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CCUS技术:为碳中和碳达峰提供保障
更新时间:2021/7/9 来源:中国石油和化工
  

近日,中国石化宣布开启我国首个百万吨级CCUS项目建设,涵盖二氧化碳捕集、利用和封存3个环节,建成后将成为国内最大CCUS全产业链示范基地。碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是我国在实现碳中和目标中的关键技术,CCUS技术可以在2050年前提供约11亿~27亿吨的碳减排贡献。

CCUS技术:技术成熟潜力可期

厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强在媒体撰文指出,中国从化石能源为主体的能源结构向低碳多元供能体系的转变,依赖于CCUS技术的广泛应用。在支撑经济发展、应对气候变化与保障能源安全的多重目标下,CCUS技术是基于特定国情禀赋实现中国大规模深度减排的必然选择。

据了解,CCUS技术作为二氧化碳减排重要措施之一,其发展潜力可期。从驱油封存角度考虑,我国约有100亿吨石油地质储存量适宜于二氧化碳驱油,预期可增采7亿~14亿吨; 全国的枯竭油气田、无商业价值的煤层和深部咸水层的二氧化碳封存潜力较大。

根据林伯强介绍,目前主要的CCUS技术路线包括二氧化碳捕集技术、二氧化碳利用技术以及地质封存技术。在CCUS捕集、输送、利用与封存环节中,捕集是能耗和成本最高的环节。根据能源系统与二氧化碳分离过程集成方式的不同,二氧化碳捕集技术可分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集。第一代燃烧后捕集技术是目前运用最成熟的捕集技术手段,第二代年二氧化碳 捕集技术正在研发过程中。相较于一代捕集技术,新型膜分离、增压富氧燃烧以及化学链燃烧等第二代捕集技术成熟后能够以更低成本实现煤电和煤化工等传统产业的有效减排,大幅改善CCUS技术的经济性。

二氧化碳利用技术以额外收益促进二氧化碳的资源化利用,能够提升整体产业链的商业性。主要的二氧化碳利用技术包括地质利用、化工利用和生物利用技术。地质利用技术方面,二氧化碳强化石油开采技术(CO₂-EOR)已应用于多个驱油与封存示范项目;化工利用方面,重整制备合成气、合成可降解聚合物等技术已经完成了示范;生物利用方面,二氧化碳转化为食品和饲料的技术已在逐步实现商业化。二氧化碳地质封存技术以工程技术手段储存二氧化碳保障与大气长期隔绝的可靠性。目前 二氧化碳地质封存主要划分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、枯竭油气田封存等方式。

总体而言,现阶段CCUS技术成本偏高。根据2019 年发布的中国CCUS报告的相关测算结果,中国当前的二氧化碳平均捕集成本为300~900元/吨二氧化碳,罐车运输成本约为 0.9~1.4 元/吨公里。封存技术的成本因技术水平、气源来源、源汇距离等不同而差异较大。

根据我国科技部下属单位21世纪议程管理中心的研究,我国CCUS技术最佳窗口期为2030~2035年之间,相关技术预计将在2030年左右实现爆发。预计后期,在碳中和目标的带动下,我国将会加快CCUS技术的发展及产业化进程,并借鉴美国经验加大专项政策支持力度。

国际经验:将CCUS项目纳入碳市场

据了解,目前全球有26个CCS/CCUS项目在运营,二氧化碳捕集及埋存能力为4300万吨/年,有近20个项目在建。考虑这些在建项目的投资预算,2020年至2025年预计全球CCS/CCUS项目投资年均增长率为38%,主要集中在北美和欧洲。预计到2030年全球将有一大批CCS/CCUS项目在化工、制氢以及火力发电行业推出。

CCUS的发展离不开完善的碳交易市场和政策支持。在碳排放的负外部效应没有内在化的情况下,企业的节能减排收益无法得到充分体现,而节能改造和CCUS项目开展需要大规模投资并提高生产成本,从而抑制了企业开展节能改造和CCUS的激励。明确碳排放权、建立碳排放市场能够实现碳排放的负外部效应的内在化,给予企业减排激励,同时降低全社会碳治理成本。

