調(diào)查動機

２００９年１１月，我國對世界莊嚴承諾：到２０２０年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比２００５年下降４０％～４５％。此后不久，全球最大的燃煤電廠１０萬噸／年的“碳捕集”項目在上海正式投產(chǎn)，我國首個萬噸級燃煤電廠二氧化碳捕集裝置在重慶正式投運———作為目前技術上可行的、可以最直接有效地降低燃煤電廠碳排放量的ＣＣＳ技術的起始環(huán)節(jié)，“碳捕集”項目在我國盛大開局。
　　那么，電廠究竟是如何捕集二氧化碳的？二氧化碳“被捕”后將何去何從？我國電廠目前脫碳的技術水平和現(xiàn)狀怎樣？電廠脫碳產(chǎn)業(yè)前景又如何？春節(jié)前后，帶著各種好奇和疑問，記者分別走訪了華能上海石洞口第二電廠及中電投重慶合川發(fā)電有限責任公司雙槐電廠，與碳捕集裝置和ＣＣＳ技術進行了一次“親密接觸”。

調(diào)查對象

華能上海石洞口第二電廠：

一期工程兩臺６０萬千瓦超臨界機組于１９９２年投產(chǎn)。二期工程建設兩臺６６萬千瓦國產(chǎn)超超臨界機組。工程配套建設煙氣脫硫、脫硝、脫碳裝置。其脫碳裝置于２００９年１２月３０日正式投運，它的建成投產(chǎn)，開創(chuàng)了我國燃煤電站實現(xiàn)二氧化碳捕集規(guī)模化生產(chǎn)的先河，標志著我國燃煤電廠二氧化碳捕集合技術和規(guī)模已達到世界領先水平。

中電投重慶合川發(fā)電有限責任公司雙槐電廠（以下簡稱重慶合川雙槐電廠）：

一期兩臺３０萬千瓦機組同時配套建設石灰石―石膏濕法煙氣脫硫裝置，于２００６年建成投產(chǎn)。

２００８年９月，開工建造二氧化碳捕集裝置。２０１０年１月２０日，脫碳裝置正式投運。這是我國首個萬噸級燃煤電廠二氧化碳捕集裝置。

直擊現(xiàn)場：“抓捕”的奧妙

以煤炭為能量來源的燃煤電廠是二氧化碳的排放大戶。那么，能不能把電廠排放的二氧化碳捉住，進行再處理？

據(jù)專家介紹，目前電廠有三種捕碳路線：燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒，每條路線適用于不同類型的發(fā)電廠，而燃燒后捕集技術路線則適合于任何一種火力發(fā)電。

在重慶合川雙槐電廠，工作人員打開閥門，伴隨著響起的“咝咝”聲，飲料瓶大小的藍色罐子開始變得沉甸甸的———里面裝的就是新鮮出爐的二氧化碳。從閥門邊上抬頭望去，是一個直徑大概３米，長１０米左右的銀色大罐子。負責這個碳捕集項目的中電投遠達環(huán)保工程有限公司（以下簡稱遠達環(huán)保）的喻江濤博士告訴記者，罐子中儲存的就是已經(jīng)捕集到的保存在零下１９攝氏度左右的液態(tài)二氧化碳。這些液態(tài)二氧化碳來自電廠排放的煙氣，是通過一系列復雜的處理過程從煙氣中分離出來，再經(jīng)濃縮提純后儲存在這里的。

華能上海石洞口二廠的脫碳裝置構造與重慶合川雙槐電廠大體一致：脫碳區(qū)位于二期工程擴建端中部，分為兩大區(qū)域，北側為二氧化碳捕集設備區(qū)域，南側為二氧化碳精制設備區(qū)域，電控樓布置在兩大區(qū)域之間，整個脫碳區(qū)域面積有半個足球場那么大，看起來像個小型化工廠。

