CCUS突進(jìn)：第二代投資成本直線下降

譯 | 于澤偉

碳捕集利用與封存（CCUS）是破解煤電困局的良方么？加拿大薩斯喀徹溫省第二代CCUS方案表明，碳捕集項(xiàng)目相比第一代每噸二氧化碳捕集容量的投資成本可降低67%。

馬克·吐溫大概曾說過, 他的死亡傳聞早在他還沒死之前便風(fēng)行一時(shí)了。與這樣的描述如出一轍，利用化石能源的熱電廠即將壽終正寢的說法也顯得十分夸張。盡管新的環(huán)境法規(guī)將燃煤發(fā)電團(tuán)團(tuán)圍住，但恰如加拿大的薩斯喀徹溫?。ㄏ潞喎Q“薩省”）的經(jīng)驗(yàn)所顯示的，碳捕集利用與封存（CCUS）不僅擴(kuò)展了煤炭的利用范圍，而且延伸了燃煤電廠的壽命。

多年前，薩省的公用事業(yè)公司薩斯喀電力集團(tuán)開始著手改造發(fā)電廠。四年前，薩斯喀電力集團(tuán)為邊界壩-3電廠改裝碳捕集利用與封存設(shè)施（Boundary Dam 3，下簡稱“邊界壩-3項(xiàng)目”），給它賦予了新的生機(jī)。如今，由碳捕集利用與封存知識(shí)國際中心（下簡稱“知識(shí)國際中心”）實(shí)施的一項(xiàng)新的研究表明，在另一個(gè)電廠——尚德 (Shand)電廠，有望造就下一代捕集水平更高，投資成本也更低的碳捕集設(shè)施。

薩斯喀電力集團(tuán)已決定不再改造邊界壩發(fā)電站的四號(hào)和五號(hào)機(jī)組，但是由于尚德電廠的使用壽命還有二十年或更長時(shí)間，情況顯然完全不同。

“在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，我們無法預(yù)見到不用化石能源的未來?！敝R(shí)國際中心主管技術(shù)服務(wù)的考文·布魯斯認(rèn)為，“在北美，這些電廠已使用30-40年了,但我不認(rèn)為它們已經(jīng)到了生命的盡頭。這些燃煤電廠正變得像煉油廠一樣，只需要更換少量關(guān)鍵部件，它們的壽命將不可限量。許多燃煤熱電廠需要減少排放,碳捕集利用與封存是唯一的出路。”

第二代方案將使單位投資成本下降67%

負(fù)責(zé)監(jiān)管薩斯喀電力集團(tuán)的薩省環(huán)境部長達(dá)斯汀·鄧肯表示，從尚德電廠的可行性研究結(jié)果來看，改造的投資成本看起來將大幅低于邊界壩-3項(xiàng)目，這對(duì)碳捕集利用與封存技術(shù)應(yīng)用來說是積極正面的消息,其反響不僅超出薩斯喀徹溫省的范圍，而且將影響全球。

“我們都知道，在全球范圍內(nèi)，未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)使用常規(guī)的、不減排的燃煤發(fā)電方式。薩斯喀電力集團(tuán)正等待著來自碳捕集利用與封存知識(shí)國際中心更為詳細(xì)的報(bào)告，該報(bào)告將提供額外的信息供分析，研究是否需要對(duì)尚德電站或任何其它煤電機(jī)組進(jìn)行碳捕集利用與封存改造?！编嚳涎a(bǔ)充道。

在邊界壩-3碳捕集利用與封存改造項(xiàng)目投運(yùn)后不久，薩斯喀電力集團(tuán)與礦業(yè)巨搫必和必拓建立了合作關(guān)系，以支持碳捕集利用與封存項(xiàng)目的研發(fā)。必和必拓同意在五年內(nèi)出資2000萬加元，利用已掌握的邊界壩-3項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，推進(jìn)作為溫室氣體（GHG）減排工具的碳捕集利用與封存的應(yīng)用部署。創(chuàng)建碳捕集利用與封存知識(shí)國際中心正是這一合作的結(jié)果。

“對(duì)于世界各地那些謀求實(shí)現(xiàn)碳捕集利用與封存改造的方方面面，我們進(jìn)行碳捕集利用與封存的宣傳和推廣，并為其提供技術(shù)專業(yè)知識(shí)?！辈剪斔拐f,“根據(jù)公司的章程，我們是一家非營利，無黨派色彩的公司，擁有獨(dú)立的董事會(huì)，成員既包括薩斯喀電力集團(tuán)和必和必拓的代表, 也有來自全球的致力于氣候變化的獨(dú)立董事。”

在薩斯喀電力集團(tuán)的支持下，知識(shí)國際中心潛心研究，并與三菱重工（MHI）聯(lián)手，著重研究將邊界壩-3項(xiàng)目建設(shè)所掌握的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，更大規(guī)模應(yīng)用于電廠可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

