碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是支撑碳中和目标实现的关键减排技术，对我国以煤为主的能源结构转型至关重要。目前，该技术研究取得积极进展，但商业化项目数量和应用场景相对有限。随着捕集技术的成熟、能耗的降低、基础设施的完善以及产业化能力的增强，预计2030年后CCUS技术具备逐步推广应用的条件。
CCUS技术减排潜力巨大，发展前景广阔
CCUS技术是指将二氧化碳从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现二氧化碳永久减排的技术，可助力发电、水泥、钢铁、化石燃料制氢等减排难度大的行业实现深度脱碳。
CCUS产业链主要由四个环节组成，即碳捕集、运输、封存和利用。在捕集环节，主要有燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧三种技术。其中，燃烧后捕集技术成熟度相对较高。当前碳捕集成本较高，但远期具备较大下降潜力。第一代捕集技术即现阶段已能大规模示范的技术，如胺基吸收技术、常压富氧燃烧技术等，成本约为45至60美元/吨;第二代捕集技术即技术成熟后能耗和成本可比第一代技术降低30%以上的新技术，如新型膜分离技术、新型吸收技术、新型吸附技术、增压富氧燃烧技术、化学链燃烧技术等，成本约为80至150美元/吨。预计到2030年，第一、二代捕集技术成本将分别降至约30至45美元/吨和40至60美元/吨;到2060年，新一代捕集技术的成本有望降至约10至15美元/吨。
在运输环节，主要有管道、罐车和船运三种方式。目前，运输方式多为罐车或短距离管道。从综合成本和输送能力来看，管道是未来发展方向。二氧化碳输送管道的建设完善将推动CCUS技术的规模化应用。
二氧化碳封存近中期以二氧化碳驱油为主，远期则以盐水层封存为主。驱油即将二氧化碳注入油田以提高石油采收率，当前技术成熟度较高。二氧化碳封存潜力巨大，全球二氧化碳总封存潜力在8万亿吨到55万亿吨之间。我国盐水层的总封存潜力约为1.9万亿吨，油气田的总封存潜力约为35亿吨。
CCUS技术主要应用在矿化、物理、化工和生物四个领域。在矿化方面，二氧化碳与混凝土中钙、镁组分之间实现矿化反应，提高混凝土强度和耐久性能，同时实现二氧化碳的长期稳定封存;在物理方面，用于生产啤酒、碳酸饮料、焊接工艺中的惰性剂等;在化工方面，作为原料生产尿素肥料、聚合物、合成燃料等;在生物方面，用于促进植物生长，以生物炭的形式被土壤捕获，提高土壤质量。目前物理领域的食品级应用相对较多。整体来看，由于基于捕集二氧化碳的产品成本居高不下，短期内市场规模有限。中远期将出现二氧化碳与绿氢反应制取甲烷、甲醇等创新应用方式。
根据《中国二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)年度报告(2021)》，我国已投运或建设中的CCUS示范项目约40个，碳捕集能力约300万吨/年，遍布19个省份，捕集源涉及的行业和封存利用的类型呈多样化分布。从捕集源来看，项目主要涉及煤化工和火电领域，其次是天然气开采以及甲醇、水泥、化肥等化工行业。从封存利用来看，项目大多将二氧化碳捕集后进行多元化利用以提升全链条经济性，利用方式包括驱油、驱煤层气、食品级利用等。
典型的示范项目包括中石油吉林油田CCUS-强化采油(EOR)全流程示范项目、齐鲁石化-胜利油田CCUS项目以及国家能源集团国华锦界电厂建设的15万吨/年燃烧后二氧化碳捕集与封存全流程项目等。
CCUS技术对构建新型电力系统有重要价值
CCUS是我国构建新型电力系统不可或缺的重要技术，其价值主要体现在以下几个方面：
为电力系统保留部分煤电机组。我国拥有大量优质煤电机组，正值“青壮年”，研究煤电的发展与退出路径意义重大。我国有9亿至10亿千瓦高参数大容量低排放煤电机组资产，且我国煤电机组平均服役期远低于发达国家，优质煤电资产过早退役将产生巨大搁浅成本，从全生命周期角度来看并非最优解。CCUS技术给煤电减排二氧化碳提供了一种路径，在能源转型过程中，发展“煤电+CCUS”有助于降低转型成本。煤电机组将在新型电力系统的电力平衡中发挥重要作用。随着新能源渗透率持续提升，由于新能源的低保障出力特点，未来我国冬季晚高峰电力可能存在缺口，发展CCUS技术可有效发挥煤电的托底保供作用。
结合生物质发电，创新应用负排放技术。CCUS技术通过结合生物质发电，可助力电力系统实现负排放。CCUS技术和生物质发电相结合形成生物质能-碳捕集与封存(BECCS)、生物质能-碳捕集利用与封存(BECCUS)技术，发挥生物质发电碳中性的特点实现负排放，是能源系统中少有的负碳技术选项。
助力绿氢发展，支撑循环碳经济。CCUS技术为氢能特别是绿氢创造更多应用场景，促进新能源多元化消纳利用，助力循环碳经济发展。捕集的二氧化碳通过与氢反应制取甲烷、甲醇作为工业原料使用，丰富了氢能的应用场景，也间接助力大规模波动性新能源的消纳利用。同时，依托火电机组捕集的二氧化碳是电力系统的新型产出，是循环碳经济中的重要一环。随着二氧化碳更多利用方式发展成熟，有望依托火电基地打造循环碳经济示范窗口，实现电-氢-碳融合发展。
发挥现代产业链链长作用推动CCUS技术发展
CCUS技术可支持电力系统低碳转型，并对电源结构、电力系统的安全稳定运行产生较大影响。国家电网有限公司充分发挥现代产业链链长作用，推动CCUS技术发展。
加强同国家能源集团、中石油等公司的合作，呼吁将CCUS技术配合煤电发展作为电力系统低碳化转型重要技术路线之一。
发挥现代产业链链长作用，协同相关煤电、煤化工企业积极与政府沟通。参与相关优惠电价、保证利用小时数等政策的综合效益论证工作，推动CCUS技术尽快达到规模化、商业化应用水平，助力煤电机组发挥托底保供作用。
前瞻性开展电-氢-碳融合的能源低碳转型路径研究。重点关注煤电机组利用CCUS技术开展规模化改造后，对电源结构、发电量结构、特高压线路等电网基础设施发展规划的影响。
(张丝钰 张宁 代红才 作者单位：国网能源研究院有限公司)
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