根据华南理工大学广州学院经济学院刘牧心等人发表的文献,虽然我国尚未有将CCUS项目与碳市场进行衔接的先例,但CCUS与碳市场的确存在极强的相关性。国外在CCUS与碳市场结合方面做了相关工作,其中最值得关注的是美国和加拿大在这方面的经验。

美国是较早开展CCUS技术研发的国家,目前有14个正在运行的商业化CCUS项目。1997年,美国成立了专门开展低碳项目的减排量核证工作的碳注册登记系统 (American carbon registry,ACR)。截至2020年初,ACR 的项目注册数为122个,总计核证减排量5000 万吨二氧化碳当量,核证的减排量可以用于美国加州碳排放体系和华盛顿州清洁空气法案。CCUS项目在ACR中的注册量最多,其核证减排量占总签发量的43.2%。

加拿大截至2020年,已建成3个完全商业化运营的百万吨级CCUS项目,同时也有将CCUS项目纳入碳市场的成功经验。目前,加拿大已建立包括阿尔伯塔省、不列颠哥伦比亚省在内的13个地方碳市场。阿尔伯塔碳市场是纳入CCUS项目最多的碳市场,CCUS项目可以通过阿尔伯塔排放抵消体系(albert emission offsetsystem,AEOS)进行认证。AEOS建立于2008年,截至2020年初,该体系注册项目271个,总计签发核证减排量5600万吨二氧化碳当量,其中CCUS项目的核证减排量占总签发量的9.2%,CCUS项目能够在美国的碳市场中如此活跃,得益于美国针对CCUS项目专门颁布的激励政策,即Form-45Q。Form-45Q政策直接给CCUS项目提供税收补贴,最初颁布于 2010年,2018年修订后的Form-45Q 政策进一步提高了补贴力度,对于二氧化碳用于提高石油采收率和其他带来减排的二氧化碳利用项目,补贴35美元/吨二氧化碳封存或利用量(由最初的10 美元/吨二氧化碳上调);而对于纯粹地质封存的项目,则给予50美元/吨二氧化碳封存的补贴(由最初的20美元/吨二氧化碳上调),该政策极大地提高了能源行业对CCUS项目投资的积极性,推动了CCUS项目的大规模部署。

在加拿大,除了政府高额碳税计划带来的减排压力外,推动CCUS项目纳入阿尔伯塔碳市场的主要动力还来自于州政府独特的政策支持,针对辖区内的CCUS项目,AEOS 将给予项目基于减排量的两倍核证量的奖励,例如,某CCUS项目每年可以实现50万吨的二氧化碳减排量,那么在阿尔伯塔排放抵消体系中,该项目的核证减排量为100万吨二氧化碳。

AEOS 创新的奖励政策提高了CCUS项目利益相关者对该技术的信心,再加上阿尔伯塔省油气开采和石油炼化行业发达,与CCUS项目的契合度较高,综合各方面因素,促成了该地区 CCUS项目与碳市场的衔接。

专家建议:形成激励 抓好示范

林伯强提出对国家布局CCUS技术提出三点建议:一是加强顶层机制设计,明确技术中长期发展战略定位。将 CCUS纳入国家重大低碳技术范畴,探索设立 二氧化碳 利用技术专项扶持资金,形成政产学研各界对发展 CCUS 技术的统一愿景。抓住“十四五”规划技术播种期,将相关技术研发纳入后续国家科技计划和产业发展规划,为其提供长期稳定的支持。建设国家重大基础设施研发平台,重点开展二氧化碳强化资源开采、二氧化碳 化工利用和生物利用技术验证设施建设。重视 CCUS技术的知识产权研究和保护,设计完善的知识产权保护机制与体系,有效规避市场技术风险壁垒。制定 CCUS研发示范项目监管条例和行业规范,明确研发示范项目的责任主体和监管、审批主体,建立行业与政府之间的联合协调机制。探索不同利益相关方有效沟通交流机制,提升政府、企业、公众对CCUS 技术的认同程度。