邊界壩-3電廠（第一代）與尚德電廠（第二代）碳捕集設(shè)施方案的成本對(duì)比

尚德電廠碳捕集利用與封存改造項(xiàng)目可行性研究表明，尚德電站的二氧化碳（CO?）排放量不僅可以減少90%以上，而且其改造的投資成本可以比邊界壩-3項(xiàng)目的開支大幅降低。

布魯斯表示，規(guī)模很重要，當(dāng)你建造工業(yè)設(shè)施或電力設(shè)施時(shí)，設(shè)施規(guī)模越來越大的原因就在于建設(shè)規(guī)模最大化使得造價(jià)更便宜。邊界壩-3項(xiàng)目容量為15萬千瓦，而尚德電廠的裝機(jī)容量則為30萬千瓦，這是成本優(yōu)化的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)因素。

“邊界壩-3項(xiàng)目設(shè)計(jì)藍(lán)圖形成時(shí)，其功效如何，以及其可靠性如何有許多未知數(shù)。我們采納了很多靈活的多功能設(shè)計(jì)來應(yīng)對(duì)這些'未知'問題?，F(xiàn)在我們買白了哪些設(shè)計(jì)是必需的，哪些設(shè)計(jì)并非必要，這對(duì)成本優(yōu)化也十分有幫助。”布魯斯補(bǔ)充道。

按照原設(shè)計(jì)，無論碳捕集系統(tǒng)是否投入使用，邊界壩-3項(xiàng)目發(fā)電機(jī)組都滿負(fù)荷運(yùn)行，這需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行重大改造。2010年,當(dāng)時(shí)碳排放管控法規(guī)尚未出臺(tái)，所有人都不確定該管控法規(guī)可能是什么樣子。重大改造在當(dāng)時(shí)是一個(gè)好主意，且合情合理。而如今在了解了管控法規(guī)，并且獲得了設(shè)施操作的經(jīng)驗(yàn)之后，便意識(shí)到其實(shí)許多的功能都是不必要的。

布魯斯認(rèn)為：“我們研究尚德電站并且斷定，在這個(gè)發(fā)電廠我們能做到把碳捕集利用與封存改造的范圍壓縮到最低限，以實(shí)現(xiàn)效益最大化?！?/p>

簡而言之，碳捕集利用與封存的工作原理并不復(fù)雜。首先，將煙囪中排出的煙道氣冷卻并噴淋胺液，胺液吸收二氧化碳?xì)怏w；其次，從汽輪機(jī)取熱并將胺液加熱，純的二氧化碳從液體中冒泡并分離。不含二氧化碳的胺液回收，用以從煙氣中繼續(xù)捕集二氧化碳；最后，純的二氧化碳經(jīng)過壓縮、脫水進(jìn)入輸出管道。

工程師們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電廠以62%的容量運(yùn)行時(shí)，可以捕獲97%的二氧化碳。當(dāng)可再生能源，特別是風(fēng)能，開始發(fā)電上網(wǎng)并形成部分電力容量時(shí)，煤電廠可能會(huì)低容量運(yùn)行。隨著尚德電廠燃煤發(fā)電出力降低，碳捕集系統(tǒng)仍繼續(xù)高效率運(yùn)行，從煙氣中脫碳。

布魯斯特別指出，即使以90%捕集率為設(shè)計(jì)工況，配備碳捕集利用與封存系統(tǒng)的煤電也比使用天然氣發(fā)電清潔多了。而就知識(shí)國際中心的任務(wù)而言，這項(xiàng)可行性研究的推廣效應(yīng)“巨大”。

“通過發(fā)布這項(xiàng)可行性研究結(jié)果，我們已經(jīng)展示了該方案可以節(jié)約大量成本，這有助于我們與那些致力于開發(fā)碳捕集利用與封存并應(yīng)用于其它工業(yè)排放源（如垃圾處理發(fā)電廠、水泥廠和鋼鐵廠）的先驅(qū)者們進(jìn)行交流溝通。” 布魯斯說，“該煙氣處理工藝對(duì)那些工業(yè)設(shè)施也具有良好的適用性。我們正在與世界各地的人們就未來的碳捕集利用與封存項(xiàng)目進(jìn)行合作?！?/p>

碳捕集利用與封存的效益還有更多，燃煤電廠粉煤灰銷售便是其中之一。粉煤灰是混凝土行業(yè)的替代材料或輔料，混凝土是高排放產(chǎn)品，如果把替代水泥的溫室氣體減排潛力包含在內(nèi)，那么基本上就可以達(dá)到二氧化碳凈零排放。

在尚德電廠，可以銷往混凝土市場(chǎng)（視需求而定）的粉煤灰每年高達(dá)140000噸，可用以抵消混凝土生產(chǎn)過程中的相應(yīng)排放量。這一銷量有望每年凈減排125000噸二氧化碳當(dāng)量，使之成為二氧化碳排放凈負(fù)值的電廠。

