我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究

碳捕集利用與封存是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)不可或缺的重要技術(shù)選擇。碳捕集利用與封存技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)化石能源利用近零排放，促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排，而且在碳約束條件下增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體排放、最終實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)等方面具有重要意義。  

中國(guó)工程院李陽(yáng)院士科研團(tuán)隊(duì)在中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》發(fā)表《我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究》一文，對(duì)我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)水平、示范進(jìn)展、成本效益、潛力需求等進(jìn)行了全面評(píng)估。文章指出，我國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展迅速，與國(guó)際整體發(fā)展水平相當(dāng)，目前處于工業(yè)化示范階段，但部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國(guó)際先進(jìn)水平。在工業(yè)示范方面，我國(guó)具備了大規(guī)模捕集利用與封存的工程能力，但在項(xiàng)目規(guī)模、技術(shù)集成、海底封存、工業(yè)應(yīng)用等方面與國(guó)際先進(jìn)水平還存在差距。在減排潛力與需求方面，我國(guó)理論封存容量和行業(yè)減排需求極大，考慮源匯匹配之后不同地區(qū)陸上封存潛力差異較大。在成本效益方面，盡管當(dāng)前碳捕集利用與封存技術(shù)成本較高，但未來(lái)可有效降低實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的整體減排成本。為此，文章建議，加快構(gòu)建碳捕集利用與封存技術(shù)體系，推進(jìn)全鏈條集成示范，加快管網(wǎng)布局和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善財(cái)稅激勵(lì)政策和法律法規(guī)體系。  

一、前言  

二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）指將CO2從能源利用、工業(yè)過程等排放源或空氣中捕集分離，通過罐車、管道、船舶等輸送到適宜的場(chǎng)地加以利用或封存（見圖1），最終實(shí)現(xiàn)CO2減排的技術(shù)手段，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)技術(shù)組合不可或缺的重要構(gòu)成部分。CCUS技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)化石能源利用近零排放，促進(jìn)鋼鐵、水泥等難減排行業(yè)的深度減排，而且在碳約束條件下增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性、保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)、抵消難減排的CO2和非二氧化碳溫室氣體排放、最終實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)等方面具有重要意義。  

圖1CCUS技術(shù)示意圖  

近年來(lái)，我國(guó)高度重視CCUS技術(shù)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)成熟度快速提高，系列示范項(xiàng)目落地運(yùn)行，呈現(xiàn)出新技術(shù)不斷涌現(xiàn)、效率持續(xù)提高、能耗成本逐步降低的發(fā)展態(tài)勢(shì)。與此同時(shí)，CCUS技術(shù)的內(nèi)涵和外延進(jìn)一步豐富和拓展?！丁笆奈濉币?guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確將CCUS技術(shù)作為重大示范項(xiàng)目進(jìn)行引導(dǎo)支持，未來(lái)CCUS技術(shù)在我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)、保障國(guó)家能源安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的過程中將會(huì)發(fā)揮更為重要的作用。  

《中國(guó)碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖》《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報(bào)告（2021）》對(duì)我國(guó)CCUS技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)與梳理，提出了政策建議與發(fā)展路徑?！兜谌螝夂蜃兓瘒?guó)家評(píng)估報(bào)告》《中國(guó)二氧化碳利用技術(shù)評(píng)估報(bào)告》從技術(shù)角度闡述了CO2利用技術(shù)的成熟度、減排潛力和發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)際能源署、政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）對(duì)CCUS在全球范圍內(nèi)的減排潛力進(jìn)行了評(píng)估，2070年全球要實(shí)現(xiàn)近零排放，CCUS技術(shù)累積減排約15%的排放量；2100年要實(shí)現(xiàn)1.5℃溫升控制目標(biāo)，全球CCUS累積減排5.5×1011~1.017×1012tCO2。在碳中和情景下，2060年我國(guó)CCUS捕集量可達(dá)約1.6×109tCO2。  

近期，全球CCUS研究院對(duì)世界CCUS設(shè)施現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了梳理，國(guó)內(nèi)部分示范工程被納入其中；但有關(guān)我國(guó)CCUS技術(shù)示范的整體情況仍待全面梳理。針對(duì)于此，本文對(duì)截至2021年7月我國(guó)已投運(yùn)和建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，立足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基本國(guó)情和應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略需求，總結(jié)我國(guó)CCUS技術(shù)水平、示范工程進(jìn)展、成本效益現(xiàn)狀、減排潛力態(tài)勢(shì)；進(jìn)一步開展中外CCUS技術(shù)發(fā)展比較分析，評(píng)價(jià)我國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展情況，據(jù)此提出“雙碳”目標(biāo)下CCUS技術(shù)發(fā)展的對(duì)策建議。  

