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关于技术方面在职毕业论文范文 和CCS技术能否拯救化石能源?相关本科毕业论文范文

分类:专科论文 原创主题:技术论文 发表时间: 2024-01-17

CCS技术能否拯救化石能源?,本文是关于技术方面本科论文范文跟化石能源和拯救和技术类在职毕业论文范文.

2015年《巴黎协定》签署以来,遏制气候变暖已经成为全球大多数人的共识.但遏制气候变暖与发展经济之间始终存在矛盾,令很多国家陷入“两难境地”.

一方面,如果全世界依然大量消费廉价的煤炭,减少温室气体将是一个“不可能完成的任务”;另一方面,放弃使用煤炭,则可能意味着能源成本大幅上升,并对经济发展造成影响.如今,一项名为“CCS”(二氧化碳捕集封存)的技术有望提供一条打破僵局的新路径.全球CCS项目为何进展缓慢?

通俗而言,CCS就是在二氧化碳排放之前就对其捕捉,然后通过管线或者船舶运到封存地,最后压缩注入到地下,达到彻底减排的目的.上个世纪70年代,为了提高石油的采收率,美国得州的油田就曾将二氧化碳注入地-Fo但此后很长时间内这一技术应用寥寥.1970-2000年30年间,全球仅有4个CCS项目投用,累计捕获的二氧化碳含量仅为千万吨级水平,与全球每年化石能源超过300亿吨的二氧化碳排放相比,无疑是杯水车薪.

根据全球GCS研究院提供的数据,截止到2018年8月,全球在运行的、在建的大型CCS项目共有38个,其中在运营项目18个,每年二氧化碳捕集量仅为3200万吨;在建设项目20个,预计碳捕集量大约3000-3600万吨左右.已投产项目中,仅有两个发电厂CCS项目,累计捕集二氧化碳量为240万吨左右,与IEA可持续发展情境中2030年(3.5亿吨)及2040年目标(14.88亿吨)差距甚远.

为什么CCS项目进展如此缓慢?我认为除了政府支持力度不够外,CCS项目本身的技术条件不完全成熟,以及经济性较差,也是制约项目大规模推广应用的重要原因.以一个现电厂为例,要对二氧化碳进行捕捉,需要耗费大量能源,如果使用1980年代的碳捕捉技术,能量损耗有12%左右,会直接推高电价成本大概20%到30%.从目前来看,美国每吨二氧化碳的捕获成本大约60-90美元.以目前火电厂发一度电大约排放一公斤二氧化碳计算,预计发一度电将额外增加成本0.06-0.09美元/千瓦时,这对很多化石燃料发电厂来说肯定是难以接受的.

CCS是否多此一举?

或许有人要问,既然风电、光伏等新能源电力的成本已经大幅下降,为何不能用新能源实现对化石能源的完全替代,这样不就可以绕开费劲而又昂贵的CCS技术呢?综合各方面信息看,我认为新能源电力的发展很难完全解决碳排放问题,CCS技术在未来能源转型中是不可或缺的.

首先,新能源对化石能源的替代将是一个渐进的过程.全球电力行业排放的二氧化碳目前占全球碳排放总量的30%左右.根据BP预测,即使到2040年,全球仍然有将近50%的电力来自煤炭和天然气(占比分别达到30%和20%左右).这其中相当大比例(大约1/3)的碳排放需要被捕捉和封存,否则《巴黎协定》的升温控制目标根本无法完成.

其次,目前全球大约有1/4的二氧化碳排放来自工业领域.根据美国能源部统计,2015 -2050年间美国大约有45%的二氧化碳排放削减将发生在钢铁冶炼、化工、水泥等工业领域.这其中很多碳排放并非来自能源利用(例如水泥行业的大部分能源排放来自碳酸钙高温煅烧,冶炼钢铁的化学反应过程中也会产生大量的二氧化碳、一氧化碳和氢气).而这些领域的碳排放只能通过CCS技术进行捕集和处理,新能源电力以及其他零排放能源技术还“帮不上忙”.

第三,在未来能源转型进程中,尽管风电和光伏等新能源可能占据绝对主导地位,但由于其发电的间歇性特征,仍需要相当规模的燃气发电作为补充.这些燃气电厂同样需要搭配CCS技术才能够实现“近零排放”.根据英国能源研究中心预测,到2030年新能源电力的间歇性成本会达到10英镑/兆瓦时.如果未来的电力系统要解决可再生电力波动性问题,化石能源调峰电力加上CCS将是一个可行的解决方案,预计将会帮助英国电力系统每年节约40-80亿英镑.

综上所述,目前国际社会基本形成的共识是,CCS技术将在控制全球气候变暖方面发挥重要作用.气候变化政府间组织(IPCC)的第五版评估报告中总结,若不利用CCS技术,减排工作的成本将增加138%,而且“全球气温增幅在2摄氏度以内”的目标可能也不会实现.而根据IEA分析,为满足升温2摄氏度目标,到2050年CCS需要贡献1/6的碳排放削减,其中工业和电力领域每年需要捕集7亿吨二氧化碳,届时全球将有超过950吉瓦电厂需要安装CCS装置,总投资高达2万亿美元.CCS技术如何加快推广利用?

