我國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展研究

張賢，李陽，馬喬，劉玲娜

（1. 中國21世紀(jì)議程管理中心，北京 100038；2. 中國石油化工股份有限公司，北京 100728；3.燃煤污染物減排國家工程實驗室，山東濟南 250100；4.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）經(jīng)濟管理學(xué)院，北京 100083）

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地加以利用或封存（見圖1），最終實現(xiàn)CO2減排的技術(shù)手段，是我國實現(xiàn)碳達峰、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)不僅可以實現(xiàn)化石能源利用近零排放，促進鋼鐵、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、最終實現(xiàn)碳中和目標(biāo)等方面具有重要意義。

圖1 CCUS技術(shù)示意圖

近年來，我國高度重視CCUS技術(shù)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)成熟度快速提高，系列示范項目落地運行，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。與此同時，CCUS技術(shù)的內(nèi)涵和外延進一步豐富和拓展?！?“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》明確將CCUS技術(shù)作為重大示范項目進行引導(dǎo)支持，未來CCUS技術(shù)在我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)、保障國家能源安全、促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、推進生態(tài)文明建設(shè)的過程中將會發(fā)揮更為重要的作用。

《中國碳捕集利用與封存技術(shù)發(fā)展路線圖》《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》對我國CCUS技術(shù)現(xiàn)狀進行了總結(jié)與梳理，提出了政策建議與發(fā)展路徑[1~3]?！兜谌螝夂蜃兓瘒以u估報告》《中國二氧化碳利用技術(shù)評估報告》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[4]。國際能源署、政府間氣候變化專門委員會（IPCC）對CCUS在全球范圍內(nèi)的減排潛力進行了評估，2070年全球要實現(xiàn)近零排放，CCUS技術(shù)累積減排約15%的排放量 [5]；2100年要實現(xiàn)1.5℃溫升控制目標(biāo)，全球CCUS 累積減排 5.5×1011~1.017×1012t CO2[6]。在碳中和情景下，2060年我國CCUS捕集量可達約1.6×109t CO2[7]。

近期，全球CCUS研究院對世界CCUS設(shè)施現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行了梳理[8,9]，國內(nèi)部分示范工程被納入其中；但有關(guān)我國CCUS技術(shù)示范的整體情況仍待全面梳理。針對于此，本文對截至2021 年7月我國已投運和建設(shè)中的CCUS示范項目進行系統(tǒng)調(diào)研，立足經(jīng)濟社會發(fā)展的基本國情和應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略需求，總結(jié)我國CCUS技術(shù)水平、示范工程進展、成本效益現(xiàn)狀、減排潛力態(tài)勢；進一步開展中外CCUS技術(shù)發(fā)展比較分析，評價我國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)展的對策建議。

二、我國CCUS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

“十一五”時期以來，國家自然科學(xué)基金、973計劃、863計劃、國家重點研發(fā)計劃等科技計劃持續(xù)支持CCUS技術(shù)研發(fā)，通過加強基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、項目集成示范，CO2捕集、運輸、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、運輸、化工利用、強化深部咸水開采與封存、集成優(yōu)化類的技術(shù)近十年來發(fā)展迅速。與國際對比分析表明（見圖2），我國CCUS技術(shù)與國際先進水平整體相當(dāng)，但捕集、運輸、封存環(huán)節(jié)的個別關(guān)鍵技術(shù)及商業(yè)化集成水平有所滯后。

圖2 國內(nèi)外CCUS各環(huán)節(jié)主要技術(shù)的發(fā)展水平 [2]

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，我國第一代捕集技術(shù)研究取得了顯著進展，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；第二代捕集技術(shù)處于實驗室研發(fā)或小試階段①第一代捕集技術(shù)是已經(jīng)能夠進行大規(guī)模示范的技術(shù)，如胺基吸收劑、常壓富氧燃燒等；第二代技術(shù)在技術(shù)成熟后能耗與成本可比第一代技術(shù)降低30%以上，如新型膜分離、新型吸附、增壓富氧燃燒、化學(xué)鏈燃燒等。。我國燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟，整體上處于工業(yè)示范階段，與國際先進水平同步；燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，相比國際先進水平發(fā)展有所滯后，特別是對于目前CO2捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法，國際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段，我國仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國內(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。

