碳捕捉与封存技术国内外研究现状评述及发展趋势

中图分类号： TK09；X5
文献标志码： A
Review on Status Quo and Research Trend of Carbon Dioxide Capture and Storage Technology in China and the World
WANG Zhong1,2, ZHANG Shaonan1,2, KUANG Jianchao2
Abstract: As a new means of emission reduction, carbon dioxide capture and storage (CCS) has become very popular in western countries. However, the technology has yet to reach the commercialization stage, and there are some uncertainties in its implementation on large scale. As one of the largest producers and consumers of coal in the world, China is facing great challenges in CO2 emission mitigation, and therefore far-reaching research on CCS is both important and urgent. Considering that China’s research in this field is still in its initial stage, this paper summarizes the present status of the study of CCS at home and abroad, studies its trend in terms of specific fields of inquiry, perspectives taken in research, and research methodology, and finally points out the areas where further intensive studies are needed. Keywords: carbon dioxide capture and storage; study status; research trend
采收率 （EOR）”项目的经济性，指出在当前的高油 价背景下，EOR 项目的盈亏平衡点价格高于 CO2 捕 捉价格，同时也指出大部分油藏的年封存量远小于 目前单个排放源 （大型电厂） 的排放量，因此 EOR 只是 CCS 的早期机会。除此之外，文献[9]对日本 CO2 封存的成本和潜力进行了总结，表明日本实施 CCS 的成本很大程度决定于 CO2 的运输距离和单井 注入率。 1.2 封存潜力及风险评价研究
社会公众对 CCS 的接受程度也直接决定了 CCS 日后大规模实施的可能性，该领域也是 CCS 研究的
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重点之一。许多学者就本国或本地区公众对 CCS 的 认知度及接受程度进行了调查和研究： 在英国就 “CCS 在未来能源生产系统中所扮演的角色”问题进 行了调研，绝大部分受访者认为 CCS 应是低碳能源 系统的组成部分[16]；此后，又将调研范围扩展至整个 欧 洲 ， 绝 大 多 数 受 访 者 认 为 CCS 对 深 度 减 排 CO2 “十分”和“比较”必要，同时超过半数的受访者认 为 CCS 的风险较小，并认为最大的风险来自于“能 源损失”以及同新能源争夺发展资源[17]。对荷兰进行 的调研结果表明，认为普通公众的认知程度是影响 CCS 接受度的一个重要因素 。 [18] 法国的公众尽管对 CCS 的认知程度还相当低，但并没有表现出明显的 反对[19]。中国 2009 年的调研结果同 2006 年的调研结 果以及欧洲地区的调研结果相比，表明中国的投资 者对于 CCS 更加谨慎，同时也指出中国发展 CCS 最 大的障碍来自于对能源安全的担忧和气候政策的不 确定，最大的动力应该来自于市场机制 。 [20] 除此之 外，文献[21]针对 CCS 的作用、发展潜力及不确定 性，对 24 位 CCS 领域的专家进行了访谈，指出正是 由于 CCS 目前还没有具体的标准，尚有大量协商余 地，使得绝大部分研究人员对 CCS 前景持乐观态度。 1.4 法律及政策研究
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温室气体大幅减排[4]。由于 CCS 技术受能源资源条件 限制较小，该技术受到工业化国家的广泛关注与密 切重视。近年来，我国工业化、城市化和现代化的 加快推进导致能源需求快速增长、CO2 排量急剧上 升，面临的减排压力日趋增大，减排形势日趋严峻。 由于我国“一次能源以煤炭为主、二次能源以煤电 为主”的基本能源结构难以迅速改变，同时拥有丰 富的煤炭资源和巨大的 CO2 封存潜力，许多学者认 为 CCS 在我国的发展前景十分广阔，政府也给予了 高度重视和支持。
CCS 目前基本还处于研发和示范阶段，各环节 都存在较大风险，特别是封存环节。由于 CO2 封存 潜力大小及持久性直接关系到 CCS 的成功实施，封 存地的确认及封存潜力评估一直是 CCS 研究的焦点。 文献[10]对全球 CO2 排放源及封存点识别、封存潜力 评估等研究工作进行了评述，指出排放源和封存地 的匹配是下一步的研究重点。此后，美国地质调查 局于 2009 年提出了一种新的 CO2 封存潜力及安全性 的评价方法，该方法将物理圈闭和含水层构造看作 整体，综合考虑地层的地质特征，结合以往油气资 源评价的经验，评价结果更加综合、全面 。 [11] 文献 [12]以中国渤海盆地为研究对象，指出胜Hale Waihona Puke Baidu油田和开 滦煤矿可封存的 CO2 潜力可观，但是由于断层及低 渗透性，CO2 的注入面临挑战；济阳凹陷的深部含水 层由于数据缺乏，其封存潜力还存在不确定性。随 着研究的深入和示范项目的逐步展开，封存环节的 风险逐渐成为人们关注的热点，研究人员相应开发 出一些适合 CCS 的风险评价方法和风险管理框架。 文献[13]对 CO2 封存可能存在的健康、安全和环境风 险进行了总结，指出地下封存风险 （泄漏、地震等） 相对于地面风险更难监测和管理，亟须建立一套完 整的风险管理框架。文献[14]从环境风险的角度运用 生命周期评价法对电厂 CO2 的捕捉技术进行了分析， 指出 CCS 对环境的影响很大程度上取决于电厂所选 择的捕捉技术。文献[15]针对 CCS 系统的不确定性提 出一种基于模块化和概率分析的逻辑树风险评价方 法，该方法将整个风险评价过程分解成了可管理的 部分 （模块），有助于识别关键风险因素。 1.3 公众认知及接受度评价研究
