中国人口・资源与环境2012年第22卷第4期aⅢ峨POI刑IATION。砒强阻】Ra瞎ANDENVIRONMENTV01.22No.42012发达国家碳捕集、利用与封存技术及其启示仲平彭斯震张九天贾莉(中国21世纪议程管理中心,北京100038)摘要碳捕集、利用与封存{CCUS)被认为是进行温室气体深度减排最重要的技术路径之一。文章总结了当前欧美等发达国家CCUS技术发展特点。包括加强国家层面技术的指导和宏观协调;加大投入以引导私有投资开展全流程CCUS项目示范:建立跨行照、跨领域的CCUS合作平台.加速技术成果的转化和知识、经验的共事;重视法律法规、管理制度和规范、技术标准、公众接受度等技术应用“软环境”的建设等。通过对比中国CCUS技术发展现状,指出我国存在的主要不足,并提出应加强国家层面的技术指导和宏观协调。推动建设行业闯技术合作平台.适时启动全流程示范项目计划。重视技术应用软环境建设和加强国际台作等有针对性的建议。关键词碳捕集与封存(CCS);碳捕集、利用与封存(CCUS);减缓;气候变化;技术中图分类号1"206文献标识码A文章编号1002—2104(2012)04一0025一雌doi:10.3969/j.ism.1002—2104.2012.04.005在全球共同应对气候变化的背景下,碳捕集与封存也无法从根本上解决上述问题,只能一方面加强技术研发(CarbonCaptureandStorage,简称CCS)被看作一种重要的和示范以提高技术本身的成熟度,同时通过建立CO:排放温室气体减排方案¨-2]。CCS技术受到广泛关注,在未来定价等机制,提高CCS技术的经济性。2010年底在墨西的大规模应用将基于两个重要前提。一是气候变化是真哥坎昆召开的联合国气候变化框架公约第十六次缔约方实的,其后果严峻"。51;二是全球在未来较长时间内还需会议(COPl6/CMP6)上,通过了将CCS纳入清洁发展机制依赖化石燃料作为主要的能源供给∞“’。据此IEA预测,(CDM)的初步决定(7/CMP.6号决定)¨“。尽管决定规若实现2050年全球温室气体排放相比2005年减少50%,定了CCS活动在正式作为CDM项目开发前,仍需妥善解CCS将承担约20%的减排任务,到2020年需在全球建100决包括选址标准、长期安全和风险控制等一系列技术问个CCS项目,到2050年建成3000个;而若不采用CCS,实题,但首次为CCS明确了CDM这一非常重要的融资渠道,现这一目标的总成本将增加70%【2o。随着气候变化国际有可能推动全球CCS技术进入加速发展的阶段。谈判的逐步深入,世界各国将面临更加严格的碳排放约束,可能形成全球性的CCS产业,掌握CCS技术的发达国2主要发达国家CCS技术发展部署家将通过输出技术在CCS产业中占据竞争优势。为掌握未来CCS技术优势,美国、欧盟、澳大利哑、加1CCS技术存在的问题拿大、日本等发达国家都投入大量资金开展CCS的研发和示范活动,并制定相应法规、积极推动CCS的发作为一项具有战略意义的新兴温室气体控制技术,展,试图尽早掌握该技术,以实现在控制本国排放和全球CCS技术总体上尚处于研发和示范阶段,目前仍存在许多CCS产业竞争中占得先机。国际金融危机爆发以来,美欧制约其发展的突出问题¨。1引,主要包括:能耗高、成本高、等发达国家不仅没有削减、反而加强了对CCS研发和示可持续发展效益不显著、长期封存的安全性和可靠性存在范的支持,围绕CCS的部署呈现出以下几个特点:一定风险等。在目前的技术水平下,即使通过大规模应用(1)通过颁布CCS技术发展路线图或相关战略规划,收稿日期:201l一12一ll作者简介:仲平,助理研究员,主要研究方向为环境与气候变化、科技管理等。通讯作者:张九天,博士,副研究员,主要研究方向为应对气候变化战略与科技管理。基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重大项目“我国应对全球环境变化的科技战略研究专题”(编号:2007BAC03A12—5);“应对气候变化国家评估报告”编写专题(编号:2007BAC03A12—6)。・25・万方数据辔明确近、中、远期技术方向和研发重点,设立跨部门的协调工作机制等措施加强国家层面技术的指导和宏观协调。近年来,美国、欧盟、加拿大、英国、日本、澳大利亚等均制定和颁布了国家或区域层面的CCS技术发展路线图,在各自温室气体控制目标下,一方面明确各国未来20—50年CCS技术发展方向、重点和关键环节,引导各种渠道资源有效配置;另一方面从系统层面安排部署重大项目研发和示范计划,确保资源的有效使用11“。在设立跨部门协调机制方面,美国的动向值得关注。