
2021年二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告.pdf
58页序序2020 年 9 月 22 日,习近平主席在第七十五届联合国大会上发表重要讲话,提出我国“二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取2060 年前实现碳中和”习近平总书记关于碳达峰、碳中和作出的一系列重大宣示和重要论述,为我国应对气候变化和绿色低碳发展明确了目标与方向,为强化全球气候行动注入了强大的政治推动力二氧化碳捕集利用与封存技术(CCUS)作为一种大规模的温室气体减排技术,近年来在生态环境部、科技部、发改委等部门的共同推动下,CCUS 相关政策逐步完善,科研技术能力和水平日益提升,试点示范项目规模不断壮大,整体竞争力进一步增强,已呈现出良好的发展势头但总体上看,我国面向碳中和的绿色低碳技术体系还尚未建立,重大战略技术发展应用尚存缺口,现有减排技术体系与碳中和愿景的实际需求之间还存在较大差距有研究表明,CCUS 将成为我国实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一,需要根据新的形势对 CCUS 的战略定位进行重新思考和评估,并在此基础上加快推进、超前部署中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)中国CCUS 路径研究的发布适逢其时,对于研究中国碳达峰碳中和目标下 CCUS 的战略定位和发展路径起到重要作用,有助于支撑政策制定者在战略、规划和政策层面开展 CCUS 相关工作,有助于研究者基于当前对 CCUS 的认知确定未来不同时期的排放锚点,同时也有助于公众了解CCUS 相关知识,认识 CCUS 的地位和作用,共同推动我国碳达峰碳中和目标的实现。
01 缩略语注解缩略语注解BECCS生物质能碳捕集与封存CCS二氧化碳捕集与封存CCU二氧化碳捕集与利用CCUS二氧化碳捕集利用与封存CO2-ECBM二氧化碳驱替煤层气CO2-EGR二氧化碳强化天然气开采CO2-EOR二氧化碳强化石油开采CO2-EWR二氧化碳强化咸水开采DAC直接空气碳捕集DACCS直接空气碳捕集与封存DRI直接还原铁EUETS欧盟碳交易市场GCCSI全球碳捕集与封存研究院GDP国内生产总值GJ吉焦GW千兆瓦IEA国际能源署IGCC整体煤气化联合循环发电IPCC联合国政府间气候变化专门委员会IRENA国际可再生能源机构km千米KWh千瓦时MJ/kg兆焦/千克NACSA北美碳封存图册TWh太瓦时USGS美国地质调查局碳中和目标下,大力发展二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)技术不仅是未来我国减少二氧化碳排放、保障能源安全的战略选择,而且是构建生态文明和实现可持续发展的重要手段随着国内外对气候变化理解和谈判形势的改变,CCUS 技术内涵和外延不断丰富拓展,亟需对 CCUS 技术发展趋势进行系统研判,重新定位技术发展愿景,统筹考虑 CCUS 发展路径碳中和目标的实现要求我国建立以非化石能源为主的零碳能源系统,经济发展与碳排放脱钩。
CCUS 技术作为我国实现碳中和目标技术组合的重要组成部分,不仅是我国化石能源低碳利用的唯一技术选择,保持电力系统灵活性的主要技术手段,而且是钢铁水泥等难减排行业的可行技术方案此外,CCUS 与新能源耦合的负排放技术还是抵消无法削减碳排放、实现碳中和目标的托底技术保障从实现碳中和目标的减排需求来看,依照现在的技术发展预测,2050年和 2060 年,需要通过 CCUS 技术实现的减排量分别为 6 14 亿吨和10 18 亿吨二氧化碳其中,2060 年生物质能碳捕集与封存(BECCS)和直接空气碳捕集与封存(DACCS)分别需要实现减排 3 6 亿吨和 2 3 亿吨二氧化碳从我国源汇匹配的情况看,CCUS 技术可提供的减排潜力,基本可以满足实现碳中和目标的需求(621 亿吨二氧化碳)我国高度重视 CCUS 技术发展,稳步推进该技术研发与应用目前,我国 CCUS 技术整体处于工业示范阶段,但现有示范项目规模较小CCUS 的技术成本是影响其大规模应用的重要因素,随着技术的发展,我国 CCUS 技术成本未来有较大下降空间预期到 2030 年,我国全流程CCUS(按 250 公里运输计)技术成本为 310770 元/吨二氧化碳,到 2060 年,将逐步降至 140410 元/吨二氧化碳。