面对越来越严峻的气候变化问题,大规模推进CCS项目的紧迫性日益提升.石油公司在这方面扮演着重要角色.据笔者初步统计,跨国石油巨头参与的CCS项目所捕集并封存的二氧化碳至少超过1000万吨/年.全球二氧化碳利用的最大用途也是在石油工业,即通过二氧化碳驱油来提高石油采收率(每年超过6000万吨),预计占到全球二氧化碳使用量的一半以上.

近年来,石油巨头对CCS项目的关注度在明显上升.壳牌2017年年报中谈及新能源业务时,将CCS列在首位进行大篇幅论述;埃克森美孚也对CCS项目“情有独钟”;由诸多跨国石油公司成立的OGCI(石油天然气气候变化倡议组织)投资的第一个项目也与CCS相关.可见石油巨头已经普遍意识到CCS项目的重要性,预计今后很有可能会加大投资力度.

在笔者看来,由于一个CCS项目的建设需要5-8年的时间,人类要想在2030年实现CCS项目的大规模布局和商业化利用,政府、企业等各利益相关方应该及早布局,及早行动.

一是加大对CCS的政策支持力度.正如一些专家所说,“No policy,No CCS”(没有政策,就没有CCS).近年来一些国家已开始加强对CCS技术利用的政策激励.例如,美国政府的45Q为岩层储存CCS项目提供50美元/吨的税收抵免,为提高石油采收率(EOR)项目提供30美元/吨的税收抵免,优惠期限延续至2026年.美国政府这一做法无疑发挥很好的榜样作用,会进一步刺激市场主体投资CCS项目的积极性.

但在很多公用事业公司看来,推进CCS项目光靠政府税收优惠还远远不够.在碳排放的外部成本没有被明确界定之前,很多企业对CCS项目的经济性仍心存疑虑.从长期来看,全球范围内的大规模的碳税实施非常关键.根据IEA《世界能源投资报告2018》预计,对封存每吨二氧化碳只需提供每吨50美元的激励,即可能会触发全球短期内对4.5亿吨以上二氧化碳的CCS项目进行投资.而目前欧洲地区的碳价平均约18欧元/吨.在一些专家看来,碳价只有到30欧元/吨才可能推动化石能源发电向可再生电力转换.目前的碳税实施范围、碳价水平对CCS项目的激励还远远不够.

二是积极推进CCS技术创新.从目前看,全球范围内的碳捕集、利用技术、氢能技术等各类新技术研发正在踊跃推进中,很多项目已经看到曙光.例如在碳捕集技术创新上,GGR技术(Greenhouse gas removal)、“混合矩阵膜”技术等如果能够取得大的突破,将对降低CCS项目成本产生积极作用.在碳利用技术创新方面,一些公司正在试验用碳捕集机器来生产清洁烟气、脱盐卤水等.近期刚刚投用的德州“NET Power”天然气发电机试点项目,该发电机将使用高压二氧化碳作为流体来驱动燃气轮机,收集的二氧化碳可以接入管道快速运输并存储,还可以生产低成本的高压氢气.尤其是随着氢能技术的逐步成熟,CCS项目制造的氢气将在供暖、船舶运输、火车等领域得到广泛运用,那无疑会大大拓展CCS项目的发展空间.

三是着力推动CCS产业化进程.对CCS项目来说,当务之急是要走出小规模的项目实验阶段,通过实施整片的、串式的规模化布局,实现管道、存储等基础设施共享,如此才有可能更大幅度降低项目成本.这其中,寻找到合适的地质结构、有利于碳排放的地下储存库非常重要.根据英国CCS特别行动小组的研究,在东北苏格兰的Acorn项目中,作业者拟将二氧化碳埋存于北海的废弃油气田中,项目利用现有的管道和存储大约可以减少7.5亿英镑的投入;CCEP项目大约可以降低4.4亿英镑的投入(这可能意味着今后北海废弃的油气田会成为一笔战略性的资产).推进项目的批量建设、规模化布局对降低成本也至关重要.北美的Boundary Dam和Petra Nova两个CCS项目如果再建设第二套项目的话,大约可以节约成本20-30%.从上述案例可以看到,CCS要实现产业化,不仅需要企业的努力,更需要政府和企业加强顶层设计,制定清晰的CCS发展路线图,从整体上进行谋篇布局,循序渐进推进项目的实施.

四是探索建立可行的商业模式.由于大型CCS项目涉及碳捕集、运输和存储等全产业链条,需要较高的投入,也藏蕴很大的风险.如何让私人资本有意愿参与CCS项目投资?英国CCS特别行动小组曾经推荐了一种C02T&S(运输及存储)模式,在该模式下C02捕集企业独立于管道运输及存储等基础设施运营商,T&S资产运营商和其他管制行业一样收取管输及存储费用(T&S fee),费用由设施使用商共同承担.T&S基础设施可以吸引不同的投资者来参加.建议不同的国家和企业在推进CCS项目过程中也应结合自身实际,探索建立一套利益共享、风险共担的商务模式,以充分调动市场各参与方的积极性.

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参考文献:

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