2010年2月,奥巴马总统以备忘录形式要求美国、能源部、环保署、财政部、科技办公室等14个联邦部门或机构建立CCS部际工作组,要求该部际工作组确保到2016年美国有至少10个CCS商业化示范项目运行,在lO年内使CCS在经济上可行【1“。特别工作组由能源部和环保署共同牵头,将在联邦层面制定一个全面协调的CCS商业化发展战略。(2)进一步加大投入,引导私有投资加速开展全流程CCS项目示范,将推动CCS技术商业化作为应对金融危机、促进国内经济复苏的手段。为推动CCS技术的研发和示范,美国于2006年启动了“未来发电计划(FutureGen)”,欧盟2005年提出并于2007年正式启动了“CCS旗舰计划(FlagshipProgram)”,但因资金、技术和等各方面原因一直进展缓慢。金融危机爆发后,美、欧在其经济复苏计划中大打CCS牌,作为促进其经济复苏和抢占低碳技术制高点的有效手段。2009年初通过的《美国复苏与再投资法案》中有34亿美元拨款与CCS相关,其中18亿美元直接用于支持包括“未来发电2.0计划(FutureGen2.0)”在内的CCS示范项目。2009年底,“欧洲能源复兴计划”批准了首批6个全流程CCS示范项目,资助共计10亿欧元,占到整个欧洲能源复兴计划资金总额的四分之一¨6|。这些资金的投入,一方面将吸引大量的私人投资,刺激短期国内经济的复苏;另一方面将极大地推进CCS技术示范和商业化,在确立自身CCS技术领域领先和优势地位的同时,创造新的低碳经济增长点。(3)通过建立跨行业、跨领域的CCS合作平台,加速技术成果的转化、加强知识与经验共享、推进CCS技术商业化应用。CCS技术的发展需要原本属于不同行业技术问的系统集成和优化,并开展跨行业的全流程示范。为推动CCS技术的发展和商业化,欧盟、美国、澳大利亚、日本等均建立了跨行业、跨领域的合作平台,在加速技术研发、开展工程示范、促进经验共享等方面取得了良好的效果。CCS合作平台的形式多样,比如美国建立了包括美国43个州、加拿大4个省共350多个组织的7个区域性碳封存・26・万方数据中国人口・资源与环境2012年第4期合作倡议;日本则建立了由发电、石油、工程等行业共37家公司联合成立的日本碳捕集与封存有限公司,作为推动CCS发展的执行实体。比较有代表性的是欧盟“零排放合作平台”,该平台于2005年由欧盟委员会与几十家欧洲能源企业、菲组织、研究机构、学界和金融机构共同建立,旨在推动欧盟范围内CCS的大规模实施,确保在2015年前启动10一12个全流程的CCS示范项目…1。零排放合作平台成立了指导委员会,建立了技术研发、项目示范、法规、公众宣传四个工作组,从咨询和建议、技术研发与工程示范、经验共享、CCS法律规范体系建设、公众宣传等方面开展工作,已成为欧盟推动CCS技术研发和商、止化的主要平台。2010年9月,欧盟委员会又推出全球首个CCS示范项目网络平台——“CCS项目网络”,要求获欧洲能源复兴计划资助的6个CCS项目通过该网络平台共享知识成果和示范经验¨“。(4)开展CCS“硬技术”研发和示范的同时,重视技术标准、管理制度和规范、法律法规、公众接受度等技术应用“软环境”的建设。CCS技术应用涉及多个环节,其推广和应用需要健全的国内法律法规体系给予支撑。为此,欧美等发达国家均积极推动其国内和管理框架的建立和完善,并在加强公众宣传,提高公众接受度方面开展了大量工作。欧盟于2009年4月制定了CO:地质封存指令(Directive2009/3I/EC),详细规定j’封存场地选址、封存许可证发放、CO:监测、封存场地运营和责任、信息公开、新建电厂必须预留捕集场地等的具体要求,以及对现有各相关指令的修订,建立起在欧盟内开展CO:地质封存的法律和管理框架。澳大利亚推出了一系列与法律来支持CCS的部署,包括推出《CCS监管指导原则》、《修订海洋石油法》等。美国则通过环保署、交通部等职能部门和各州,积极建立相关的规章和法律框架,目前已完成对《清洁空气法案》、《安全饮用水法案》等的修订,初步建立了开展CO,地质封存的具体规章∽“1’悖]。3中国碳捕集、利用与封存(CCUS)技术与CCS相比,中国更重视CO:资源化利用技术的研发,将CO:捕集、利用与封存(CCUS)视为一个技术系统部署相关研发活动。国家《中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》在先进能源技术重点研究领域提出了“开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术”;《中国应对气候变化科技专项行动》明确将CCUS技术开发作为控制温室气体排放和减缓气候变化的重要任务。