二、我國(guó)CCUS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀  

“十一五”時(shí)期以來(lái)，國(guó)家自然科學(xué)基金、973計(jì)劃、863計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科技計(jì)劃持續(xù)支持CCUS技術(shù)研發(fā)，通過加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、項(xiàng)目集成示范，CO2捕集、運(yùn)輸、利用、封存等各技術(shù)環(huán)節(jié)發(fā)展迅速，取得了系列成果。尤其是燃燒前捕集、運(yùn)輸、化工利用、強(qiáng)化深部咸水開采與封存、集成優(yōu)化類的技術(shù)近十年來(lái)發(fā)展迅速。與國(guó)際對(duì)比分析表明（見圖2），我國(guó)CCUS技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平整體相當(dāng)，但捕集、運(yùn)輸、封存環(huán)節(jié)的個(gè)別關(guān)鍵技術(shù)及商業(yè)化集成水平有所滯后。  

圖2國(guó)內(nèi)外CCUS各環(huán)節(jié)主要技術(shù)的發(fā)展水平  

注：概念階段表示提出概念和應(yīng)用設(shè)想；基礎(chǔ)研究表示完成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的部件或小型系統(tǒng)的功能驗(yàn)證；中試階段表示完成中等規(guī)模全流程裝置的試驗(yàn)；工業(yè)示范表示1~4個(gè)工業(yè)規(guī)模的全流程裝置正在運(yùn)行或者完成試驗(yàn)；商業(yè)應(yīng)用表示5個(gè)以上工業(yè)規(guī)模正在或者完成運(yùn)行。  

CO2捕集技術(shù)指利用吸收、吸附、膜分離、低溫分餾、富氧燃燒等方式將不同排放源的CO2進(jìn)行分離和富集的過程，是CCUS技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提?，F(xiàn)階段，我國(guó)第一代捕集技術(shù)研究取得了顯著進(jìn)展，大部分技術(shù)已從概念或基礎(chǔ)研究階段發(fā)展到工業(yè)示范水平，部分技術(shù)已經(jīng)具備商業(yè)化應(yīng)用能力，但大規(guī)模系統(tǒng)集成優(yōu)化缺乏工程經(jīng)驗(yàn)；第二代捕集技術(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)或小試階段。我國(guó)燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟，整體上處于工業(yè)示范階段，與國(guó)際先進(jìn)水平同步；燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，相比國(guó)際先進(jìn)水平發(fā)展有所滯后，特別是對(duì)于目前CO2捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法，國(guó)際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段，我國(guó)仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國(guó)內(nèi)外均處于中試階段，整體發(fā)展較為緩慢，尤其是增壓富氧燃燒技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段。隨著第二代低成本捕集技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，成本與能耗將明顯低于第一代捕集技術(shù)；為了進(jìn)一步降低CO2捕集成本，捕集技術(shù)的代際更替應(yīng)加快推進(jìn)。  

運(yùn)輸指將捕集的CO2運(yùn)送到可利用或封存場(chǎng)地的過程，主要包括罐車、船舶、管道運(yùn)輸?shù)确绞?。通常小?guī)模和短距離運(yùn)輸考慮選用罐車，長(zhǎng)距離規(guī)?；\(yùn)輸或CCUS產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)先考慮管道運(yùn)輸。在我國(guó)，罐車和船舶運(yùn)輸技術(shù)都已開展商業(yè)應(yīng)用，與國(guó)際先進(jìn)水平同步，而輸送潛力最大的管道運(yùn)輸技術(shù)剛開展相關(guān)示范，相比處于商業(yè)應(yīng)用階段的國(guó)際水平差距顯著。  

CO2生物與化工利用技術(shù)指利用CO2的不同理化特征，生產(chǎn)具有商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)減排的過程。國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展水平基本同步，整體上處于工業(yè)示范階段。近十年來(lái)，各項(xiàng)生物與化工利用技術(shù)均有所發(fā)展，尤其是部分化工利用技術(shù)進(jìn)展顯著；發(fā)展水平最高的是利用CO2合成化學(xué)材料技術(shù)，如合成有機(jī)碳酸酯、可降解聚合物及氰酸酯/聚氨酯，制備聚碳酸酯/聚酯材料等。  

CO2地質(zhì)利用與封存技術(shù)指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO2進(jìn)行地質(zhì)利用或注入深部地質(zhì)儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)與大氣長(zhǎng)期隔絕的技術(shù)，封存方式分為陸上和離岸兩種。在地質(zhì)利用與封存方面，國(guó)內(nèi)外各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展水平參差不齊。從全球范圍看，強(qiáng)化采油和浸采采礦技術(shù)發(fā)展較快，已開始商業(yè)化應(yīng)用；其余技術(shù)中，除強(qiáng)化深部咸水開采與封存技術(shù)正在開展工業(yè)示范以外，其他技術(shù)均處在中試及以下階段。我國(guó)地質(zhì)利用與封存技術(shù)在近十年均有所發(fā)展，尤其是強(qiáng)化深部咸水開采技術(shù)已從概念階段發(fā)展到工業(yè)示范水平，但仍整體落后于世界先進(jìn)水平；盡管驅(qū)替煤層氣技術(shù)略處于領(lǐng)先狀態(tài)，但經(jīng)濟(jì)效益較好的CO2強(qiáng)化采油技術(shù)（CO2-EOR）在我國(guó)仍處于工業(yè)示范階段，相比進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段的國(guó)際水平差距明顯。  