記者在比較兩個脫碳裝置后發(fā)現(xiàn)，其技術原理和工藝流程基本相同，都采用了燃燒后捕集技術的化學吸收法———這也是目前國際上燃煤電廠ＣＣＳ項目普遍采用的辦法，即在對煙氣進行脫硝、除塵、脫硫的基礎上，采用化學吸收法（ＭＥＡ法）實現(xiàn)脫碳。

碳捕集裝置主要由煙氣預處理系統(tǒng)、吸收、再生系統(tǒng)、壓縮干燥系統(tǒng)、制冷液化系統(tǒng)等組成。首先，對電廠鍋爐排煙進行脫硝、除塵、脫硫等預處理，脫除煙氣中對后續(xù)工藝的有害物質，然后在吸收塔內(nèi)復合溶液與煙氣中的二氧化碳發(fā)生反應，將二氧化碳與煙氣分離；其后在一定條件下于再生塔內(nèi)將其生成物分解，從而釋放出二氧化碳，二氧化碳再經(jīng)過壓縮、凈化處理、液化，得到高純度的液體二氧化碳產(chǎn)品。

遠達環(huán)保總經(jīng)理劉藝博士給碳捕集裝置作了個形象的比喻。他告訴記者，大氣中二氧化碳的含量為０．０３％~０．０４％左右，而燃煤電廠所排放的煙氣中二氧化碳含量高達１０％~１５％，因此燃煤電廠是二氧化碳集中排放源。“脫碳裝置就好比給燃煤電廠這個排放源戴了個大口罩，通過過濾把對環(huán)境沒有任何影響的干凈氣體排放出去，而把二氧化碳留下來集中處理。”

通過這樣的“抓捕”程序，可以獲得純度大于９９．５％的二氧化碳。再經(jīng)過精制，最后可以產(chǎn)生達到食品級標準的、純度為９９．９％以上的二氧化碳液體。

深度挖掘：電廠脫碳的經(jīng)濟賬

燃煤電廠脫碳技術，被認為是在無法徹底改變能源應用結構的當前階段，實現(xiàn)二氧化碳減排的一大有效手段。目前，二氧化碳捕集和封存技術正成為世界各國科學界和企業(yè)界研究的熱點，全球有１００多個ＣＣＳ項目正在或即將運行。然而，相對于我國現(xiàn)階段的火電規(guī)模而言，國內(nèi)目前的電廠碳捕集項目可謂是鳳毛麟角。既然技術上對二氧化碳的“逮捕”行動可以實現(xiàn)，那么，能否盡快將碳捕集裝置應用到更多的燃煤電廠呢？

資深電力專家、原電力工業(yè)部總工程師周小謙告訴記者，ＣＣＳ技術的經(jīng)濟性還需要進一步研究，其投資成本是一個主要問題。他認為，ＣＣＳ要實現(xiàn)規(guī)模化應用，可能需要一個相當長的時間。針對這個問題，我們的調(diào)查對象給記者算出了一筆電廠脫碳的經(jīng)濟賬。

華能上海石洞口第二電廠二期工程配套的脫碳裝置，包括二氧化碳捕集和精制系統(tǒng)，工程概算投資約１億元，全部為國內(nèi)設計制造。對于電廠來說，這是一筆不小的投資。在運行過程中，電、蒸汽、水、化工藥品等主要消耗品也價格不菲———每捕集一噸二氧化碳，就要消耗一定數(shù)量的低壓蒸汽，消耗約７５千瓦時的電量。

另外，華能上海石洞口第二電廠二期工程配套的脫碳裝置處理煙氣量６６０００標準立方米／小時，約占單臺機組額定工況總煙氣量的４％，設計年運行小時８０００小時，年生產(chǎn)食品級二氧化碳１０萬噸。設想一下，如果將全部煙氣中的二氧化碳進行捕集，其二氧化碳的數(shù)量和捕捉成本是非常驚人的。美國工程院院士、“全球氣候與能源計劃”（ＧＣＥＰ）負責人、斯坦福大學普里克特能源研究所所長林·奧爾認為，常規(guī)電廠加上ＣＣＳ技術之后，煤電的成本會在每千瓦時８美分～９美分（約合人民幣０．５４元～０．６１元）之間，比風電還要貴。