二是出台和完善财税金融政策与市场化机制,形成明晰的激励环境。加大国家对集成示范项目的财政支持力度,配套低息和无息贷款等多方面财税激励政策。参考新能源产业的发展路径和模式,通过有力、持续的政策支持推动 CCUS 规模化部署和商业化发展。可再生能源发电技术的迅速部署和成本下降,是政府补贴的直接结果。国家对于处于早期示范发展阶段的“煤基能源+CCUS技术”可以参照可再生能源扶持政策给予适当激励,加快 CCUS技术学习进步率,进一步提升其低碳竞争力。综合利用碳金融工具,将 CCUS 纳入碳排放交易体系,进行电力、煤炭、石油、化工等行业及企业之间的二氧化碳循环利用机制研究,强化行业部门联合推进CCUS产业化。设置CCUS示范项目基金,给予使用 CCUS 技术的企业补贴电价,将配置CCUS 技术的煤电作为“绿电”给予其他低碳电力同等的市场机制及政策激励。鼓励国有企业充分发挥资本和资源的调动优势,主动探索CCUS项目发展的商业模式,牵头规划建设二氧化碳专用运输管道等基础设施,提升源汇匹配水平,促进区域多行业产业集群式发展。

三是加快技术研发和项目示范,抓住现代煤化工这一高浓度碳源的早期机遇。开展CCUS与煤基能源体系耦合的大规模示范,优化产业布局。探索设立CCUS技术专项扶持资金,将相关技术纳入科技研发的考核机制,并为使用CCUS技术的示范电厂提供补贴电价。由政府主导推进CCUS系统集成和集群化,选择资源条件良好、源汇匹配条件适宜、地方政府态度积极的地区(如陕西、内蒙古、新疆等地区)开展早期示范,形成跨行业、跨地域协同推进的格局。早期阶段应当利用煤化工产业高浓度二氧化碳 排放源的低成本捕集优势,优先采用高浓度排放源与强化石油开采相结合的方式,积极有序开展CCUS全链条集成工程示范,以进一步加快技术验证和产业培育进程。

将CCUS项目与碳市场进行衔接的尝试,可以考虑从配额分配机制上予以奖励,利用市场化手段推动其发展。

刘牧心等则建议,一是建立证书制度。建议主管部门基于现有的MRV(我国的温室气体监测、报告与核查体系),专门出台针对CCUS项目各个技术环节产生的额外碳排放的核算方法,并建立证书制度,给予通过官方备案的CCUS实施企业颁发特定的“CCUS项目减排证书”,强调该证书仅可以在碳市场中以一种功能存在,即帮助企业进行配额履约或作为CCER进行交易,企业可以自行选择或在下一个履约期前进行转换。二是建立成本补贴机制和配额拍卖补贴机制。针对统一定价的财政支持政策可能导致过度支持一些低成本的CCUS项目,从而造成公共财政资源浪费和不公平问题,建议建立成本补贴机制和配额拍卖补贴机制。

未来CCUS项目的发展路径是优先在碳捕成本较低的行业进行CCUS项目建设,随着碳价的上升和技术成熟度的提高,逐步扩大到捕集成本较高的行业。然而,碳中和目标的提出对我国所有工业行业都提出了更高的减排要求,CCUS项目发展的时间被大大压缩,全行业同时开展对CCUS项目的探索将成为趋势。因此,建议通过建立成本补贴机制,推动全行业CCUS项目发展。成本补贴机制即根据计算各CCUS项目的单位捕集成本,按照固定比例进行补贴。假设该固定比例为30%,基于天然气加工厂的CCUS项目的单位捕集成本为100元/吨二氧化碳,即补贴30元吨二氧化碳;基于燃煤电厂的CCUS项目的单位捕集成本为400元/吨二氧化碳,即补贴120元/吨二氧化碳。该机制可以一定程度上实现不同行业CCUS项目财政支持的公平性问题。

配额拍卖补贴机制是通过将碳市场中配额拍卖产生的部分财政收入,用于支持CCUS项目的建设,再结合成本补贴机制,对开展CCUS项目的企业按照一定比例进行直接补贴。配额拍卖补贴机制的原理是借鉴欧盟NER300项目,2011年欧盟通过提供3亿碳排放配额并将其投放二级市场参与买卖,最终为新能源技术与CCUS技术获取了2.1亿欧元的政策性补助。在成本补贴机制和配额拍卖机制的协同作用下,可以调动企业实施 CCUS 项目的积极性,同时可以一定程度上消除不同行业单位捕集成本差异所导致的公共资源分配不均问题,还可以丰富碳市场产品,激发碳市场活力。

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