在CCUS集成優(yōu)化技術(shù)方面，近十年我國(guó)取得了較大的進(jìn)步。國(guó)外CCUS集成優(yōu)化技術(shù)已普遍處于商業(yè)化應(yīng)用階段，相比之下我國(guó)有關(guān)技術(shù)發(fā)展仍顯落后，尤其是管網(wǎng)優(yōu)化和集群樞紐兩類技術(shù)僅處在中試階段。上述各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展水平不足以支撐我國(guó)CCUS集成耦合與優(yōu)化技術(shù)研究，制約了我國(guó)CCUS大規(guī)模示范工程的開展，而大規(guī)模全鏈條集成示范項(xiàng)目的缺失又進(jìn)一步限制了集成優(yōu)化技術(shù)的提升。  

三、我國(guó)CCUS技術(shù)的示范工程進(jìn)展  

根據(jù)科學(xué)技術(shù)部向全國(guó)征集CCUS示范項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自2004年我國(guó)第一個(gè)CCUS示范項(xiàng)目在山西投運(yùn)以來(lái)，已投運(yùn)和建設(shè)中的CCUS示范項(xiàng)目共有49個(gè)，集中在華東和華北地區(qū)；已建成的38個(gè)CCUS示范項(xiàng)目，累計(jì)注入封存CO2超過2×106t，形成CO2捕集能力2.96×106t/a、注入能力1.21×106t/a。  

從技術(shù)環(huán)節(jié)分布看，捕集類、化工與生物利用類、地質(zhì)利用與封存類示范項(xiàng)目的占比分別為39%（15個(gè)）、24%（9個(gè)）、37%（14個(gè)）。在15個(gè)捕集類示范項(xiàng)目中，中低濃度排放源CO2捕集項(xiàng)目有14個(gè)，高濃度排放源捕集項(xiàng)目?jī)H有1個(gè)。  

從行業(yè)分布看，主要工業(yè)行業(yè)均有涉及，覆蓋電力、煤化工、石油化工、水泥、鋼鐵等領(lǐng)域。在15個(gè)捕集類項(xiàng)目中，11個(gè)來(lái)自電力行業(yè)，3個(gè)來(lái)自水泥行業(yè)，1個(gè)來(lái)自煤化工行業(yè)（見圖3）。地質(zhì)利用與封存技術(shù)的驅(qū)油類項(xiàng)目通常與化工行業(yè)結(jié)合，13個(gè)項(xiàng)目中有5個(gè)來(lái)自煤化工行業(yè)，2個(gè)來(lái)自石油化工。鋼鐵行業(yè)的CCUS示范項(xiàng)目處于起步階段，2020年在西昌投運(yùn)的CO2礦化脫硫渣關(guān)鍵技術(shù)與萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣進(jìn)行捕集并礦化利用。  

圖3我國(guó)CCUS技術(shù)環(huán)節(jié)及細(xì)分的捕集源行業(yè)分布情況  

從整體規(guī)?？?，雖然目前已投運(yùn)項(xiàng)目規(guī)模普遍較小，但是我國(guó)正在規(guī)劃的項(xiàng)目規(guī)模逐漸增大。在已投運(yùn)的CCUS示范項(xiàng)目中，29個(gè)在10萬(wàn)噸級(jí)及以下，僅有中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司中原石油勘探局的CO2埋存驅(qū)油、中國(guó)石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司的CO2-EOR兩個(gè)示范項(xiàng)目在50萬(wàn)噸級(jí)及以上，尚無(wú)百萬(wàn)噸級(jí)項(xiàng)目。2021年7月，中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司的CCUS全流程示范項(xiàng)目啟動(dòng)建設(shè)，預(yù)計(jì)2021年年底投運(yùn)，將成為我國(guó)首個(gè)年捕集封存CO2百萬(wàn)噸以上項(xiàng)目；國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司泰州發(fā)電有限公司的50萬(wàn)噸級(jí)碳捕集與資源化利用項(xiàng)目、新疆哈密百萬(wàn)噸級(jí)CO2捕集與驅(qū)油項(xiàng)目處于籌備建設(shè)階段。值得指出的是，部分項(xiàng)目建成后并未持續(xù)投入運(yùn)行，而是處于停運(yùn)或間歇運(yùn)行的狀態(tài)。目前CCUS示范項(xiàng)目成本高、收益低，有能力維持運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目主要來(lái)自大型國(guó)有企業(yè)或少數(shù)幾個(gè)擁有相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的大型企業(yè)。  

目前，全球CCUS項(xiàng)目發(fā)展迅速，截至2021年9月規(guī)劃、在建和運(yùn)行中的商業(yè)化CCUS設(shè)施的數(shù)量達(dá)到135個(gè)，比2020年增加一倍以上，全部建成后每年可捕集CO2約1.5×108t。相關(guān)設(shè)施的單體捕集量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，數(shù)個(gè)項(xiàng)目超過百萬(wàn)噸級(jí)；CCUS的產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展趨勢(shì)明顯，促進(jìn)了項(xiàng)目成本降低。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)CCUS技術(shù)在大規(guī)模示范項(xiàng)目的整體規(guī)模、集成程度、離岸封存、工業(yè)應(yīng)用等方面存在較大差距。  

