生物質(zhì)能碳捕集與封存Bioenergy with Carbon Capture and Storage,簡稱BECCS,將生物質(zhì)能與碳捕集封存技術(shù)相結(jié)合,對(duì)生物質(zhì)燃燒或轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的 CO2進(jìn)行捕集和封存,實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放,是支撐電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。今天,與大家分享華能碳中和研究所有關(guān)報(bào)告的部分內(nèi)容。
01
實(shí)現(xiàn)碳中和需要負(fù)碳技術(shù)
負(fù)碳技術(shù)是實(shí)現(xiàn)二氧化碳凈零排放的關(guān)鍵。人類社會(huì)生產(chǎn)生活不可避免的造成二氧化碳排放,通過經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能效提升、發(fā)展非化石能源等方式,無法將二氧化碳排放降至零,只能通過固碳技術(shù)或生態(tài)系統(tǒng)碳匯吸收,實(shí)現(xiàn)二氧化碳的“凈零排放”。據(jù)預(yù)測(cè),2060年我國二氧化碳排放量可控制在20億噸左右,生態(tài)系統(tǒng)碳匯能抵消13億噸左右,為實(shí)現(xiàn)碳中和,必須部署負(fù)碳技術(shù),進(jìn)一步捕集、吸收二氧化碳。
國家要求大力發(fā)展負(fù)碳技術(shù)。中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》要求,開展低碳零碳負(fù)碳和儲(chǔ)能新材料、新技術(shù)、新裝備攻關(guān),積極開展低碳零碳負(fù)碳技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》要求,開展低碳零碳負(fù)碳關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),推動(dòng)低碳零碳負(fù)碳技術(shù)裝備研發(fā)取得突破性進(jìn)展。國資委《關(guān)于推進(jìn)中央企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做好碳達(dá)峰碳中和工作的指導(dǎo)意見》提出,充分發(fā)揮中央企業(yè)創(chuàng)新主體作用,力爭在低碳零碳負(fù)碳先進(jìn)適用技術(shù)方面取得突破??萍疾俊犊萍贾翁歼_(dá)峰碳中和行動(dòng)方案》提出,要大力推動(dòng)低碳零碳負(fù)碳技術(shù)研發(fā),加強(qiáng)現(xiàn)有綠色低碳技術(shù)推廣應(yīng)用。
負(fù)碳技術(shù)是支撐電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)零碳的關(guān)鍵。電力行業(yè)是當(dāng)前二氧化碳排放最高的行業(yè),2020年,我國電力行業(yè)碳排放43億噸,占全國二氧化碳排放總量的37%。電力行業(yè)零碳化發(fā)展是我國實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ)和必要條件。據(jù)最新研究指出,我國電力系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)零碳,從深度低碳到零碳,推薦保留一定規(guī)模的火電,解決新能源發(fā)電長周期、季節(jié)性波動(dòng)帶來的保供問題,產(chǎn)生的碳排放不超過10億噸,通過CCS/CCUS技術(shù)移除。受燃燒后胺基捕集技術(shù)二氧化碳通過率90%的經(jīng)濟(jì)上限約束,化石能源機(jī)組加裝CCS/CCUS的二氧化碳捕集率理論上最高為90%,無法實(shí)現(xiàn)完全的“凈零”排放。因此,我國電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零碳,必須應(yīng)用一定規(guī)模的負(fù)碳技術(shù)。
02
BECCS是最具發(fā)展?jié)摿Φ呢?fù)碳技術(shù)
BECCS技術(shù)通過“生物質(zhì)利用+CCS/CCUS”的技術(shù)組合,實(shí)現(xiàn)了從生物質(zhì)原料產(chǎn)生到利用全過程的負(fù)碳排放。生物質(zhì)原料通過光合作用吸收了大氣中的二氧化碳,采用CCS/CCUS技術(shù)對(duì)生物質(zhì)原料利用過程中可能釋放的二氧化碳加以捕集,就全過程而言,消減了大氣中的二氧化碳。與其相比,“化石能源利用+CCS/CCUS”技術(shù)只能對(duì)化石燃料利用過程中釋放的二氧化碳加以捕集,就全過程而言,并未減少當(dāng)下大氣中的二氧化碳,不能實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放。
聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)、國際能源署(IEA)等研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為BECCS技術(shù)是必需的負(fù)碳技術(shù)。IPCC《全球溫升1.5℃特別報(bào)告》指出,在實(shí)現(xiàn)1.5℃溫控目標(biāo)的四種情景中,全部都應(yīng)用了BECCS技術(shù)。IEA《世界能源技術(shù)展望2020—CCUS特別報(bào)告》預(yù)測(cè),2030年后,BECCS技術(shù)開始大規(guī)模應(yīng)用;2050年、2070年,BECCS技術(shù)將分別抵消全球能源系統(tǒng)碳排放的7%、30%,約10億噸、27億噸二氧化碳;到2070年,全球1/4的生物質(zhì)能利用將采用BECCS技術(shù)。國家生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院《中國CCUS年度報(bào)告(2021)》預(yù)測(cè),2035年后,我國BECCS技術(shù)開始大規(guī)模應(yīng)用;到2040年、2060年,應(yīng)用BECCS技術(shù)將分別完成碳減排總量的8%~21%、30%~33%,約0.8~1億噸、3~6億噸二氧化碳。