(1. Key State Laboratory for Geological Study and Exploitation of Oil and Gas Reserves (Chengdu University of Technology), Chengdu 610059, China; 2. College of Energy Resources, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)
然而目前 CCS 技术还远未达到商业化推广阶段， 高昂的成本、潜在的技术及环境风险、模糊的法律 框架、较低的公众认知度都使得推广 CCS 技术还存 在一定的争议，其大规模实施还存在诸多不确定性。 随着“后京都时代”的到来，对 CCS 技术进行深入 研究就显得十分重要也十分迫切。本文将对国内外 CCS 技术的相关研究进行综述和总结，并对下一步 研究提出展望，以期能促进我国 CCS 研究工作。
王 众 1，2， 张哨楠 1，2， 匡建超 2
（1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 （成都理工大学），四川 成都 610059；2. 成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059）
摘 要：目前碳捕捉与封存 （CCS） 技术作为一种新的温室气体减排手段受到西方发达国家热捧，然
而目前 CCS 还远未达到商业化推广阶段，其大规模实施还存在一定的不确定性。中国作为煤炭生产和
消费大国，CO2 减排形势相当严峻，对 CCS 进行深入研究就显得十分重要和迫切。由于我国在该领域 的研究刚刚起步，为促进我国 CCS 的研究工作，对国内外的研究现状进行了综述，从研究领域、研究
角度和研究方法总结了发展趋势，并指出了目前研究中还需要进一步加强的领域。
关键词：碳捕捉与封存；研究现状；发展趋势
1 国外研究现状评述
西方发达国家对 CCS 相关研究起步较早，美国、 加拿大、欧盟等国更是将 CCS 作为本国未来能源战 略的重要组成部分，开展了大量研究。其研究主要 集中在以下几个方面： 1.1 经济评价研究
CCS 作为一项新的减排技术，高昂的成本无疑 是其大规模推广的主要障碍之一，因此对 CCS 经济 性分析就成为早期研究的重点。早在 2000 年，文献 [5]就对整体煤气化联合循环 （IGCC）、天然气联合循 环 （NGCC） 和燃烧粉煤 （PC） 3 类电厂的 CO2 捕捉 成本进行了分析和总结，指出未来技术的进步会大 幅 降 低 捕 捉 成 本 。 在 此 基 础 上 ， 文 献 [6]对 IGCC、 NGCC 和 PC 这 3 类电厂采用 CCS 技术后的 CO2 捕捉 成本及减排效率进行了比较，指出天然气价格的上 涨预期使得 NGCC 的捕捉成本高于 IGCC 和 PC，而 IGCC 和 PC 的捕捉成本主要受煤炭质量影响；文献 [7]又通过类比，利用经验曲线对 IGCC、NGCC、传 统 PC 和新式 PC 这 4 类电厂的捕捉成本下降幅度进 行了预测；此后，文献[8]分析了北美“注 CO2 提高
0 引言
随着全球经济的快速发展以及对化石能源消费 的迅猛增长，污染物和温室气体大量排放，近 50 年 来全球极端气候事件频繁发生，对环境造成了显著
收稿日期：2011-02-25
负面影响[1]。如何有效应对全球气候变化，控制温室 气体排放，实现可持续发展，已成为各界关注的焦 点[2- 3]。考虑到艰巨的减排 任 务 以 及 清 洁 能 源 的 发 展 现状，政府间气候变化专门委员会 （IPCC） 于 2005 年特别推荐了碳捕捉与封存技术 （CCS），以期实现
由于 CCS 是一个较新的研究领域，在其发展过 程中难免会出现法律监管的真空，明确的政府政策 与法律框架也会带给投资者信心，推动 CCS 发展， 因此对 CCS 相关法律及政策的设想也是目前研究的 重点。文献[22]指出欧盟现行的法律框架对 CCS 的实 施构成了挑战，表明只有对 CCS 相关活动做出明确 的界定，才能提升透明度和政策稳定性，推动 CCS 的有效实施。文献[23]探讨了欧盟范围内促进 CCS 大 规模实施的政策工具，并对各种政策工具进行了评 价，指出欧盟层面的行政命令或低碳标准有利于 CCS 在欧洲的大规模实施，也有利于环保组织进一 步接受 CCS。文献[24]以加拿大 Alberta 省为例，对 该省和该国的相关法律法规进行了总结，指出对现 有法律进行补充和完善即可应对 CCS 的相关活动， 目前迫切需要解决的是 CCS 实施后，诸如对地下 CO2 的管辖、所有权、监管和责任等问题的法律法规 建设。文献[25]认为为推动 CCS 发展，美国应尽快建 立统一的法律框架，而争议主要集中在对地下储集
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能源技术经济
2011 年 5 月 能 源 E技nergy T术echnolo经gy and济Economics
Vol ．23 No． 5
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文 章 编 号 ：1674-8441(2011)05-0042-06
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