一是大規(guī)模商業(yè)化示范項(xiàng)目較少。全球處于建設(shè)階段或運(yùn)行階段的大規(guī)模CCUS項(xiàng)目共有31個(gè)，分布在美國(guó)（13個(gè)）、中國(guó)（5個(gè)）、加拿大（4個(gè)）、歐洲（4個(gè)）、中東（3個(gè)）、澳大利亞（1個(gè)）、巴西（1個(gè)）；2021年新建了多個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)CCUS產(chǎn)業(yè)集群，其中最大的是“休斯頓航道CCUS創(chuàng)新區(qū)”，旨在利用多個(gè)CCUS工業(yè)碳源并在墨西哥灣近海地層每年封存1×108tCO2；處于開發(fā)后期或運(yùn)行中的CCUS產(chǎn)業(yè)集群數(shù)量達(dá)到24個(gè)，分布在美國(guó)（6個(gè)）、英國(guó)（6個(gè)）、荷蘭（4個(gè)）、希臘（1個(gè)）、挪威（1個(gè)）、丹麥（1個(gè)）、加拿大（1個(gè)）、中國(guó)（1個(gè)）、中東（1個(gè)）、澳大利亞（1個(gè)）、巴西（1個(gè)）。CCUS產(chǎn)業(yè)集群體現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，通過提高壓縮、脫水、管道和封存規(guī)模來(lái)大幅降低碳減排的單位成本。我國(guó)新疆CCUS產(chǎn)業(yè)中心計(jì)劃建設(shè)規(guī)模為2×105~3×106tCO2/a。  

二是尚未開展百萬(wàn)噸級(jí)全流程集成示范。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)項(xiàng)目都是針對(duì)CCUS單一技術(shù)環(huán)節(jié)，與擁有多個(gè)全流程CCUS技術(shù)示范項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距明顯。截至2021年10月，美國(guó)在建和運(yùn)行中的百萬(wàn)噸級(jí)以上的商業(yè)化全流程集成運(yùn)營(yíng)設(shè)施有5個(gè)，加拿大有3個(gè)；美國(guó)、英國(guó)、荷蘭、挪威、阿聯(lián)酋等國(guó)家建設(shè)的CCUS產(chǎn)業(yè)集群，不僅重視CCUS全鏈條技術(shù)環(huán)節(jié)的集成，而且通常涉及電力、石油、鋼鐵等多個(gè)工業(yè)行業(yè)，統(tǒng)籌考慮跨產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。  

三是CO2離岸封存技術(shù)示范滯后。我國(guó)目前還沒有海底封存示范項(xiàng)目運(yùn)行和建設(shè)。截至2021年，挪威、美國(guó)、巴西、日本等國(guó)家都已開展不同規(guī)模的離岸封存示范項(xiàng)目，全球海底封存量累計(jì)超過了2.5×107tCO2；挪威政府近期批準(zhǔn)的長(zhǎng)船項(xiàng)目，將從垃圾焚燒廠和水泥廠捕集的CO2運(yùn)輸?shù)奖焙＝５叵碌姆獯娴攸c(diǎn)進(jìn)行永久封存，初期每年可注入和封存1.5×106tCO2。  

四是工業(yè)難減排領(lǐng)域的CCUS技術(shù)示范基礎(chǔ)薄弱。國(guó)內(nèi)已有的CCUS示范項(xiàng)目行業(yè)分布不均衡，多數(shù)應(yīng)用于電力、化工行業(yè)，沒有長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的水泥、鋼鐵行業(yè)大規(guī)模一體化示范項(xiàng)目。多個(gè)國(guó)家已經(jīng)開始開展鋼鐵、水泥等難減排工業(yè)領(lǐng)域的大型示范項(xiàng)目。例如，阿聯(lián)酋AlReyadahCCUS項(xiàng)目從鋼鐵廠排放的煙氣中捕集CO2并用于強(qiáng)化石油開采，構(gòu)成了該國(guó)CCUS大型網(wǎng)絡(luò)樞紐的一部分，每年捕集、運(yùn)輸和注入8×105tCO2。  

四、我國(guó)CCUS技術(shù)的成本與效益  

（一）CCUS技術(shù)成本  

已投運(yùn)CCUS示范項(xiàng)目?jī)魷p排成本統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)CCUS技術(shù)推廣依然面臨高能耗、高成本的挑戰(zhàn)。CCUS技術(shù)的能耗及成本因排放源類型及CO2濃度不同有明顯差異，通常CO2濃度越高，捕集能耗和成本越低，CCUS減排技術(shù)的CO2避免成本越低。在已投運(yùn)的CCUS示范項(xiàng)目中（見圖4），水泥行業(yè)受到技術(shù)成熟度的影響具有最高的捕集能耗，達(dá)到6.3GJ/tCO2；電力行業(yè)捕集能耗為1.6~3.2GJ/tCO2；煤化工行業(yè)由于捕集源和捕集技術(shù)的差異性，能耗為0.7~2.5GJ/tCO2；石油化工行業(yè)的捕集能耗最低，約為0.65GJ/tCO2。  