为促进中国 CCUS 技术发展,更好支撑碳达峰碳中和目标实现,建议:决策者摘要08 (1)明确面向碳中和目标的 CCUS 技术发展路径充分考虑碳中和目标下的产业格局和重点排放行业排放路径,全面系统评估中国 2021 2060 年 CCUS 技术的减排需求和潜力2)完善 CCUS 政策支持与标准规范体系推动 CCUS 商业化步伐,将 CCUS 纳入产业和技术发展目录,完善优化法律法规框架,制定科学合理的建设、运营、监管、终止等标准体系3)规划布局 CCUS 基础设施建设加大二氧化碳捕集、输送与封存各环节的基础设施投资力度与建设规模,提高技术设施管理水平,建立相关基础设施合作共享机制,推动 CCUS 技术与不同碳排放领域和行业的耦合集成4)有序开展大规模 CCUS 示范与产业化集群建设提高 CCUS 全链条技术单元之间的兼容与集成优化,加快突破大规模 CCUS 全流程示范的相关技术瓶颈,促进 CCUS 产业集群建设本报告由国内外 CCUS 领域的 49 名研究人员共同完成,感谢作者无私的科学奉献和 13 位权威专家的评审考虑到学界对于 CCUS 的减排需求和潜力评估的不确定性还存在百家争鸣,未来亟需在更加明确和清晰的技术、资本、政策等边界条件下开展深度分析,以得到更加合理的潜力评估和发展路径。
09 目录1.二氧化碳捕集利用与封存概述.11.1 什么是 CCUS?.11.2 CCUS 的定位.42.全球 CCUS 潜力和发展路径.62.1 全球和主要国家 CCUS 封存潜力.62.2 国际机构对 CCUS 贡献的评估.102.3 主要发达国家和地区 CCUS 发展路径.143.中国 CCUS 发展需求与潜力.173.1 中国 CCUS 现状.173.2 碳中和目标下的中国 CCUS 减排需求.223.3 基于源汇匹配的中国 CCUS 减排潜力.273.4 中国 CCUS 成本评估.334.政策建议.37参考文献.38附表 中国 CCUS 项目基本情况表.46 011 1.二氧化碳捕集利用与封存概述1.1 什么是 CCUS?二 氧 化 碳(CO2)捕 集 利 用与封存(CCUS)是指将 CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来,直接加以利用或注入地层以实现 CO2永久减排的过程(图1)CCUS 在二氧化碳捕集与封存(CCS)的基础上增加了“利用(Utilization)”,这 一 理 念 是 随 着CCS 技术的发展和对 CCS 技术认识的不断深化,在中美两国的大力倡导下形成的,目前已经获得了国际上的普遍认同。
CCUS 按技术流程分为捕集、输送、利用与封存等环节(图 2)CO2捕集是指将 CO2 从工业生产、能源利用或大气中分离出来的过程,主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链捕集CO2输送是指将捕集的 CO2运送到可利用或封存场地的过程根据运输方式的不同,分为罐车运输、船舶运输和管道运输,其中罐车运输包括汽车运输和铁路运输两种方式CO2利用是指通过工程技术手段将捕集的 CO2实现资源化利用的过程根据工程技术手段的不同,可分为 CO2地质利用、CO2化工利用和 CO2生物利用等其中,CO2地质利用是将 CO2注入地下,进而实现强化能源生产、促进资源开采的过程,如提高石油、天然气采收率,开采地热、深部咸(卤)水、铀矿等多种类型资源CO2封存是指通过工程技术手段将捕集的 CO2注入深部地质储层,实现 CO2与大气长期隔绝的过程按照封存位置不同,可分为陆地封存和海洋封存;按照地质封存体的不同,可分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等生 物 质 能 碳 捕 集 与 封 存(BECCS)和直接空气碳捕集与封存(DACCS)作为负碳技术受到01 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)二氧化碳捕集利用与封存概述图 1 CCUS 技术及主要类型示意图罐车运输化工、生物利用生物质能碳捕集与封存(BECCS)工业企业尾气封存海底咸水层封存管道运输枯竭油气藏封存强化石油、天然气开采陆地咸水层封存驱替煤层气直接空气碳捕集与封存(DACCS)02 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)二氧化碳捕集利用与封存概述图 2 CCUS 技术环节了高度重视。