尽管起步较晚,中国CCUS技术发展在近些年取得了长足进步,成功的开展了工业级的CO:捕集示范,仲平等:发达国家碳捕集、利用与封存技术及其启示并在CO:利用等技术环节形成了有自主知识产权的技术,形成了自身的技术特点。当前,中国CCUS技术研发活动主要在两个层面分别由和企业主导开展。主导的研发活动主要由国家科技部等部门部署。在国家有关科技计划的部署以及相关国际科技合作项目的支持下,国内有关高校、研究院所、企业围绕CCUS开展了理论研究、技术研发和一些中小规模工程示范。战略研究方面,“十五”、“十一五”期间先后组织开展了CCUS技术长期减排潜力、CCUS技术发展规划等战略研究。基础研究方面,国家基础研究计划(973计划)在“十一五”期间部署了“温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存”项目,针对我国油田特点研究使用CO:提高石油采收率(EOR)的理论和相关技术。在技术研发与示范方面,国家高技术发展计划(863计划)在“十一五”期间安排重点项目围绕CO:矿化、微藻固定CO:制备生物柴油、基于IGCC的CO,捕集、利用与封存等技术的研发与示范进行部署;国家科技支撑计划围绕高炉炼铁CO:减排与利用、煤制油高浓度CO:捕集与地质封存、富氧燃烧CO:捕集等组织关键技术、装备研发与示范在“十二五”先期启动了相关的项目。国际合作方面,中国积极参与碳收集领导人论坛(CSLF)、清洁能源级会议等多边框架合作,并组织国内研究机构和企业开展了中美清洁能源中心、中欧煤炭利用近零排放合作(NZEC)项目、中欧碳捕集与封存(COACH)项目、中意CCS技术合作项目、中澳CO:地质封存项目(CAGS)等一系列合作。此外,国家、国土资源部、中科院等部门,以及广东等省市地方也通过各自渠道部署和开展了一些CCUS相关的战略研究和研发活动。企业层面自主开展的研发与示范活动主要围绕CO:的资源化利用等方面。2010年,中电投在重庆建成了规模为1万L/年的C02捕集示范装置;华能集团2008年和000t和12万t的燃煤发电捕集工程示范;中石油在吉林油田开展CO:驱油与封存先导试验,已累积注入CO:超过12万t;中石化于2010年建成了3万t规模的燃煤电厂000t。相比欧美等发达国家CCUS技术和发展部署,我万方数据规模全流程的CCUS示范项目计划和部署;三是研发和示范活动多为单个企业主导,尚缺乏跨行业的合作平台;四是现有工作多侧重CCUS“硬技术”的研发,对法律法规、管理制度与规范、技术标准、公众接受度等技术应用与推广的“环境”建设关注不够。为进一步推动我国CCUS技术发展,本研究提出以下建议:(1)加强国家层面对CCUS技术发展的指导和宏观协调,引导资源有效配置。应组织编制并尽快发布我国CCUS技术发展路线图,明确中国发展CCUS技术的战略定位、发展目标、重点研究方向和重点任务。一方面明确未来CCUS技术发展重点和关键环节,引导资源有效配置;另一方面从系统层面安排部署重大项目计划,确保资源的有效使用。(2)加快推进跨行业的CCUS技术合作平台建设,促进行业间技术集成和全流程示范项目开展。2010年下半年以来,国内电力、石油行业相关企业和有关科研院已开始酝酿成立“中国CCUS产业技术创新战略联盟”,该联盟成立后将成为行业间、领域间技术集成和全流程CCUS示范工作的平台。应推动该联盟尽快成立,相关科技资源也可考虑向联盟倾斜,加强我国CCUS技术的跨领域合作与集成创新。(3)系统部署“十二五”期间的CCUS技术集成与示范,适时启动全流程示范项目计划。应在“十二五”期间加大对CCUS技术研发与示范,尤其是全流程示范的支持。围绕不同的捕集和封存技术路线,以及CO:驱油、CO:驱深层煤层气、CO:化学合成与利用、低成本低能耗动全流程CCUS工业级示范项目。(4)加强“环境”建设研究和能力建设。围绕(5)加强CCUS领域国际科技交流与合作,服务国内(编辑:王爱萍)SpecialReportonCarbonDioxideCaptureandStorage[M].Cambridge:CambridgeUniversityPress,2005.CaptureandStorage:ProgressandNextSteps(IEA/CSLFReporttotheMuskoka2010G8Summit)[R/OL].IEA,2010,www.1ea.org/papers/2010/ees_98.pdf.2010—11—05.Change2007:ThePhysicalScienceBasis[M].Cambridge:CambridgeUniversityPress,2007:66—80。