圖4我國(guó)主要排放源已投運(yùn)CCUS示范項(xiàng)目的捕集能耗  

注：資料來(lái)源于國(guó)內(nèi)現(xiàn)行39個(gè)示范項(xiàng)目成本和能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。  

電力、水泥是我國(guó)減排成本較高的行業(yè)，凈減排成本分別為300~600元/tCO2、180~730元/tCO2。煤化工和石油化工領(lǐng)域的一體化驅(qū)油示范項(xiàng)目?jī)魷p排成本最低可達(dá)到120元/tCO2（見圖5）。結(jié)合項(xiàng)目成本來(lái)看，捕集能耗高的行業(yè)CCUS示范項(xiàng)目成本也較高，降低CCUS捕集能耗對(duì)降低我國(guó)CCUS示范項(xiàng)目成本十分重要。  

圖5我國(guó)主要排放源已投運(yùn)CCUS示范項(xiàng)目?jī)魷p排成本  

注：資料來(lái)源于國(guó)內(nèi)現(xiàn)行39個(gè)示范項(xiàng)目成本和能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。  

就CCUS全鏈條技術(shù)而言，現(xiàn)階段全球主要碳源（煤電廠、燃?xì)怆姀S、煤化工廠、天然氣加工廠、鋼鐵廠、水泥廠）的CO2避免成本約為20~194美元/t，我國(guó)的CCUS成本整體處于世界較低水平（見圖6）。我國(guó)傳統(tǒng)電廠、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）電廠的避免成本分別為60美元/tCO2、81美元/tCO2，相比60~121美元/tCO2、81~148美元/tCO2的世界平均水平處于國(guó)際最低水平。我國(guó)鋼鐵、化肥生產(chǎn)的避免成本分別為74美元/tCO2、28美元/tCO2，相比于67~119美元/tCO2、23~33美元/tCO2的世界平均水平接近國(guó)際最低水平。我國(guó)天然氣循環(huán)聯(lián)合發(fā)電（NGCC）、水泥行業(yè)的避免成本為99美元/tCO2、129美元/tCO2，相比80~160美元/tCO2、104~194美元/tCO2的世界平均水平處于低位。我國(guó)天然氣加工行業(yè)的避免成本為24美元/tCO2，相比20~27美元/tCO2的世界平均水平處于中等位置。  

圖6不同排放源的CO2避免成本  

（二）CCUS技術(shù)效益  

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）研究認(rèn)為，如果不采用CCUS技術(shù)，大部分模式都無(wú)法實(shí)現(xiàn)到21世紀(jì)末2℃的溫升控制目標(biāo)；即使可以實(shí)現(xiàn)，減排成本也會(huì)成倍增加，預(yù)計(jì)增幅平均高達(dá)138%。長(zhǎng)期以來(lái)，受高能耗、高成本、技術(shù)不成熟等因素的影響，在大部分情景下CCUS技術(shù)經(jīng)濟(jì)性尚不具備與其他低碳技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的能力；但從實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的整體減排成本角度看，CCUS與能效提升、終端節(jié)能、儲(chǔ)能、氫能等的共同組合是實(shí)現(xiàn)碳中和最為經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。未來(lái)CCUS技術(shù)將展現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)潛力，主要表現(xiàn)以下五方面。  

一是CCUS技術(shù)具有負(fù)成本的早期機(jī)會(huì)，合理的碳定價(jià)機(jī)制可使CCUS技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)可行性。在特定條件下，依靠CO2化工、生物、地質(zhì)利用帶來(lái)的可觀經(jīng)濟(jì)收益便能夠抵消捕集、運(yùn)輸、封存環(huán)節(jié)的相關(guān)成本，實(shí)現(xiàn)CCUS技術(shù)的負(fù)成本應(yīng)用。例如，CO2的地質(zhì)利用可在實(shí)現(xiàn)碳減排的同時(shí)，通過注入CO2驅(qū)替或置換油、氣、水等產(chǎn)品帶來(lái)收益。在源匯匹配條件適宜的情況下，我國(guó)部分CCUS項(xiàng)目成本低于強(qiáng)化采油（EOR）驅(qū)油收益，具有負(fù)成本減排潛力。在碳定價(jià)機(jī)制等外在收益存在的情況下，CCUS也可以通過獲得的額外減排收益抵消部分成本而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。在合理的碳價(jià)水平下，CCUS技術(shù)同樣存在實(shí)現(xiàn)盈利的可能性。  

