

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。

基于LNG冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺模拟与分析

开发经济、高效和节能的碳捕集工艺,是碳捕集、利用与封存技术的重点研究方向之一。针对低浓度(体积分数小于12%)CO_(2)烟气,提出了一种基于液化天然气(LNG)冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺,弥补了采用单一碳捕集技术的缺陷,并利用了LNG蕴含的冷能,有望实现更低能耗的CO_(2)捕集。利用Aspen Plus软件对该工艺进行了模拟,对影响系统性能的关键参数(液化温度、压缩压力和渗透气CO_(2)浓度等)进行了灵敏度分析,并开展了相关实验研究。结果表明,模拟结果与实验结果具有较好的一致性,利用该工艺可以得到符合工程或商业应用要求的液态CO_(2)产品;工艺CO_(2)捕集率与产品纯度随液化温度和压缩压力呈趋势相反的变化,即随着液化温度的降低或者压缩压力的提高,CO_(2)捕集率增加,但产品纯度降低;在达到工艺指标要求(CO_(2)捕集率大于等于85%、产品纯度大于等于90%)的前提下,工艺最低CO_(2)捕集能耗为2.183 MJ/kg(即捕集1 kg CO_(2)的能耗为2.183 MJ)。本研究为从低浓度CO_(2)烟气中分离回收CO_(2)提供了新思路。

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。

二氧化碳捕集及封存技术探索研究——以陕煤集团榆林化学公司为例

践行减排降碳措施,落实“双碳”目标是煤化工企业走向高端化、多元化、低碳型发展的重要转型契机。陕煤集团榆林化学有限责任公司谋划400万t/a二氧化碳捕集、运输及封存(CCS)示范项目及开展40万t/a先导试验项目助力国家碳达峰、碳中和。在借鉴神华10万t CCS示范项目经验基础上,依据已建180万t/a乙二醇项目中产生的CO_(2),设计了高纯(98.94%)和低纯(77.78%)2种超临界CO_(2)封存流程;结合对鄂尔多斯盆地东部三叠系、二叠系咸水层的认识,找寻了3套物性较好且CO_(2)封存潜力巨大的地质咸水层(刘家沟组、石千峰组、石盒子组);在深入CO_(2)储存层盖层及存储容量评估分析,认为CO_(2)在超过1000 m的咸水层封存环境最佳;通过设计4口注入封存井并结合数值模拟方法对40万t/a CO_(2)的封存运行机制进行研究分析得出理论可行;设计采用PNX测井、井下光纤传感及地表InSAR等监测方法搭建起CO_(2)从井筒到储层再到储层扩散一体化的监测监控管理平台;从CCS当前经济技术成本、产业政策发展以及机遇挑战现状展望出煤化工开展CCS非常具有潜力。

IDR激励下考虑光热生物质能利用的源荷协调优化调度策略

为进一步提高生物质能(biomass energy,BIO)的利用效率,提出一种综合需求响应(integrated demand response,IDR)激励下考虑光热生物质能利用(solar thermal biomass utilization,STBU)的源荷协调优化调度策略。首先,在“源”侧构建含STBU的综合能源系统(integrated energy system,IES)耦合供能模型,并将STBU耦合电转气系统,从而实现STBU装置掺氢燃烧高效利用;其次,在“荷”侧同时引入价格型和替代型需求响应,通过“源荷”协调优化,提高IES低碳性能;然后,在IES中引入储液式碳捕集系统和阶梯型碳税机制提升系统低碳经济效益,以系统总收入最大建立目标函数,并建立考虑IES多重不确定性的模糊机会规划约束模型;最后,选取北方某地区实际数据验证模型的可行性与有效性,并分析多重不确定性对IES运行成本的影响。结果表明该模型具有良好的经济性与低碳性,不确定性的上升会提高系统与外部电网的交互成本。