運輸指將捕集的CO2運送到可利用或封存場地的過程，主要包括罐車、船舶、管道運輸?shù)确绞?。通常小?guī)模和短距離運輸考慮選用罐車，長距離規(guī)?；\輸或CCUS產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)先考慮管道運輸。在我國，罐車和船舶運輸技術(shù)都已開展商業(yè)應(yīng)用，與國際先進水平同步，而輸送潛力最大的管道運輸技術(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)價值的產(chǎn)品并實現(xiàn)減排的過程。國內(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，各項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進行地質(zhì)利用或注入深部地質(zhì)儲層，實現(xiàn)與大氣長期隔絕的技術(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，國內(nèi)外各項技術(shù)發(fā)展水平參差不齊。從全球范圍看，強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)濟效益較好的CO2強化采油技術(shù)（CO2-EOR）在我國仍處于工業(yè)示范階段，相比進入商業(yè)化應(yīng)用階段的國際水平差距明顯。

在CCUS集成優(yōu)化技術(shù)方面，近十年我國取得了較大的進步。國外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CCUS集成耦合與優(yōu)化技術(shù)研究， 制約了我國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目的缺失又進一步限制了集成優(yōu)化技術(shù)的提升。

三、我國CCUS技術(shù)的示范工程進展

根據(jù)科學(xué)技術(shù)部向全國征集CCUS示范項目的統(tǒng)計結(jié)果，自2004年我國第一個CCUS示范項目在山西投運以來，已投運和建設(shè)中的CCUS示范項目共有49個，集中在華東和華北地區(qū)；已建成的38個CCUS示范項目，累計注入封存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目的占比分別為39%（15個）、24%（9個）、37%（14個）。在15個捕集類示范項目中，中低濃度排放源CO2捕集項目有14個，高濃度排放源捕集項目僅有1個。

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個捕集類項目中，11個來自電力行業(yè)，3個來自水泥行業(yè)，1個來自煤化工行業(yè)（見圖3）。地質(zhì)利用與封存技術(shù)的驅(qū)油類項目通常與化工行業(yè)結(jié)合，13個項目中有5個來自煤化工行業(yè)，2個來自石油化工。鋼鐵行業(yè)的CCUS示范項目處于起步階段，2020年在西昌投運的CO2礦化脫硫渣關(guān)鍵技術(shù)與萬噸級工業(yè)試驗項目對鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣進行捕集并礦化利用。

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

從整體規(guī)?？矗m然目前已投運項目規(guī)模普遍較小，但是我國正在規(guī)劃的項目規(guī)模逐漸增大。在已投運的CCUS示范項目中，29個在10萬噸級及以下，僅有中國石油化工集團有限公司中原石油勘探局的CO2埋存驅(qū)油、中國石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司的CO2-EOR兩個示范項目在50萬噸級及以上，尚無百萬噸級項目。2021年7月，中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司的CCUS全流程示范項目啟動建設(shè)，預(yù)計2021年年底投運，將成為我國首個年捕集封存CO2百萬噸以上項目；國家能源投資集團有限責(zé)任公司泰州發(fā)電有限公司的50萬噸級碳捕集與資源化利用項目、新疆哈密百萬噸級CO2捕集與驅(qū)油項目處于籌備建設(shè)階段。值得指出的是，部分項目建成后并未持續(xù)投入運行， 而是處于停運或間歇運行的狀態(tài)。目前CCUS示范項目成本高、收益低，有能力維持運營的項目主要來自大型國有企業(yè)或少數(shù)幾個擁有相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的大型企業(yè)。

目前，全球CCUS項目發(fā)展迅速，截至2021 年9月規(guī)劃、在建和運行中的商業(yè)化CCUS設(shè)施的數(shù)量達到135個，比2020年增加一倍以上，全部建成后每年可捕集CO2約1.5×108t [9]。相關(guān)設(shè)施的單體捕集量呈現(xiàn)增加趨勢，數(shù)個項目超過百萬噸級；CCUS的產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展趨勢明顯，促進了項目成本降低。與國際先進水平相比，我國CCUS技術(shù)在大規(guī)模示范項目的整體規(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)化示范項目較少。全球處于建設(shè)階段或運行階段的大規(guī)模CCUS項目共有31個，分布在美國（13個）、中國（5個）、加拿大（4個）、歐洲（4個）、中東（3個）、澳大利亞（1個）、巴西（1個）[9]；2021年新建了多個千萬噸級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CCUS工業(yè)碳源并在墨西哥灣近海地層每年封存1×108t CO2[9]；處于開發(fā)后期或運行中的CCUS產(chǎn)業(yè)集群數(shù)量達到24個，分布在美國（6個）、英國（6個）、荷蘭（4個）、希臘（1個）、挪威（1個）、丹麥（1個）、加拿大（1個）、中國（1個）、中東（1個）、澳大利亞（1個）、巴西（1個）[9]。CCUS產(chǎn)業(yè)集群體現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，通過提高壓縮、脫水、管道和封存規(guī)模來大幅降低碳減排的單位成本。我國新疆CCUS產(chǎn)業(yè)中心計劃建設(shè)規(guī)模為2×105~3×106t CO2/a [8]。