二是CCUS技術(shù)可避免大量的基礎(chǔ)設(shè)施擱淺成本。利用CCUS技術(shù)對(duì)能源、工業(yè)部門的基礎(chǔ)設(shè)施改造，能夠大規(guī)模降低現(xiàn)有設(shè)施的碳排放，避免碳約束下大量基礎(chǔ)設(shè)施提前退役而產(chǎn)生的高額擱淺成本。我國(guó)是世界上最大的煤電、鋼鐵、水泥生產(chǎn)國(guó)，這些重點(diǎn)排放源的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行年限不長(zhǎng)；考慮到基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命一般為40年以上，若不采取減排措施，在碳中和目標(biāo)下這些設(shè)施幾乎不可能運(yùn)行至壽命期結(jié)束。運(yùn)用CCUS技術(shù)進(jìn)行改造，不僅可以避免已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)施提前退役，還能減少因建設(shè)其他低碳基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的額外投資，從而顯著降低實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)成本。據(jù)估算，我國(guó)煤電擱淺資產(chǎn)規(guī)?？赡芨哌_(dá)3.08~7.2萬(wàn)億元，相當(dāng)于我國(guó)2015年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的4.1%~9.5%。  

三是在特定區(qū)域和條件下，火電廠加裝CCUS的發(fā)電成本比燃?xì)怆姀S、可再生能源發(fā)電技術(shù)更具競(jìng)爭(zhēng)力。  

一方面，當(dāng)CCUS技術(shù)與燃煤電廠耦合發(fā)電實(shí)現(xiàn)與燃?xì)怆姀S相同的排放水平時(shí)，較低的捕集率、適宜的輸送距離和方式可使燃煤發(fā)電成為比燃?xì)獍l(fā)電更具經(jīng)濟(jì)性的發(fā)電技術(shù)。國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司36家燃煤電廠的全流程CCUS改造總平準(zhǔn)化發(fā)電成本（TLCOE）分析表明，以成本最低為目標(biāo)對(duì)電廠與封存地進(jìn)行源匯匹配后，在50%凈捕集率條件下，75%的燃煤電廠TLCOE低于我國(guó)2018年燃?xì)怆姀S標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)的下限（77.5美元/MW·h），100%的燃煤電廠TLCOE低于燃?xì)怆姀S標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)的上限（110美元/MW·h）；燃煤電廠加裝CCUS比燃?xì)怆姀S更有成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?？紤]CCUS技術(shù)進(jìn)步、激勵(lì)政策效應(yīng)之后，可能實(shí)現(xiàn)更高捕集率條件下的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。  

另一方面，燃煤發(fā)電耦合CCUS技術(shù)目前處于示范階段，不同煤炭?jī)r(jià)格下我國(guó)燃煤電廠CCUS的平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）為0.4~1.2元/kW·h，整體上與太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)發(fā)電水平相當(dāng)。當(dāng)燃煤電廠耦合CCUS處在煤炭資源較為豐富、CO2運(yùn)輸距離較短的理想條件下，燃煤電廠耦合CCUS與可再生能源發(fā)電技術(shù)存在比較競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司燃煤電廠CCUS改造的成本經(jīng)濟(jì)性研究表明，與風(fēng)電相比，在燃煤電廠凈捕集率為85%的條件下，44%的電廠改造后總減排電價(jià)低于最小風(fēng)電價(jià)格，56%的電廠改造后總減排電價(jià)低于最高風(fēng)電價(jià)格。CCUS技術(shù)成本會(huì)隨著技術(shù)進(jìn)步、基礎(chǔ)設(shè)施完善、商業(yè)模式創(chuàng)新以及政策健全而逐漸降低，在可再生能源補(bǔ)貼力度持續(xù)退坡之后，未來(lái)燃煤電廠CCUS發(fā)電成本優(yōu)于可再生能源發(fā)電技術(shù)的可能性將進(jìn)一步提高。  

四是生物能與CCUS耦合（BECCS）、直接空氣捕集（DAC）可有效降低碳實(shí)現(xiàn)中和目標(biāo)的邊際減排成本。作為重要的負(fù)排放技術(shù)，BECCS、DAC技術(shù)在深度減排進(jìn)程中可降低碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的總成本。BECCS技術(shù)的成本為100~200美元/tCO2，DAC技術(shù)的成本約為100~600美元/tCO2。英國(guó)研究案例表明，以BECCS、DAC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力部門的深度脫碳，要比以間歇性可再生能源、儲(chǔ)能為主導(dǎo)的系統(tǒng)總投資成本減少37%~48%；在更加嚴(yán)格的CO2減排目標(biāo)下，負(fù)排放技術(shù)的部署可通過取代中遠(yuǎn)期更為昂貴的減排措施來(lái)實(shí)現(xiàn)35%~80%的成本降低。因此，部署以BECCS為主的負(fù)排放技術(shù)將是助力我國(guó)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要保障。  

五是CCUS技術(shù)在實(shí)現(xiàn)碳減排的同時(shí)還具有良好的社會(huì)效益。CCUS技術(shù)在降低氣候變化損失、增加工業(yè)產(chǎn)值與就業(yè)機(jī)會(huì)、保障能源安全、提高生態(tài)環(huán)境綜合治理能力、解決區(qū)域發(fā)展瓶頸等方面具有協(xié)同效益。油氣行業(yè)氣候倡議組織（OGCI）研究表明，到2050年，部署CCUS可以累計(jì)創(chuàng)造4×106~1.2×107個(gè)工作崗位。  