同樣的問題，遠達環(huán)保也在面對。劉藝表示，重慶合川雙槐電廠的碳捕集裝置總投資為１２３５萬元，該裝置是采用遠達環(huán)保研發(fā)團隊的自有技術，全部設備均由國內(nèi)采購，因此已經(jīng)大大降低了投資建設成本。但是，目前的裝置作為一個研發(fā)平臺，其處理的煙氣量不到電廠排放總煙氣量的１％。由此可見，如現(xiàn)階段果要使脫碳裝置與電廠煙氣排放配套、規(guī)模化發(fā)展，所需要的經(jīng)濟投入是相當大的。[page]“不過，我們對碳捕集裝置還是很有信心的。”劉藝說，“遠達環(huán)保下一步將通過二氧化碳捕集裝置的實驗運行，針對裝置整體運行管理機制、運行參數(shù)等進行優(yōu)化，對關鍵設備和吸收劑性能進行改進，降低捕集成本。其次，加快吸收劑的研發(fā)與改進研究，結合實驗與理論分析，研發(fā)出性能更為良好的吸收劑，以降低運行能耗，從而進一步降低運行成本。”目前，該裝置的能耗成本大概占總成本的４０％。

后續(xù)思考：“用”還是“藏”？

二氧化碳捕捉到了，接下來要如何處理呢？無論是華能集團的１０萬噸脫碳裝置，還是中電投集團的萬噸級碳捕集項目，都面臨著一個問題：再大的儲存罐，能存放的二氧化碳也是有限的，這也是世界范圍內(nèi)遇到的ＣＣＵ和ＣＣＳ的問題。中國工程院院士倪維斗曾表示：“對于中國來說，首先要做ＣＣＵ，把利用放在前面考慮。盡管從長遠來看，能用掉的二氧化碳很少。但起步的時候，要先立足于‘用’。”

專家介紹，二氧化碳的工業(yè)用途非常廣泛：在機器鑄造業(yè)，二氧化碳是添加劑；在金屬冶煉業(yè)，特別是優(yōu)質鋼、不銹鋼、有色金屬冶煉，二氧化碳是質量穩(wěn)定劑；在陶瓷塘瓷業(yè)，二氧化碳是固定劑；飲料啤酒業(yè)，二氧化碳是消食開胃的添加劑；做酵母粉，二氧化碳是促效劑；在消防事業(yè)中，二氧化碳是滅火劑。

然而，雖然用途非常廣泛，二氧化碳的用量卻并不大。據(jù)調(diào)查，目前上海市每年的二氧化碳用量大約為１５～１８萬噸。而華能上海石洞口二廠的碳捕集量就為１０萬噸／年，可以滿足整個市場需求量的近２／３。

因此，二氧化碳利用領域的開發(fā)與創(chuàng)新也必不可少。從清華大學一畢業(yè)就進入中電投遠達環(huán)保工作的伍靈博士如今已經(jīng)是該公司脫碳項目資源化利用領域的負責人，她告訴記者，如何再利用捉到的二氧化碳，是從２００６年項目籌劃之初就思考的問題了。“如果能夠開發(fā)新工藝，實現(xiàn)產(chǎn)生二氧化碳的企業(yè)與需要的企業(yè)對接，將有效推動對二氧化碳的資源化利用。”伍靈說，遠達環(huán)保計劃接下來將利用捕集所得二氧化碳建立中試級可降解塑料制備實驗裝置，有針對性地開展二氧化碳利用方面的技術研發(fā)。