二是尚未開展百萬噸級全流程集成示范。目前，國內(nèi)多數(shù)項目都是針對CCUS單一技術(shù)環(huán)節(jié)，與擁有多個全流程CCUS技術(shù)示范項目經(jīng)驗的發(fā)達國家相比差距明顯。截至2021年10月，美國在建和運行中的百萬噸級以上的商業(yè)化全流程集成運營設(shè)施有5個，加拿大有3個[9]；美國、英國、荷蘭、挪威、阿聯(lián)酋等國家建設(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。我國目前還沒有海底封存示范項目運行和建設(shè)。截至2021年，挪威、美國、巴西、日本等國家都已開展不同規(guī)模的離岸封存示范項目，全球海底封存量累計超過了2.5×107t CO2[9]；挪威政府近期批準(zhǔn)的長船項目，將從垃圾焚燒廠和水泥廠捕集的CO2運輸?shù)奖焙＝５叵碌姆獯娴攸c進行永久封存，初期每年可注入和封存 1.5×106t CO2。

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

四、我國CCUS技術(shù)的成本與效益

（一）CCUS技術(shù)成本

已投運CCUS示范項目凈減排成本統(tǒng)計顯示，我國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。在已投運的CCUS示范項目中（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，達到6.3 GJ/t CO2；電力行業(yè)捕集能耗為1.6~3.2 GJ/t CO2；煤化工行業(yè)由于捕集源和捕集技術(shù)的差異性，能耗為0.7~2.5 GJ/t CO2；石油化工行業(yè)的捕集能耗最低，約為0.65 GJ/t CO2。

圖4 我國主要排放源已投運CCUS示范項目的捕集能耗

電力、水泥是我國減排成本較高的行業(yè)，凈減排成本分別為300~600元/t CO2、180~730元/t CO2。煤化工和石油化工領(lǐng)域的一體化驅(qū)油示范項目凈減排成本最低可達到120元/t CO2（見圖 5）。結(jié)合項目成本來看，捕集能耗高的行業(yè)CCUS示范項目成本也較高，降低CCUS捕集能耗對降低我國CCUS示范項目成本十分重要。

圖5 我國主要排放源已投運CCUS示范項目凈減排成本

就CCUS全鏈條技術(shù)而言，現(xiàn)階段全球主要碳源（煤電廠、燃氣電廠、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 [10]，我國的CCUS成本整體處于世界較低水平（見圖6）。我國傳統(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/t CO2、81美元/t CO2，相比60~121美元/t CO2、81~148美元/t CO2的世界平均水平處于國際最低水平。我國鋼鐵、化肥生產(chǎn)的避免成本分別為74美元/t CO2、28美元/t CO2，相比于67~119美元/t CO2、23~33美元/t CO2的世界平均水平接近國際最低水平。我國天然氣循環(huán)聯(lián)合發(fā)電（NGCC）、水泥行業(yè)的避免成本為99美元 /t CO2、129美元 /t CO2，相比 80~160美元/t CO2、104~194美元/t CO2的世界平均水平處于低位。我國天然氣加工行業(yè)的避免成本為24美元/t CO2，相比20~27美元/t CO2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[10]

（二）CCUS技術(shù)效益

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）研究認(rèn)為，如果不采用CCUS技術(shù)，大部分模式都無法實現(xiàn)到21世紀(jì)末2℃的溫升控制目標(biāo)；即使可以實現(xiàn)，減排成本也會成倍增加，預(yù)計增幅平均高達138% [11]。長期以來，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)濟性尚不具備與其他低碳技術(shù)競爭的能力；但從實現(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、儲能、氫能等的共同組合是實現(xiàn)碳中和最為經(jīng)濟可行的解決方案 [12]。未來CCUS技術(shù)將展現(xiàn)巨大的經(jīng)濟社會潛力，主要表現(xiàn)以下五方面。