BECCS 是指将生物质燃烧或转化过程中产生的 CO2进行捕集、利用或封存的过程,DACCS 则是直接从大气中捕集CO2,并将其利用或封存的过程直接空气捕集工业过程化石燃料电厂生物质利用过程传统CCUSBECCSDACCS罐车运输地质利用化工利用生物利用陆地封存海洋封存管道运输船舶运输CO2捕集CO2输送CO2封存CO2利用注:来自中国 21 世纪议程管理中心(2021)03 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)二氧化碳捕集利用与封存概述1.2 CCUS 的定位2020 年 9 月,习近平主席在第 75 届联合国大会宣布,中国CO2排放力争于 2030 年前达到峰值,力争 2060 年前实现碳中和这是中国对全球气候治理和落实巴黎协定的积极举措习近平主席的对外宣示开启了中国应对气候变化的新征程截至 2021 年 5月,温室气体排放占比超过 65%、国内生产总值(GDP)占比超过75%的全球 131 个国家宣布了碳中和目标中国和其他国家碳中和目标的逐渐明确及碳减排工作的加快推进,使得 CCUS 的定位和作用愈加凸显CCUS 是目前实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择中国能源系统规模庞大、需求多样,从兼顾实现碳中和目标和保障能源安全的角度考虑,未来应积极构建以高比例可再生能源为主导,核能、化石能源等多元互补的清洁低碳、安全高效的现代能源体系。
2019年,煤炭能源消费的比例高达 58%,根据已有研究的预测,到 2050 年,化石能源仍将扮演重要角色,能源消费比例的10%15%CCUS 将是实现该部分化石能源近零排放的唯一技术选择CCUS 是碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要技术手段碳中和目标要求电力系统提前实现净零排放,大幅提高非化石电力比例,必将导致电力系统在供给端和消费端不确定性的显著增大,影响电力系统的安全稳定充分考虑电力系统实现快速减排并保证灵活性、可靠性等多重需求,火电加装 CCUS是具有竞争力的重要技术手段,可实现近零碳排放,提供稳定清洁低碳电力,平衡可再生能源发电的波动性,并在避免季节性或长期性的电力短缺方面发挥惯性支撑和频率控制等重要作用CCUS 是钢铁水泥等难以减排行业低碳转型的可行技术选择国际能源署(IEA)发布 2020 年钢铁行业技术路线图,预计到 2050 年,钢铁行业通过采取工艺改进、效率提升、能源和原料替代等常规减排04 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)二氧化碳捕集利用与封存概述方案后,仍将剩余 34%的碳排放量,即使氢直接还原铁(DRI)技术取得重大突破,剩余碳排放量也超过 8%。
水泥行业通过采取其他常规减排方案后,仍将剩余 48%的碳排放量CCUS 是钢铁、水泥等难以减排行业实现净零排放为数不多的可行技术选择之一CCUS 与新能源耦合的负排放技术是实现碳中和目标的重要技术保障预计到 2060 年,中国仍有数亿吨非 CO2温室气体及部分电力、工业排放的 CO2难以实现减排,BECCS 及其他负排放技术可中和该部分温室气体排放,推动温室气体净零排放,为实现碳中和目标提供重要支撑05 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)二氧化碳捕集利用与封存概述2.全球 CCUS 潜力和发展路径2.1全球和主要国家 CCUS 封存潜力全球陆上理论封存容量为 642 万亿吨,海底理论封存容量为 213 万亿吨在所有封存类型中,深部咸水层封存占据主导位置,其封存容量占比约 98%,且分布。