碳捕集与封存技术适用风险预防原则的理论建构与路径完善

以碳捕集与封存为典型的新兴技术在应对气候变化上的降碳功能显著,但该技术颇具不确定性。“决策于未知”成为政府规制技术风险的真实写照,如何在鼓励碳捕集与封存技术发展,助力“双碳”目标实现的同时,应对随之而来的风险挑战与安全诉求,既是国家必须肩负的义务,也是回应公众期待的内在要求。应运而生的风险预防原则作为应对气候变化的重要举措,为技术风险规制提供了合法性与正当性基础,对于碳捕获、封存技术发展与碳中和目标实现具有重要现实意义。为此,风险预防原则在技术规制中,应当整体遵循弱风险预防理念,彰显秩序、正义和效率的多元价值诉求,实现科学理性与社会理性的平衡。在此基础上,通过多手段的综合应用,开放的风险决策结构,强化风险管理的动态调试,以预防性环境行政公益诉讼为保障,将风险预防原则融汇于碳捕集与封存技术风险规制中。

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。

碳捕集燃煤机组耦合储能技术的研究进展

燃煤机组的低碳化改造是中短期降低碳排放需求的有效手段之一,尤其是储能技术辅助调节将进一步提升碳捕集系统的应用潜力。为系统归纳碳捕集机组与储能技术的应用现状,结合碳捕集技术特征,重点评述各储能的应用特点。研究认为,储热、蓄电以及飞轮储能等储能技术与碳捕集燃煤机组耦合应用具有一定的适用性,主要表现在性能提升、经济运行以及污染物控制等方面。同时,进一步对储能技术在碳捕集燃煤机组的运用前景进行了展望。研究认为参数间的匹配性是碳捕集燃煤机组耦合储能技术的关键因素,在深入挖掘系统调控潜力的基础上有必要进行储能充放策略协同优化,该技术的发展将重点聚焦于耦合多种储能系统以及满足碳捕集燃煤机组调峰调频需求,期望对现有燃煤机组低碳化改造提供参考。

能源化工基地碳捕集利用与封存技术优化研究

针对碳捕集利用方式单一,碳减排规模较小问题,提出一种新的能源化工基地碳捕集利用与封存技术。混合不同特性的有机胺吸收剂,并添加金属离子得到新型吸收剂,应用到添加分相器的碳捕集工艺装置中,采集能源化工基地排放烟气中包含的CO_(2),提出CO_(2)多元利用方式。以最小CO_(2)管道输送费用为目标,构建碳捕集与利用封存供应链模型,求解后得到CO_(2)管道输送超结构,CO_(2)经过输送管道转移到利用节点和封存节点,完成CO_(2)驱油封存方案制定,实现CO_(2)消耗。实验结果表明,所提碳捕集利用与封存技术应用到新疆能源化工基地中120d,碳减排规模达到了15.41×10^(6)t,有效推动了基地的碳中和发展。

浙江省碳捕集利用与封存技术研究进展

[目的]能源安全前提下的绿色低碳转型与工业结构调整是浙江省“碳达峰碳中和”工作面临的严峻挑战。由于浙江省煤电发电量占比较高,碳捕集利用与封存技术(CCUS)有望在浙江省能源与工业等领域的双碳技术体系中扮演重要角色,是实现化石能源大规模低碳利用的重要技术选择。[方法]从CO_(2)捕集、输送、利用与封存方面综述了浙江省CCUS技术的研究进展,介绍了浙江省CCUS工程示范项目的开展情况;总结了CCUS全链条各环节主要技术的特点,简要分析了当前CCUS技术发展的问题;展望了CCUS技术在浙江省的发展前景,并提出了发展建议。[结果]浙江省在CCUS各环节,特别是CO_(2)捕集方面拥有良好的技术储备。省内全流程示范项目工艺路线多样,捕集侧包括燃烧前和燃烧后捕集,利用与封存侧涵盖生物、矿化、化工利用及地质封存,各环节技术成熟度差异化较明显。项目规模较小,初投资和运行成本普遍较高,空间分布分散,不利于形成产业集群。[结论]需准确把握浙江省重点领域CCUS潜力和源汇条件,因地制宜推广CCUS集成项目,持续开展技术研发,并在激励机制、政策法规、商业模式等方面予以保障。

