低碳技术创新与实践

林千果

上海交通大学中英国际低碳学院，

中国碳捕集利用与封存产业技术创新战略联盟

中国环境科学学会CCUS专委员

大纲

一 低碳技术

二 低碳技术创新 -- 碳捕集、利用与封存技术

三 低碳技术实践 -- 碳捕集、利用与封存技术的应用

四 问题与讨论

第一章 低碳技术

节能技术 低碳技术

“促进能源节约集约使用、提高能源资源开发利用效率和效益、减少对环境影响、遏制能源资源浪费的技术”

(节能低碳技术推广管理暂行办法，发改环资[2014]19号

“以资源的高效利用为基础，以减少或消除二氧化碳排放为基本特征的技术，广义上也包括以减少或消除其他温室气体排放为特征的技术 “

低碳技术定义

节能外延 vs 低碳外延

减碳技术

无碳技术 去碳技术

• 减碳技术• 无碳技术• 去碳技术

电力：可再生能源替代化石能源工业：氢能替代煤炼铁？其它？

电力：超超临界发电工业：提高资源能源利用效率

电力：CO2捕集利用与封存工业：CO2捕集利用与封存

低碳电力和工业的三种实现路径

可再生能源

节能

CO2捕集与封存

第二章 碳捕集、利用与封存技术 (CCS/CCUS)

1、 CCS/CCUS概念

CCS（carbon capture and

storage）:碳捕集与封存通过捕集、并将二氧化碳封存在地下深部，使排放的CO2与大气长期隔离的技术

CCUS（carbon capture，Utilization

and storage）:碳捕集、利用与封存

通过捕集、并将二氧化碳利用或封存在地下深部，使排放的CO2与大气长期隔离的技术

碳产业链

捕集

输送

利用

封存

捕集

输送

封存

碳产业链

发展经历的三个阶段：90 年代初得到认可，2000年后工程示范，是目前主要

的CO2去碳途径之一。

20世纪70年代至80年代末 20世纪80年代末至2005年 2015年至今

1989年麻省理工CCS技术项目发起;

1991年IEAGHG项目成立; 2015年加拿大边界坝项目运营

1998年Weyburn项目实施;

美国利用二氧化碳注入油田，提高油田采油率

2003年碳封存领导人论坛CSLF创立; 2017年美国Petro Nova项目运营

2005 年NZEC, COACH 启动

2008年CO2CRC制定CCS发展路线图;

2009年欧盟旗舰项目(FLAGSHIP)获批;

2009年全球碳捕集与封存研究院成立.

技术孕育阶段 诞生与发展阶段 电力行业研发示范阶段

来源：BP 2015年世界能源统计报告

化石燃料探明的储量：

相当于6万亿吨石油

储采比: ~75 年

来源：国际能源署2015年世界能源展望

未来全球对化石燃料的需求仍然很大，供应很充足

2、CCUS减排地位

CCUS是实现《巴黎协定》目标的一个必不可少部分

Source: IEA Energy Technology

Perspectives (2015)

A transformation in how we generate and use energy is needed

Gt

CO

2em

issio

ns

6DS

2DS

中国CCUS的重要性——IEA 研究

到2050年，全球捕集的CO2中，近30%将来源于中国--资料来源：IEA2015年能源技术展望

中国工业行业-约为7.2亿吨CO2中国电力行业-约为8.6亿吨CO2

中国CCUS的重要性——国家气候战略中心研究

深度减排情景下CCUS的减排贡献（NCSC, 2015)