目前,BECCS技術(shù)在全球范圍內(nèi)尚處于研發(fā)和示范階段,還不具備大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行的條件。據(jù)IEA統(tǒng)計(jì),截至2020年,全球共有BECCS項(xiàng)目13項(xiàng),分布在美國、歐洲、日本和加拿大,應(yīng)用于生物質(zhì)乙醇工廠、生物質(zhì)發(fā)電、垃圾焚燒等領(lǐng)域。在我國,一些研究機(jī)構(gòu)和高校開展了BECCS相關(guān)理論研究和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)探索,尚未建設(shè)BECCS示范項(xiàng)目。
BECCS技術(shù)在我國電力行業(yè)應(yīng)用潛力巨大。我國生物質(zhì)資源豐富。中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)分會(huì)《3060零碳生物質(zhì)能潛力藍(lán)皮書》指出,目前我國生物質(zhì)資源年產(chǎn)量為34.9億噸,其中作為能源利用的開發(fā)潛力為4.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,而實(shí)際應(yīng)用不足6000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。預(yù)計(jì)2060年,我國生物質(zhì)資源年產(chǎn)量將達(dá)到53.5億噸,作為能源利用的開發(fā)潛力將超過7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國生物質(zhì)發(fā)電近年來發(fā)展迅速,截至2021年底,生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)達(dá)到3598萬千瓦,已完成84個(gè)國家級(jí)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改項(xiàng)目。預(yù)計(jì)到2060年,生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)將超過1.8億千瓦,是目前的6倍。考慮我國“煤電+CCS/CCUS”技術(shù)已規(guī)?;痉兜默F(xiàn)狀,預(yù)計(jì)2030年,BECCS將在電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,達(dá)到500萬千瓦,到2060年達(dá)到8000萬千瓦。
03
我國電力行業(yè)加快發(fā)展BECCS技術(shù)的措施及建議
(一)明確發(fā)展BECCS的技術(shù)路線
盡快將BECCS納入碳中和關(guān)鍵技術(shù)體系,為煤電資產(chǎn)在碳中和時(shí)代綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展之路提供支撐。將“燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電+CCS/CCUS”與“生物質(zhì)發(fā)電+CCS/CCUS”作為發(fā)展BECCS技術(shù)的兩條關(guān)鍵路線。加大燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電摻燒比例,結(jié)合CCS/CCUS改造,推動(dòng)煤電機(jī)組向低碳甚至零碳電源轉(zhuǎn)變;加快發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電,推進(jìn)BECCS改造,增加負(fù)碳排放能力。
(二)加快推進(jìn)BECCS關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)
突破高比例燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技術(shù),提升生物質(zhì)發(fā)電的蒸汽參數(shù)和發(fā)電效率,降低發(fā)電成本;研制高效低能耗捕集溶液,突破低濃度煙氣捕集、二氧化碳加氫或化學(xué)轉(zhuǎn)化利用等關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)高效率、高通量大型分離設(shè)備,牽頭制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),形成完整的技術(shù)研發(fā)體系。
(三)積極推動(dòng)BECCS技術(shù)在我國規(guī)?;瘧?yīng)用
總結(jié)推廣“煤電+生物質(zhì)”耦合發(fā)電和已有CCS/CCUS示范項(xiàng)目的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),盡快啟動(dòng)生物質(zhì)耦合燃煤發(fā)電BECCS示范項(xiàng)目。綜合考慮生物質(zhì)資源可獲取量、二氧化碳利用與封存等條件,制定BECCS發(fā)展路線圖,培育上下游產(chǎn)業(yè)鏈深度融合的生態(tài)體系,推進(jìn)BECCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用。