烟气碳捕集与催化加氢耦合技术研究进展

介绍了国内外烟气碳捕集和催化加氢(CCH)耦合技术的研究现状,简述了烟气CCH耦合技术的三个工艺方案及其特点,并重点介绍三个反应体系。烟气CCH耦合技术产物主要为甲烷、甲醇和甲酸等C1小分子化合物。从双功能材料(DFM)的配方、性能和影响因素等角度介绍了烟气CCH耦合制甲烷的研究进展;从“一个单元+两种材料”方案中的吸收剂和催化剂两个角度简述烟气CCH耦合制甲醇的技术可行性,同时列举了成本效益、技术经济及环境评价等各方面的研究;从碱性吸收剂对CO_(2)的吸附和活化以及催化加氢等方面简述烟气CCH耦合制甲酸的研究进展。

我国碳捕集、利用与封存技术发展现状与展望

通过介绍我国碳捕集、利用与封存技术的诞生背景、产业的发展现状、产业发展亟需突破的瓶颈问题等,提出了我国发展碳捕集、利用与封存技术的建议,同时对其前景进行了展望。

高效碳捕集、利用与封存(CCUS)技术在石油开采中的应用与优化

高效碳捕集、利用与封存(CCUS)技术在石油开采中的应用与优化是当前应对气候变化和实现碳中和目标的重要途径。本文重点探讨CCUS技术在捕集、利用和封存阶段的优化策略。通过提高捕集效率、降低捕集成本,采用安全高效的运输方式,控制运输成本,以及优化封存技术和确保封存安全性,全面提升CCUS技术的经济性和可行性,为实现大规模二氧化碳减排提供技术支持。

基于信息间隙决策理论的含碳捕集−电转气综合能源系统优化调度

【目的】为科学统筹综合能源系统运行经济性、稳定性和低碳性优化目标,采用何种技术手段以提升能源转化效率,减少系统能源浪费和区域环境污染,是当下综合能源系统合理优化的主要问题。为此,提出一种基于场景生成与信息间隙决策理论的含碳捕集与封存(carbon capture and storage,CCS)—两段式电转气(power to gas,P2G)综合能源系统低碳优化策略。【方法】在技术层面,通过对电P2G两阶段精细化建模,提高氢能利用效率,建立热电联产(combined heating and power,CHP)-CCS-P2G耦合模型;在市场机制层面,引入阶梯型碳交易模型以降低系统中CO_(2)排放量。最终,基于信息间隙决策理论(IGDT)构建不同风险偏好下的优化调度模型。【结果】以典型综合能源系统进行算例分析,仿真结果表明所提模型可提高风光消纳率,实现系统低碳、经济、稳定运行。【结论】该优化策略可有效帮助决策者根据其风险偏好制定风险规避与风险追求策略下的调度方案,实现系统不确定性与经济性的平衡。

微电网耦合碳捕集封存与需求响应的多时间尺度鲁棒优化调度

随着可再生能源的普及,微电网成了一个可持续能源供应的重要工具。然而,由于其源荷多不确定性和碳排放挑战,优化调度成了一个难题。本文提出了一种基于储液式碳捕集封存和需求响应的多时间尺度鲁棒优化调度方法,旨在降低微电网的碳排放和提高其运行性能。该方法在日前阶段以1小时时间间隔进行调度,采用鲁棒优化处理不确定性中的低频分量,同时结合碳捕集技术和需求响应以促进调度计划的低碳经济性。日内阶段以15分钟时间间隔进行调度,采用模型预测控制跟踪并滚动修正日前鲁棒经济调度计划,以应对源荷预测误差和不确定性中的高频分量,确保微电网实际功率平衡。仿真分析表明,这种方法可以显著降低微电网的总成本和碳排放量,提高了微电网的运行性能和可持续性。