一是CCUS技術(shù)具有負(fù)成本的早期機會，合理的碳定價機制可使CCUS技術(shù)具有更好的經(jīng)濟可行性。在特定條件下，依靠CO2化工、生物、地質(zhì)利用帶來的可觀經(jīng)濟收益便能夠抵消捕集、運輸、封存環(huán)節(jié)的相關(guān)成本，實現(xiàn)CCUS技術(shù)的負(fù)成本應(yīng)用[13]。例如，CO2的地質(zhì)利用可在實現(xiàn)碳減排的同時，通過注入CO2驅(qū)替或置換油、氣、水等產(chǎn)品帶來收益。在源匯匹配條件適宜的情況下，我國部分CCUS項目成本低于強化采油（EOR）驅(qū)油收益，具有負(fù)成本減排潛力。在碳定價機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現(xiàn)經(jīng)濟性[14,15]。在合理的碳價水平下，CCUS技術(shù)同樣存在實現(xiàn)盈利的可能性[16]。

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。我國是世界上最大的煤電、鋼鐵、水泥生產(chǎn)國，這些重點排放源的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施運行年限不長；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)施幾乎不可能運行至壽命期結(jié)束。運用CCUS技術(shù)進行改造，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，從而顯著降低實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的經(jīng)濟成本。據(jù)估算[17]，我國煤電擱淺資產(chǎn)規(guī)?？赡芨哌_3.08~7.2萬億元，相當(dāng)于我國2015年國內(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)電成本比燃氣電廠、可再生能源發(fā)電技術(shù)更具競爭力。一方面，當(dāng)CCUS技術(shù)與燃煤電廠耦合發(fā)電實現(xiàn)與燃氣電廠相同的排放水平時，較低的捕集率、適宜的輸送距離和方式可使燃煤發(fā)電成為比燃氣發(fā)電更具經(jīng)濟性的發(fā)電技術(shù)。國家能源投資集團有限責(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)對電廠與封存地進行源匯匹配后，在50%凈捕集率條件下，75%的燃煤電廠TLCOE低于我國2018年燃氣電廠標(biāo)桿上網(wǎng)電價的下限（77.5美元/MW·h），100%的燃煤電廠TLCOE低于燃氣電廠標(biāo)桿上網(wǎng)電價的上限（110美元/MW·h）；燃煤電廠加裝CCUS比燃氣電廠更有成本競爭優(yōu)勢[18]。考慮CCUS技術(shù)進步、激勵政策效應(yīng)之后，可能實現(xiàn)更高捕集率條件下的成本競爭優(yōu)勢。另一方面，燃煤發(fā)電耦合CCUS技術(shù)目前處于示范階段，不同煤炭價格下我國燃煤電廠CCUS的平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）為0.4~1.2元/kW·h，整體上與太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)發(fā)電水平相當(dāng)[19]。當(dāng)燃煤電廠耦合CCUS處在煤炭資源較為豐富、CO2運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)存在比較競爭優(yōu)勢。國家能源投資集團有限責(zé)任公司燃煤電廠CCUS改造的成本經(jīng)濟性研究表明，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低于最小風(fēng)電價格，56%的電廠改造后總減排電價低于最高風(fēng)電價格[18]。CCUS技術(shù)成本會隨著技術(shù)進步、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[5]，在可再生能源補貼力度持續(xù)退坡之后，未來燃煤電廠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)在深度減排進程中可降低碳中和目標(biāo)實現(xiàn)的總成本[20]。BECCS技術(shù)的成本為100~200美元/t CO2，DAC技術(shù)的成本約為100~600美元/t CO2[21,22]。英國研究案例表明，以BECCS、DAC技術(shù)實現(xiàn)電力部門的深度脫碳，要比以間歇性可再生能源、儲能為主導(dǎo)的系統(tǒng)總投資成本減少37%~48% [4]；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期更為昂貴的減排措施來實現(xiàn)35%~80%的成本降低[23]。因此，部署以BECCS為主的負(fù)排放技術(shù)將是助力我國碳中和目標(biāo)實現(xiàn)的重要保障[24]。

五是CCUS技術(shù)在實現(xiàn)碳減排的同時還具有良好的社會效益。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)機會、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[25~28]。油氣行業(yè)氣候倡議組織（OGCI）研究表明，到2050年，部署CCUS可以累計創(chuàng)造 4×106~1.2×107個工作崗位 [29]。

五、我國CCUS技術(shù)的減排潛力

（一）封存理論容量與分布

我國東北、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?.5×1012~3.0×1012t CO2，海洋也有萬億噸量級的理論封存容量[30]。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，我國地質(zhì)利用與封存場地集中在東北、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