對捕集到的二氧化碳進行利用，更大程度上是發(fā)揮替代效應，從而實現(xiàn)碳減排。目前，市場供應的二氧化碳產(chǎn)品中，有相當一部分來源于燃燒天然氣、燃燒石灰石、開采二氧化碳氣田等以生產(chǎn)二氧化碳為目的的制備方式。電廠捕集二氧化碳并進行精處理后，可以替代原有的二氧化碳生產(chǎn)方式，達到碳總量減排的目的。對二氧化碳捕集產(chǎn)品進行循環(huán)利用，實現(xiàn)總量控制和二氧化碳產(chǎn)品資源化，是目前國際上燃煤電站實現(xiàn)碳減排的主要處理方式。

當然，利用為先，也不能忽視儲存。針對“替代效應”的看法，遠達環(huán)保副總經(jīng)理、碳捕集項目總負責人杜云貴博士則認為，把二氧化碳安全而永久地“封存”起來，才能真正做到碳減排。然而，目前碳封存仍舊是ＣＣＳ技術中最復雜的環(huán)節(jié)，面臨諸多問題如：健康、安全和環(huán)境風險。在ＣＣＳ的應用中，將存在管道運輸相關聯(lián)的風險、地質封存滲漏引發(fā)的風險、二氧化碳注入海洋的風險等，這些風險將不可預見地影響人體健康、安全和生態(tài)環(huán)境；相關法律與法規(guī)的欠缺，沒有一個合適的法律框架以推進地質封存的實施，也沒有考慮到相關的長期責任；認識不足、封存技術研發(fā)、源匯匹配、風險評價與監(jiān)測等其他問題。對ＣＣＳ的認識存在不足，目前我國工業(yè)過程二氧化碳捕集、運輸技術已經(jīng)達到“一定條件下經(jīng)濟可行”的水平，但封存技術中有些技術是成熟的，有些還處在實驗研究階段,與大規(guī)模地質封存的要求，尤其是在設備產(chǎn)能和成本上還存在很大的差距,封存技術本身還要深入研究，還要更好地了解和封存地點的主要二氧化碳源的距離并建立捕獲、運輸和封存的成本曲線，同時需要在全球、地區(qū)和局部層面上改進對封存能力估算，要更好地了解長期封存、流動和滲漏過程等等。

在我國，目前中電投ＣＣＳ的碳封存的研究與開發(fā)主要集中在電投(北京)碳資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司，處于前期階段，對一些項目的地質封存等各種封存方式都在考慮之列，并針對廊坊ＩＧＣＣ項目、上海ＩＧＣＣ項目和集團煤制烯烴項目，研究了二氧化碳封存途徑。廊坊ＩＧＣＣ項目將同步建設二氧化碳捕集示范工程，利用緊鄰華北油田的優(yōu)勢開展EOR（二氧化碳油田回注增采）的應用研究。同時，中電投和國內(nèi)外多家科研院所建立了專題合作研究的基礎。其他關于二氧化碳封存的研究也正在進行：中石油集團在吉林油田開展的二氧化碳驅油（ＥＯＲ）試驗，主要針對二氧化碳封存技術進行研究；而神華集團計劃在鄂爾多斯進行１０萬噸／年二氧化碳鹽水層封存示范。

發(fā)展愿景：期待產(chǎn)業(yè)政策配套

環(huán)保產(chǎn)業(yè)，往往都是高投入產(chǎn)業(yè)。在投入的同時，我們或許無法立竿見影地感受到它所帶來的回報。劉藝笑著說：“難道，站在脫碳裝置邊上，就會感覺到空氣變好了？這當然不可能。”環(huán)保產(chǎn)業(yè)所帶來的經(jīng)濟和社會效應，是需要時間來檢驗的。在環(huán)保問題上，我們必須有長遠眼光。

目前，華能集團和中電投集團的碳捕集技術已經(jīng)走在國內(nèi)前列，并與國際水平基本同步。華能集團北京熱電廠二氧化碳捕集示范項目的３０００噸級碳捕集裝置已運行一年多，捕獲二氧化碳３５００余噸；其中華能上海石洞口第二電廠的１０萬噸／年碳捕集裝置是目前全球規(guī)模最大的，能耗指標達到國際先進水平。而中電投集團在重慶合川雙槐電廠萬噸級捕集裝置的基礎上，也將開展大型吸收設備強化和過程優(yōu)化的技術研究，建設１０萬噸級電廠二氧化碳捕集示范工程。