五、我國(guó)CCUS技術(shù)的減排潛力  

（一）封存理論容量與分布  

我國(guó)東北、華北、西北地區(qū)具有較好的CO2地質(zhì)利用與封存條件，陸上地質(zhì)利用與封存技術(shù)的理論總?cè)萘繛?.5×1012~3.0×1012tCO2，海洋也有萬(wàn)億噸量級(jí)的理論封存容量。CCUS技術(shù)的理論封存潛力巨大，但受制于CCUS技術(shù)成本、排放源距離、環(huán)境因素等外部條件制約，減排潛力難以完全釋放。當(dāng)前，我國(guó)地質(zhì)利用與封存場(chǎng)地集中在東北、華北、西北地區(qū)的松遼盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地等沉積盆地。  

（二）各行業(yè)CCUS技術(shù)的減排需求及潛力  

綜合國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究結(jié)果，同時(shí)考慮CCUS技術(shù)在電力、工業(yè)等部門的應(yīng)用及其未來(lái)減排潛力，碳中和目標(biāo)下我國(guó)CCUS總體減排需求在2030年為2×107~4.08×108tCO2，2050年為6×108~1.45×109tCO2，2060年為1×109~1.82×109tCO2。  

分行業(yè)來(lái)看，一是CCUS技術(shù)在能源電力部門未來(lái)的減排貢獻(xiàn)將隨著我國(guó)電力總體需求的增加、低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程的加快而逐漸增大。多項(xiàng)研究報(bào)告指出，我國(guó)電力需求到2050年將增長(zhǎng)到1.2×1013~1.5×1013kW·h，同時(shí)火電（燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電）占比將大幅縮減至15%以下，由此核算電力系統(tǒng)將產(chǎn)生4.32×108~1.64×109tCO2。根據(jù)國(guó)際能源署電力運(yùn)維平臺(tái)CCUS特別報(bào)告，在可持續(xù)發(fā)展情景下，我國(guó)CCUS減排容量預(yù)計(jì)將快速增長(zhǎng)，到2030年電力部門CCUS捕集規(guī)模約為1.9×108tCO2/a，到2050年捕集量約為7.7×108tCO2/a；到2070年將超過1.2×109tCO2/a。  

二是CCUS技術(shù)對(duì)鋼鐵、水泥等難減排的工業(yè)行業(yè)的貢獻(xiàn)將更加突出。據(jù)中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析，2070年前CCUS技術(shù)將在工業(yè)部門碳減排方面持續(xù)發(fā)揮作用，預(yù)計(jì)到2030年CCUS對(duì)我國(guó)工業(yè)碳減排貢獻(xiàn)約為8×107~2×108tCO2/a，到2050年達(dá)到2.5×108~6.5×108tCO2/a，2070年緩慢抬升至6.7×108~6.5×108tCO2/a。  

三是石化和化工領(lǐng)域高濃度排放源可為早期CCUS示范提供低成本發(fā)展機(jī)遇。2030年石化和化工行業(yè)的CCUS減排需求約為5×107tCO2，2040年后保持同等水平并逐漸降低。  

四是BECCS等負(fù)排放技術(shù)不可或缺。以農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物、能源作物作為典型生物質(zhì)燃料，預(yù)計(jì)到2050年我國(guó)相關(guān)資源潛力可達(dá)6×108tce，對(duì)應(yīng)CO2負(fù)排放潛力可達(dá)3.6×108~5.9×108t。  

（三）源匯匹配情況  

CCUS源匯匹配主要考慮排放源和封存場(chǎng)地之間的地理位置關(guān)系與環(huán)境適宜性，即評(píng)估每個(gè)碳源是否有地質(zhì)條件合適且成本可行的CO2封存場(chǎng)地，這是CCUS技術(shù)推廣的重要約束條件。在無(wú)國(guó)家骨干管網(wǎng)和公共管網(wǎng)的情景下，250km是不需要建設(shè)中繼壓縮站的最長(zhǎng)管道距離，因建設(shè)成本較低而作為CCUS項(xiàng)目建設(shè)源匯匹配的距離上限。  

從區(qū)域分布情況看，新疆、內(nèi)蒙古、陜西等中西部地區(qū)省份的化石資源豐富，與東北、華北、西北地區(qū)的陸上封存地匹配度較高，能源與工業(yè)原料生產(chǎn)可通過CCUS實(shí)現(xiàn)較低成本的低碳化。東部、沿海地區(qū)是能源和工業(yè)原料的消費(fèi)地區(qū)，特別是福建、廣東、廣西等省份能夠用于封存的沉積盆地面積小、分布零散、地質(zhì)條件相對(duì)較差，加之陸上封存潛力相對(duì)有限，源匯空間錯(cuò)位且匹配難度較大；在毗鄰海域的沉積盆地實(shí)施離岸封存是重要的備選方案。  