约为12.5亿吨CO2

1. 电力

2. 钢铁

3. 水泥

4. 化工/石油化工

5. 生物沼气

6. 高碳天然气分离

3、CCUS – CO2主要排放源

燃煤电厂的三种排放气源

•燃烧后捕集：传统燃煤或燃气电厂

•燃烧前捕集：IGCC电厂

•富氧燃烧捕集：传统燃煤电厂

燃烧后捕集

燃烧前捕集：IGCC电厂

富氧燃烧捕集

51%

中国钢铁排放占总排放的15%左右，次于电力，和水泥相当

钢铁厂的排放

钢铁生产过程

高炉炼铁的主要排放

4、CCUS -碳捕集技术

1900s 1920s 1940s 1960s 1980s 2000s

气体分离技术

气体分离技术的应用

HydrogenAmmonia Refining

Chemical Synthesis

NitrogenEOR

Misc Apps

CO2

Gas ProcessingEOR

DehydrationGas ProcessingAir Separation

吸收法

吸附法

膜分离

Smal

ler

Scal

e A

pp

licat

ion

s

Larg

est

Scal

e A

pp

licat

ion

s

低温蒸馏

H2S / CO2

Gas Sweetening CO2

Food/Chem Grade

O2 / N2

Merchant ProductionO2 Enriched AirCatalytic CrackingSulfur Recovery

HydrogenSteam Cracking

运输方式 优点 缺点 适应条件

公路罐车

运输适用小规模、近距离、目的地分散

运输量较小 量较小的CO2运输

铁路罐车

运输运输量大、距离较远、可靠性高

运输调度和管理复杂、受线路限制

量大、距离远且管道运输还未建成时

管道运输最广泛的大规模运输方式

长距离的管道建造成本高

大规模、长距离，稳定的定向CO2输送

船舶运输 大规模运输方式技术复杂，需专用设备

适于远距离海上封存

5、CCUS -运输

管网降低了输送成本

国际上在CO2管道输送方面已有多年实践，目前美国有7600km的管道。

美国CO2输送管网

二氧化碳地质封存与利用

第三章 碳捕集、利用与封存技术的应用

示范项目: 大型项目 (LISP): 燃煤电厂 - 80万吨/年；其它 40万吨/年

CCUS发展概况

全球示范项目快速发展

• 截至2018年底，全球大型CCUS设施总计37个，运营17个；全球已累计注入超过2亿吨CO2

• 用于驱油开采的CO2占比最大

• 区域结构不平衡，北美优势明显

• 中国潜力巨大

• 开发和在建的大型CCUS设施完工后，全球碳捕集能力将翻番

地区 美国 加拿大 巴西 中国 澳大利亚 韩国 挪威 英国 沙特 阿联酋 总计

早期开发 - - - 6 1 2 - 2 - - 11

高级开发 2 - - 1 1 - 1 - - - 5

在建 - 2 - 1 1 - - - - - 4

运营 9 3 1 - - - 2 - 1 1 17

合计 11 5 1 8 3 1 3 2 1 1 37

全球CCUS设施捕集能力情况（GCCSI, 2018）

中国CCUS发展概况中国在CCUS领域开展了大量工作，取得了积极进展

• 受资源禀赋条件以及能源需求影响，煤炭在中国能源与经济体系中长期发挥基石作用

• 中国高度重视CCUS发展，支持政策逐渐细化

• 研发支持涵盖所有技术选项

• 示范工程多种多样

国家科技计划

CCUS技术发展路线图

多技术类型示范工程

国家部委政策

国际合作

• 50余项

• 2011；2015；2019

• 20余项

• 17项

• 10余项

中国的封存示范项目

重庆枯竭气田华润电力/中海油离岸

中石化中原

中石油大庆

华能天津/中石油大港

中石油吉林

中石化胜利

中石化江苏/华东延长石油

神华/国华

矿化利用

新疆驱水

中石油/中石化新疆

火电厂捕集项目

• 华能上海石洞口（燃烧后）

• 华能天津IGCC绿色煤电项目（燃烧前）

• 大唐电力燃气捕集（燃烧后）

• 中电投远达环保重庆项目（燃烧后）

• 华电集团的句容电厂（燃烧后）

• 中石化胜利电厂（燃烧后）

• 华中科技大学（富氧燃烧）

• 神华锦界电厂（燃烧后）

其它捕集项目

• 煤化工/煤制油/气

• 化肥生产

• 化工

• 炼油厂

• 水泥厂

• 钢铁

全流程示范项目

• 中石油油田

• 中石化油田

• 延长石油

陆上咸水层封存项目

•神华（国能）10万吨/年的煤制油捕集+咸水层封存示范工程

中石油：以捕集天然气中CO2为基础的全流程CCUS实践

中石化：以捕集燃煤电厂CO2、高碳天然气分离、炼化厂捕集

CO2为基础的多碳源全流程CCUS工程实践

延长石油：以石油化工与煤化工耦合副产品CO2为基础全流程

CCUS工程实践

大规模发展的重要推力？： CCS/CCUS政策

各国纷纷制定CCS政策——美国

美国制定了多项法律法规和激励政策

•《美国清洁能源与安全法案》

•《清洁能源岗位与美国电力法案》

• 《2011 碳捕集与封存计划修订法案》

• 《二氧化碳捕集技术激励法案》

•《45Q法案》（2018）

美国是国际上目前CCS法律法规和激励政策最健全的国家，以财税优惠、经

费补贴、财政支持等方式推进CCS/CCUS技术的发展和应用，

《45Q法案》补贴给予捕集方，增加工业来源的捕集，补贴年限为12年。

用于地质储存项目：税收优惠每公吨50美元。

用于提高石油采收率项目：税收优惠每公吨35美元。

取消累计7500万吨二氧化碳的限制，补贴总量上不封顶。

符合补贴申请要求的CCUS项目规模由50万吨/年降低到10万吨/年，但10万吨/年规模的项目必须是从空气中直接捕集二氧化碳。

关注EOR之外的利用技术：将二氧化碳用于生产塑料、生物燃料或其它商业材料的利用技术都在支持之列。

国家发改委、国家能源局下发《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，将二氧化碳捕集、利用与封存技术列入计划

《“十三五”应对气候变化科技创新专项规划》，将大规模低成本碳捕集、利用与封存（CCUS）关键技术列为指南。

2019年4月《中国碳捕集、利用与封存技术发展路线图》

2019年8月，成立中国环境学会CCUS专委会

• 《“十二五”国家碳捕集与封存科技发展专项规划》• 《关于推动碳捕集、利用与封存试验示范的通知》• 《关于加强碳捕集、利用与封存试验示范项目环境保护工作的通知》• 科技部指导成立CCUS产业技术创新战略联盟• 国家发改委气候司支持，发布亚行中国CCUS路线图。

我国CCS/CCUS政策

CCUS领域国际合作：推动CCUS的一个关键力量

1）合作方：• 多边机构：亚洲开发银行，世界银行，全球碳捕集与封存研究院• 政府间：中美，中英、中欧、中澳、中加等• 企业： BHP、OGCI 等

2）合作领域• 技术• 资金• 经验

3）合作目标• 学习• 中国方案

问题与讨论

问题 1：CCUS技术的认识问题2：CCUS在各省的资源条件和发展状况

讨论1：CCUS的价值的认识？（国际，国内，省）讨论2：如何推动CCUS这一去碳技术？

谢谢！

林千果

Email: qianguo.lin@gmail.com ; qianguo.lin@sjtu.edu.cnPhone: 18010060817 ; 15110166778