86.・27・2010年先后在北京和上海建成了年CO:捕集能力为3捕集系统等创新型捕集与利用技术进行系统部署,适时启CO:捕集运输技术标准、封存场地选址与安全评估标准、CCUS审批监管体系等加强研究,为CCUS技术示范与未来推广奠定基础。研发与示范。有针对性、务实地推进现有CCUS领域双边和多边合作,鼓励示范项目企业间的经验交流,充分利用国际资源和经验服务国内研发与示范。参考文献(References)捕集与EOR示范;江苏中科金龙公司建成了以CO:为原料的化工合成生产线,年利用CO:约84进一步推动我国CCUS技术发展的建议国尚存在以下四点不足:一是目前我国CCUS相关技术仅是关于该技术重要性的指导性表述,尚缺乏可以指导国内近、中、远期CCUS技术发展的系统性科技;二是现有研发和示范项目多聚焦单一技术环节,尚无明确的大[1]IPCC.IPCC[2]IEA.Carbon【3]IPCC.Climate中国人口・资源与环境2012年第4期Climate[4]IPCC.ClimateChange2007:SynthesisReport[M].Geneva,Q&A[Z].Beijing:TheGroup,2010.]Switzerland:IPCC.2007:1—22。44—54.[12]沈平平,江怀有.温摩气体提高采收率的资源化利用及地下封存[c].中国工程科学,2009,lI(5),54—59.[ShenJiangHuaiyou.UtilizationofC02to[5]气候变化国家评估报告编写委员会.气候变化国家评估报告【M].北京:科学出版社,2007.[6]IEA.World[7]BP.BPEnergyOutlookPingping,EnhanceOilRecoveryand2010[R].Paris:IEA,2010.Storage[J].Chinese59.]EngineeringScience,2009,ll(5):54—EnergyOutlook2030[z].London:BP。2011.[8]陈文颖,吴宗鑫,王伟中.C02收集封存战略及其对我国远期减缓C02排放的潜在作用[J].环境科学,2007,28(6):1178—1182.[ChenWenying,WuZongxin,WangWeizhong.C02andStorageDevelopmentStrategyandCaptureto[13]UNFCCC.Decision7/CMP.6[Z].Cancun:UNFCCC,2010.[14]NETL.CarbonPlan[R].US[15]BaraekFederalSequestrafionTechnologyRoadmapandProgramDOE,2007.Memorandum:AComprehensivekng—termImplicationObama.PresidentialMitigationinChina[J].EnvironmentalScience,2007,28(6):StrategyOnCarbonCaptureandStorage[z].Washington1178—1182.][9]邹乐乐,张九天。魏一鸣.二氧化碳封存技术相关国际法规与的回顾与分析[J].中国能源,2010,32(4):15一18.[Zoukle。ZhangJiutian。WeiInternationalRegulationsandYiming.PoliciesReviewonD.C.:The[16]EuropeanEconomicWhiteHouse,2010.of15EnergyCommission.ListProjectsforEuropeanRecovery[EB/OL].Brussels:EC.2010—05一10.andAnalysisofhttp://europa.eu/.CCSTechnology[J].[17]ZEP.EuropeanZeroEmissionPlatformWebsite[EB/OL].2011—EnergyandEnvironment,2010,32(4):15一18.]0r7—04.http://www.zeroemissionsplafform.eu/.【10]气候组织.CCS在中国:现状、挑战和机遇[z].北京:气候组织,2010.[TheClimateGroup.CCSinChina:TowardsMarket[18]TheEuropeanCCSDemonstrationProjectNetwork,OfficialWebsitel—cr7—04.http://www.ecsnetwork.eu/.