從行業(yè)分布情況看，準(zhǔn)噶爾盆地、吐魯番–哈密盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地是火電行業(yè)部署CCUS技術(shù)（含CO2-EOR）的重點(diǎn)區(qū)域，適宜優(yōu)先開展CCUS早期集成示范項(xiàng)目，推動(dòng)CCUS技術(shù)大規(guī)模、商業(yè)化發(fā)展。但在50km的運(yùn)輸范圍內(nèi)，火電行業(yè)源匯匹配情況不佳，未來(lái)CCUS產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展存在挑戰(zhàn)。對(duì)于鋼鐵、水泥等行業(yè)，現(xiàn)階段分布于渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、江漢盆地、鄂爾多斯盆地等地及其附近的排放源數(shù)量多、CO2排放量大、封存場(chǎng)地適宜性較高，源匯匹配情況較好；相比之下，南方、沿海及其他區(qū)域的排放源距離陸上盆地較遠(yuǎn)，后期需要考慮實(shí)施離岸封存。  

六、我國(guó)CCUS技術(shù)發(fā)展建議  

（一）構(gòu)建面向碳中和目標(biāo)的CCUS技術(shù)體系  

超前部署第二代CCUS技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，驅(qū)動(dòng)第二代技術(shù)成本和能耗顯著下降，爭(zhēng)取2035年前具備第二代捕集技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用能力。明確碳中和目標(biāo)下CCUS技術(shù)需求，針對(duì)碳捕集、運(yùn)輸、利用、封存、監(jiān)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)。發(fā)揮CCUS在多能互補(bǔ)的能源系統(tǒng)和工業(yè)領(lǐng)域中的關(guān)鍵減排作用，包括結(jié)合CCUS與新興能源與工業(yè)系統(tǒng)、培育CCUS發(fā)展的新技術(shù)經(jīng)濟(jì)范式、識(shí)別CCUS與可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)集成可行性及發(fā)展?jié)摿?、探索可再生能?儲(chǔ)能+CCUS的集成技術(shù)新方向等，全面構(gòu)建功能多元的CCUS技術(shù)體系。  

（二）推進(jìn)CCUS全鏈條集成示范及商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程  

優(yōu)先部署海底封存示范項(xiàng)目，開展CCUS在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用示范，補(bǔ)齊CCUS技術(shù)環(huán)節(jié)示范短板。開展大規(guī)模全鏈條集成示范工程，加速推進(jìn)CCUS產(chǎn)業(yè)化集群建設(shè)。加快突破全流程工程技術(shù)優(yōu)化方法，爭(zhēng)取在“十四五”時(shí)期建成3~5個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)CCUS全鏈條示范項(xiàng)目。以驅(qū)油/氣、固體廢物礦化、化工利用等CO2利用技術(shù)的大規(guī)模示范為牽引，積極支持油氣、能源、化工等相關(guān)行業(yè)CCUS產(chǎn)業(yè)示范區(qū)建設(shè)，逐步將CCUS技術(shù)納入能源、礦業(yè)的綠色發(fā)展技術(shù)支撐體系以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)序列。  

（三）加快CCUS技術(shù)管網(wǎng)規(guī)劃布局和集群基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)  

加大CCUS相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施投入，加強(qiáng)運(yùn)輸管網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化設(shè)施管理模式，建立合作共享機(jī)制，帶動(dòng)形成以管網(wǎng)設(shè)施和封存場(chǎng)地為基礎(chǔ)的區(qū)域CCUS產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心。合理規(guī)劃未來(lái)CCUS產(chǎn)業(yè)集群分布，對(duì)已初步形成的基于源匯分布地域特點(diǎn)的CCUS集群進(jìn)行布局完善，充分發(fā)揮相關(guān)集群在基礎(chǔ)設(shè)施共享、項(xiàng)目系統(tǒng)集成、能量資源交互利用、工業(yè)示范與商業(yè)應(yīng)用銜接等方面的優(yōu)勢(shì)，降低綜合減排成本。  

（四）完善財(cái)稅激勵(lì)政策和法律法規(guī)體系  

借鑒對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等清潔能源技術(shù)發(fā)展的支持方式，探索制定適合國(guó)情、面向碳中和目標(biāo)的CCUS稅收優(yōu)惠和補(bǔ)貼激勵(lì)政策；給予超前部署的新一代低成本、低能耗技術(shù)以及與新能源耦合的負(fù)排放技術(shù)同等政策激勵(lì)。加速推動(dòng)CCUS投融資以加速商業(yè)化步伐，將CCUS納入產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展目錄，探索政府與市場(chǎng)有機(jī)結(jié)合的CCUS商業(yè)化投融資機(jī)制，積極利用綠色金融、氣候債券、低碳基金等多種方式支持CCUS項(xiàng)目示范。提供穩(wěn)定持續(xù)的科技創(chuàng)新政策支持，提升CCUS的技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性和安全性，特別是先進(jìn)技術(shù)和具備負(fù)排放效益技術(shù)的研發(fā)示范。完善法律法規(guī)體系，制定CCUS行業(yè)規(guī)范、制度法規(guī)框架體系以及科學(xué)合理的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、監(jiān)管、終止標(biāo)準(zhǔn)體系，建立并完善CCUS建設(shè)運(yùn)營(yíng)所需的技術(shù)規(guī)范。