新疆“煤电+CCS”发展模式分析及建议
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能源研究俱乐部
2021-12-06

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰碳中和的必然选择,是推动能源低碳转型的必经之路。新疆能源资源丰富,是国家重要的“三基地一通道”,其中煤电在新型电力系统中发挥着兜底与保障作用。然而煤电的碳排放量约占全疆总排放量一半以上,需着力发展碳捕捉封存技术(CCS),构建“煤电+CCS”发展模式为新疆新型电力系统提供重要调节与支撑。本文重点围绕CCS技术发展趋势、成本预测以及产业发展等问题分析新疆“煤电+CCS”发展模式的适用性。

一、新疆“煤电+CCS”发展背景

煤电是新疆新型电力系统的重要调节和支撑电源。新疆煤炭预测储量2.19万亿吨,占全国煤炭预测储量的40.5%,排名全国第一;风能、太阳能蕴藏资源均排名全国第二,拥有准东等四大千万千瓦级清洁能源开发基地。得益于丰富资源储备,新疆南疆被确立为新型电力系统建设示范区。但是新能源波动性、间歇性、随机性较强,需要大量调节资源维持系统稳定运行。预计“十四五”期间,新疆区域并网新能源规模将翻倍增长,调峰需求将进一步扩大,鉴于抽水蓄能建设周期长和电化学储能大规模应用难度大、成本高等因素,煤电仍是重要的调节电源。新能源利用小时数低,仅为1500~2000小时左右,仅能满足全年1/8~1/5用电需求,还需煤电发挥一定基础支撑作用。

“双碳”背景下发挥煤电关键作用的保障是清洁化利用技术。2020年电力行业碳排放量约为全疆碳排放量的一半,因此在新疆落实“双碳”目标的关键之一是煤电的清洁化利用。有研究表明,煤电加装CCS设备后可降低90%的温室气体排放,是促进煤电清洁化利用的关键措施。但是,受捕集主体、捕集方式、捕集效率、运输距离等因素的影响,现阶段“煤电+CCS”应用成本较高,多为示范工程,未来随着碳市场价格升高,捕集二氧化碳后节省的碳排放权指标产生较高收益,“煤电+CCS”发展模式具备一定经济效益和可推广发展前景。

二、“煤电+CCS”发展模式分析

(一)产业潜力预测

新疆碳永久封存潜力达1110亿吨。碳永久封存潜力主要指深部咸水层、强化石油开采和强化煤气层开采封存方式的封存量,分别为1065亿、10亿、35亿吨〔1〕。深部咸水层封存潜力最大,占总封存潜力的96%。

深部咸水层将是二氧化碳主要封存场所。主要分布在塔里木盆地、准噶尔盆地,二氧化碳理论封存量为1940亿吨,可利用封存量为1065亿吨。其中塔里木盆地二氧化碳理论封存量为980亿吨,可利用封存量为582亿吨;准噶尔盆地二氧化碳理论封存量为960亿吨,可利用封存量为483亿吨。

新疆地质封存潜力远高于碳排放总量。新疆2017年碳排放量为4.03亿吨,火力发电碳排放量为2.54亿吨,按此估算至2060年全区碳排放累计量约为200亿吨,火力发电碳排放量约为80亿吨,远小于新疆地质封存资源潜力。

(二)CCS产业成本分析

一是碳捕集、压缩液化和运输成本合计约为510~990元/吨。按目前技术发展水平,二氧化碳捕集成本为300元/吨〔2〕,压缩液化成本为90元/吨,运输成本为120~600元/吨〔3〕,以上环节成本合计约为510~990元/吨。

二是目前“煤电+CCS”经济性最优应用场景为强化煤层气开采。利用CCS技术节省碳排放权的交易价格按52元/吨计,不同CCS技术路线的成本分析如下:深部咸水层二氧化碳封存需额外增加封存成本为59元/吨,全环节成本〔4〕为517~997元/吨;强化石油开采场景封存可从石油开采企业获得收入160元/吨,全环节成本为450~830元/吨;强化煤层气开采场景封存可从煤层气开采企业获得收入180元/吨,全环节成本为330~997元/吨。

2040年“煤电+CCS”应用成本与收益基本持平,具备经济可行性。至2040年,CCS产业全环节成本将降至84元/吨,降幅最高超90%,其中捕集成本降至140元/吨,运输成本降至200元/吨,封存成本降至32元/吨,总成本约为372元/吨,而碳交易收益有望提升至300元/吨左右,基本与CCS应用成本相当。因此,2040年“煤电+CCS”模式将具备商业化运行可能。

三、相关建议

一是促请有关部门将碳封存资源约束纳入未来煤电发展布局考量因素。依据“煤电+CCS”发展模式的重大意义与可行性,促请有关部门综合考虑煤、水、CCS封存资源等因素,将“煤电+CCS”发展模式纳入全区未来煤电发展规划。

二是在南疆新型电力系统示范区建设先行先试“煤电+CCS”发展模式。在南疆新建或已有大型煤电项目开展CCS示范应用工程,与塔里木油田企业探索二氧化碳驱油等合作模式,为CCS大规模商业推广应用奠定基础,以“煤电+CCS”为重要调节支撑促进南疆光伏资源开发利用,保障南疆经济社会快速发展。

三是利用“煤电+CCS”应用需求促进CCS技术相关产业链在疆发展。依托“煤电+CCS”工程应用需求,充分发挥政策、市场、资源、人工成本等方面优势形成CCS本土化发展,一方面快速降低CCS技术应用成本,另一方面培育新发展动能。

参考文献:

〔1〕李海兵.塔里木盆地二氧化碳地质储存潜力与适宜性评价[D].中国地质大学.张晓娟.准噶尔盆地二氧化碳地质利用与储存潜力研究[D].中国地质大学.

〔2〕二氧化碳捕集、压缩液化、运输和封存成本参考.许兆峰,麻林巍,李政等.中国二氧化碳捕集与封存成本估算[J].中国动力工程学会青年学会会议.2009.09:3-4.

〔3〕目前二氧化碳罐装运费1.2元/吨•千米,新疆碳源与封存地的距离范围为100~500千米。

〔4〕CCS全环节成本=碳捕集、压缩、运输成本(510~990元/吨)+碳封存成本(59元/吨)-碳交易价格(52元/吨)。其他CCS技术路线成本测算公式同上。

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