現(xiàn)階段薩省能源最好的出路

事實(shí)上，尚德電廠碳捕集利用與封存可行性研究僅僅是第一步，在電站安裝的碳捕集利用與封存系統(tǒng)是否為經(jīng)濟(jì)可行的選擇呢？

尚德電廠碳捕集利用與封存項(xiàng)目設(shè)計(jì)的額定捕集能力為每年200萬噸二氧化碳，為邊界壩-3項(xiàng)目原設(shè)計(jì)額定捕集容量的兩倍。尚德電廠（碳捕集利用與封存項(xiàng)目）可行性研究表明，與邊界壩-3項(xiàng)目相比，尚德電站的碳捕集項(xiàng)目顯示每噸二氧化碳（CO?）捕集容量的投資成本可降低67%，與電廠一體化集成的投資成本可節(jié)省92%。根據(jù)該模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，二氧化碳捕集的平準(zhǔn)化成本預(yù)計(jì)為45美元/噸。

鄧肯指出，成本是一個(gè)重要考量因素。但是薩斯喀電力集團(tuán)需要就尚德電廠或任何其它發(fā)電廠的未來作出決策，還必須考慮到其它因素。

下一代碳捕集利用與封存項(xiàng)目相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，天然氣等替代能源的市場(chǎng)行情，甚至二氧化碳銷售前景等市場(chǎng)行情，都將成為決策時(shí)要考量的因素。

“目前，邊界壩-3項(xiàng)目設(shè)施生產(chǎn)的二氧化碳用于提高石油采收率，這是碳捕集利用與封存項(xiàng)目商業(yè)模式的一部分。我們需要確定二氧化碳的需求量有多少，因?yàn)檫@將構(gòu)成全面分析的一部分，分析的結(jié)果將影響尚德電廠或任何其它電廠碳捕集利用與封存改造項(xiàng)目上馬與否?！编嚳涎a(bǔ)充道。

作為薩斯喀電力集團(tuán)電力資產(chǎn)陣容中最新的機(jī)組，其裝機(jī)容量較大，達(dá)到30萬千瓦，該研究是為尚德電廠而量身準(zhǔn)備的。從效益的角度看，選擇研究較大的機(jī)組合情合理?！?/p>

此外，還有兩個(gè)原因。一個(gè)是尚德電站原地面設(shè)計(jì)要容納兩個(gè)30萬千瓦的機(jī)組，但只建成了一個(gè)。這也就避免了邊界壩電站地面空間擁擠的問題，尚德電站有足夠大的可用地面積，這無疑降低了投資成本。

另一個(gè)則是根據(jù)聯(lián)邦新的法規(guī)，燃煤發(fā)電機(jī)組必須于服役期滿或于2030年，無論哪個(gè)期限在先，即行關(guān)閉。對(duì)于薩斯喀電力集團(tuán)來說，除了尚德電廠之外，其所有其它機(jī)組的退役日期都在2030年之前，尚德電廠的退役期限為2042年，而根據(jù)新規(guī)定，在2030年之前如果沒有安裝碳捕集利用與封存系統(tǒng)就必須要關(guān)閉。

對(duì)薩斯喀電力集團(tuán)以及薩斯喀徹溫省的所有納稅人，暨這家公司的擁有者們來說，根據(jù)管控法規(guī)，如果沒有安裝碳捕集利用與封存系統(tǒng)，那么為之付出并已付清了代價(jià)的尚德電廠所剩余12年的使用價(jià)值化為烏有。而優(yōu)化尚德電廠的使用壽命周期，唯一的出路就是根據(jù)法規(guī)實(shí)施碳捕集利用與封存改造。

鄧肯認(rèn)為，新的報(bào)告一定要提供更為具體的成本估算，這將有助于比較尚德電站碳捕集利用與封存改造項(xiàng)目上馬相對(duì)于其它選項(xiàng)有無優(yōu)勢(shì)。薩斯喀電力集團(tuán)必須在2024年之前作出決策，以便在2029年---即預(yù)期的2030年關(guān)閉期限的前一年，完成碳捕集利用與封存改造。薩斯喀電力集團(tuán)仍在考慮解決其余煤電資產(chǎn)的下一步舉措。

“沒有多少時(shí)間了。薩斯喀電力集團(tuán)和薩省政府都將共同面對(duì)這樣的難題：天然氣是否真的是基荷電力的替代能源？再過五年，天然氣的價(jià)格幾何？而通過知識(shí)國際中心正在開展的新任務(wù)，我們不僅會(huì)對(duì)投資成本和運(yùn)營成本有更可靠的把握。而且在下一個(gè)十年里，我們肯定會(huì)對(duì)可再生能源利用前景，以及天然氣發(fā)電成本有更清晰的預(yù)期?！编嚳涎a(bǔ)充道。