[EB/OL].201[19]EC.DirectiveTransformation[Z].Beijing:TheClimateGroup,2010.][11]气候组织.CCUS在中国:18个热点问题[z】.北京:气候组织,201oftheEuropeanParliamentandoftheCouncilontheGeological2008.StorageofCarbonDioxide[z].EuropeanCommission,1.[TheClimateGroup.CarbonCaptureandStorageinChina:CarbonCaptureUtilizationandStorageTechnologyDevelopmentinDevelopedCountriesandInspirationstoChinaZHONGP流gPENGsi—zhenZHANGJiu—tianJIALi(TheAdministrativeCentreforChina’SAgenda21,Beijing100038,China)Abstractuse.TheCarboncapture.utilizationandstorage(CCUS)technologyhasbeenexpectedtorealizethenearpaperzeroemissionoffossilfuelcountries,includingsummarizesthecharacteristicsofCCUStechnologydevelopmentinadvanceddevelopedonstrengtheningoverallcoordinationandpolicyguidanceatnationallevel,leveragingprivatefinancedemonstrationbyinvestinggovernmentintegratedlargescaleCCUSfund,establishingCroSS—sectorplatform,expeditingtechnicalOilcooperationandknowledgesharing,establishingsoftenvironmentoftechnologicalapplicationlegalandregulatoryframework,administrativestructure,technicalstandards,etc..ThepaperidentifiesthemainshoRcomingsofCCUSinChinaandputsforward80mesuggestions:todeveloponnationalpolicytoguideandcoordinatethedevelopmentofCCUStechnology;topromoteinter-sectorcooperationCCUStechnologyR&DbyestablishingCress.sectorcooperationonplatform;todevelopfull—chainlargescaledemonstration;toundemcoretheimportanceofresearchnon-technicalissuesandlasflytostrengtheninternationaltechnicalcooperationandknowledgesharing.Keywordscarboncaptureandstorage(CCS);carboncapture,utilizationandstorage(CCUS);C02mitigationtechnology;climatechange;technologyroadmap・28・万方数据发达国家碳捕集、利用与封存技术及其启示
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
仲平, 彭斯震, 张九天, 贾莉, ZHONG Ping, PENG Si-zhen, ZHANG Jiu-tian, JIA Li中国21世纪议程管理中心,北京,100038中国人口·资源与环境
China Population Resources and Environment2012,22(4)
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