綜合國內(nèi)外的相關(guān)研究結(jié)果，同時考慮CCUS技術(shù)在電力、工業(yè)等部門的應(yīng)用及其未來減排潛力，碳中和目標(biāo)下我國CCUS總體減排需求在2030年為2×107~4.08×108t CO2，2050 年為 6×108~ 1.45×109t CO2，2060年為1×109~1.82×109t CO2[3]。分行業(yè)來看，一是CCUS技術(shù)在能源電力部門未來的減排貢獻將隨著我國電力總體需求的增加、低碳轉(zhuǎn)型進程的加快而逐漸增大。多項研究報告指出，我國電力需求到 2050 年將增長到 1.2×1013~1.5×1013kW·h [31,32]，同時火電（燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電）占比將大幅縮減至15%以下[7]，由此核算電力系統(tǒng)將產(chǎn)生4.32×108~1.64×109t CO2。根據(jù)國際能源署電力運維平臺 CCUS特別報告，在可持續(xù)發(fā)展情景下，我國CCUS減排容量預(yù)計將快速增長，到2030年電力部門CCUS捕集規(guī)模約為1.9×108t CO2/a，到2050年捕集量約為7.7×108t CO2/a；到2070年將超過1.2×109t CO2/a [5]。二是CCUS技術(shù)對鋼鐵、水泥等難減排的工業(yè)行業(yè)的貢獻將更加突出。據(jù)中長期預(yù)測數(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)計到2030年CCUS對我國工業(yè)碳減排貢獻約為8×107~2×108t CO2/a，到 2050年達到 2.5×108~6.5×108t CO2/a，2070年緩慢抬升至 6.7×108~6.8×108t CO2/a [5,33~35]。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)展機遇。2030年石化和化工行業(yè)的CCUS減排需求約為5×107t CO2，2040年后保持同等水平并逐漸降低[3]。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)計到2050年我國相關(guān)資源潛力可達6×108tce [36]，對應(yīng)CO2負(fù)排放潛力可達 3.6×108~5.9×108t [37,38]。

（三）源匯匹配情況

CCUS源匯匹配主要考慮排放源和封存場地之間的地理位置關(guān)系與環(huán)境適宜性，即評估每個碳源是否有地質(zhì)條件合適且成本可行的CO2封存場地，這是CCUS技術(shù)推廣的重要約束條件。在無國家骨干管網(wǎng)和公共管網(wǎng)的情景下，250 km是不需要建設(shè)中繼壓縮站的最長管道距離，因建設(shè)成本較低而作為CCUS項目建設(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)條件相對較差，加之陸上封存潛力相對有限，源匯空間錯位且匹配難度較大；在毗鄰海域的沉積盆地實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）的重點區(qū)域，適宜優(yōu)先開展 CCUS 早期集成示范項目，推動 CCUS技術(shù)大規(guī)模、商業(yè)化發(fā)展。但在50 km的運輸范圍內(nèi)，火電行業(yè)源匯匹配情況不佳，未來CCUS產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展存在挑戰(zhàn)。對于鋼鐵、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，后期需要考慮實施離岸封存[3]。

六、我國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)項目，驅(qū)動第二代技術(shù)成本和能耗顯著下降，爭取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，針對碳捕集、運輸、利用、封存、監(jiān)測各個環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)。發(fā)揮CCUS在多能互補的能源系統(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)濟范式、識別CCUS與可再生能源和儲能系統(tǒng)集成可行性及發(fā)展?jié)摿Α⑻剿骺稍偕茉?儲能+ 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CCUS全鏈條集成示范及商業(yè)化應(yīng)用進程

優(yōu)先部署海底封存示范項目，開展CCUS在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用示范，補齊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，爭取在“十四五”時期建成3~5個百萬噸級CCUS全鏈條示范項目。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，加強運輸管網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化設(shè)施管理模式，建立合作共享機制，帶動形成以管網(wǎng)設(shè)施和封存場地為基礎(chǔ)的區(qū)域CCUS產(chǎn)業(yè)促進中心。合理規(guī)劃未來CCUS產(chǎn)業(yè)集群分布，對已初步形成的基于源匯分布地域特點的CCUS集群進行布局完善，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，降低綜合減排成本。

（四）完善財稅激勵政策和法律法規(guī)體系

借鑒對太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等清潔能源技術(shù)發(fā)展的支持方式，探索制定適合國情、面向碳中和目標(biāo)的CCUS稅收優(yōu)惠和補貼激勵政策；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。加速推動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，探索政府與市場有機結(jié)合的CCUS商業(yè)化投融資機制，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)濟性和安全性，特別是先進技術(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)、運營、監(jiān)管、終止標(biāo)準(zhǔn)體系，建立并完善CCUS建設(shè)運營所需的技術(shù)規(guī)范。