此外，兩家企業(yè)在基于ＩＧＣＣ（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）的燃燒前捕集技術研發(fā)方面也都各有進步：中國首座ＩＧＣＣ示范工程———華能天津ＩＧＣＣ項目率先通過國家發(fā)展改革委核準，并于去年開工建設。根據(jù)工程進度計劃，２０１０年，天津ＩＧＣＣ項目進入施工高峰期，預計年底完成設備安裝工作進入調(diào)試階段；中電投集團針對廊坊ＩＧＣＣ項目、上海ＩＧＣＣ項目和集團煤制烯烴項目，研究了二氧化碳封存途徑。廊坊ＩＧＣＣ項目將同步建設二氧化碳捕集示范工程，利用緊鄰華北油田的優(yōu)勢開展ＥＯＲ（二氧化碳油田回注增采）的應用研究。同時，中電投集團和國內(nèi)外多家科研院所建立了專題合作研究的基礎。

華能集團麾下的西安熱工研究院是我國潔凈煤燃燒的一支重要科研力量，研究院總工程師許世森是我國ＣＣＳ的領軍人物之一。他說：“２０年前，搞脫硫和脫硝被許多人認為是高成本、‘多此一舉’，但環(huán)境污染和修復環(huán)境的巨大代價使人們很快認識到，必須脫硫脫硝。此時，我們才發(fā)現(xiàn)自己沒有技術。今天的ＣＣＳ不能像當年搞脫硫脫硝一樣，都是引進國外技術，必須有自主技術，才能進一步降低造價。”

杜云貴在接受采訪時多次對記者強調(diào)，現(xiàn)在考察碳捕集項目，一定要注意區(qū)分一個概念，那就是技術平臺和產(chǎn)業(yè)化的區(qū)別。“當然，要真正地使這項技術在國內(nèi)有更好發(fā)展，恐怕還需要國家層面的政策支持和來自社會各界的理解和重視。我們期待國家盡快出臺相關的產(chǎn)業(yè)政策，扶持碳捕集技術。”他說。

高昂的成本是制約碳捕集技術迅速推廣的重要原因，除此之外，還有兩個方面因素。其一，其推廣過程還存在諸多不確定因素，不像脫硫，在技術已經(jīng)較成熟的情況下，國家出臺了強制標準，并給予了適當?shù)碾妰r補貼。剛剛起步的脫碳技術，更需要國家在政策上的傾斜。西方國家在這方面已經(jīng)有所行動：美國的經(jīng)濟刺激方案中有３４億美元用來啟動碳捕集技術的應用；歐盟已通過總量管制與排放計劃限制溫室氣體的排放，并公布了對去年使用碳捕集技術相關部門進一步的鼓勵措施；英國、澳大利亞和其他一些國家也都許諾要資助相關的示范項目。此外，電價補貼和征收碳稅將是更可取的辦法。對脫碳發(fā)電給予一定的電價補貼，可以補償電廠因配備脫碳裝置帶來的成本損耗；而征收碳稅可以提高二氧化碳的排放成本，并將這些稅收轉給電力企業(yè)進行技術開發(fā)。

另一方面，英國、澳大利亞等國已著手建立ＣＣＳ相關法規(guī)和標準，而我國這方面尚未起步。面對如此空白，監(jiān)管部門很難對ＣＣＳ的選址、運輸、運行以及后續(xù)活動進行合理、準確的評估和管理。杜云貴認為，應該把ＣＣＳ的一些前期工作放在國家層面來做，這樣也可以有效避免重復建設和浪費。政府應該從戰(zhàn)略布局出發(fā)，針對二氧化碳的捕集、封存及利用作出規(guī)劃，并協(xié)調(diào)各方面關系，打造真正的碳減排產(chǎn)業(yè)鏈條。