煤的未来——碳捕集技术的应用前景

http://www.chinairn.com 发稿日期:2007-8-3

    由于气候变暖的罪魁祸首是二氧化碳排放量过大，因此，减少二氧化碳的排放量是解决全球性气候变暖问题的关键所在。尽管燃煤是二氧化碳的主要来源，但是，当前它仍然是世界上不可替代的主要能源之一(占能源总消耗量的25%)。因此，当前对各国政府的挑战是：在使用煤作为主要能源的同时，如何减少二氧化碳的排放量，即利用清洁煤技术减少温室气体效应。为此，美国麻省理工学院(MIT)的一个研究小组在2004年启动了题为“煤的未来”的研究项目，其目的是为政府寻找可行的措施，以便确保那些有助于达到减少碳排放目标的各项技术能得到顺利的推广。这项研究的成果将有助于美国政府在减少碳排放方面制定一项全面的政策。2007年5月，作为这项研究的成果，MIT公布了题为“煤的未来——一个限碳世界的抉择”的长篇报告。
 
　　这份报告传递的主要信息是：
 
　　(1)使决策者和公众建立信心，控制碳排放量的实际措施是可行的；(2)如果早做准备，一旦实行控制碳排放量的政策，就可缩短碳捕集技术(CCS)的推广时间，其成本也将会降低；(3)面临日益严峻的能源需求，为最廉价而随处可得的能源提供机遇。
 
　　煤是丰富而廉价的能源
 
　　以下一组数字充分说明，由于煤是丰富的廉价能源，所以在可预见的未来，煤的使用将继续增长，二氧化碳排放量也会继续增加。
 
　　·美国50%的电力来自燃煤；
 
　　·美国现有的500多座燃煤电厂(500兆瓦装机容量)平均运转了35年，每年排放的二氧化碳约15亿吨；
 
　　·目前中国每周有两座燃煤电厂(500兆瓦装机容量)投入建设；
 
　　·一座500兆瓦装机容量的燃煤电厂每年要排放300万吨二氧化碳；
 
　　·如果美国燃煤电厂产生的二氧化碳的60%被捕集并压缩为液体，其体积约等于美国每天的石油消耗量(2000万桶)；
 
　　·煤的成本为石油或天然气的六分之一；
 
　　·美国、中国、印度拥有丰富的煤炭资源。
 
　　征收“碳使用费”控制煤的使用量
 
　　为了用经济手段来控制煤的使用量，MIT的研究小组提出，可对碳排放征收“碳使用费”，该小组运用自主开发的“排放预测与政策分析”(EPPA)模型来分析在不同水平和时点推行碳使用费政策时全球的煤使用量和二氧化碳排放量。他们预计，当执行上述政策时，全球经济将做出多种反应：减少能源使用量；改用含碳量低的燃料；改进新老发电厂的能源利用率；采用新的控碳技术(如碳捕集技术)等。
 
　　不过，专家认为，采用新的控碳技术(如碳捕集技术)是效果比较满意的对策，因为大规模的碳捕集系统能在严格控制二氧化碳排放量的同时继续使用煤作为主要能源。据测算，到2050年，如采用碳捕集技术，燃煤产生的二氧化碳排放量只有不采用此项技术的一半左右。当然采用碳捕集技术是需要投入的，从而会增加煤的使用成本。但是如果实行“碳使用费”政策，就有可能增加碳捕集技术的竞争力，从而使这项技术得到广泛应用。专家估计，当政府对每吨二氧化碳排放量征收30美元的“碳使用费”时，采用碳捕集技术的燃煤系统在经济上将比不采用此项技术的系统有竞争力。因为他们估算，碳捕集和压缩的成本是每吨25美元，而运输和贮存的成本为每吨5美元。
 
　　如何推广碳捕集技术
 
　　碳捕集技术的推广主要受以下两个因素的影响：一是推出征收“碳使用费”的时点和费用的高低；二是碳捕集技术的成熟程度及其商业应用和示范作用。虽然这两个因素目前还不能完全确定，但当务之急是，对一个采用碳捕集技术的大型系统的所有主要组成部分所涉及的技术因素在技术、经济和环保方面的实际效果作一次全面的综合示范。示范的规模十分关键。专家认为，目前应优先实施每年捕集100万吨二氧化碳的示范项目。
 
　　要实施上述示范项目，就必须有一个得到公众和政治上支持的立法程序。这个立法程序要解决产权的界定、碳封存地点的审核批准和监督、赔偿安排等机制和法规问题。一个碳捕集项目的法律程序包括地点选择、注入操作、在顺利运行一段时间后如何向权力机构转移管辖权等。
 
　　专家认为，大规模的二氧化碳注入项目是安全的，但是封存项目尚未通过建模、监察和验证来解决突出的技术问题。每个封存地点都需要具体研究，并要调查各类地质条件。专家估计，要全面完成各种地质条件下的示范任务，美国要实施3个大规模的碳捕集项目，而全世界要实施约10个此类项目。估计每个项目的投入每年约为1500万美元，周期为10年。
 
　　政府的支持是关键
 
　　由于燃煤电厂还没有碳捕集的实际运作经验，政府也没有开始征收“碳使用费”，因此私营企业尚无参与此类项目的积极性。因此，上述示范项目都需要政府的支持。在技术应用层面上，碳捕集技术仍不成熟，因此，该项技术的研发工作也需要政府的大力支持。
 
　　美国《2005年能源法》中有授权联邦政府支持采用“综合气化联合循环”(1GCC)设备发电的燃煤电厂。专家认为，应当只支持采用碳捕集技术的这类燃煤电厂(无论是新建的还是改造的)。目前由于尚未实施征收“碳使用费”的政策，因此，电力公司在筹建新的燃煤电厂时都采用“煤超临界粉末化”(SCPC)设备，因为这样发电的成本低于采用IGCC的发电成本。但是将来政府一旦实施征收“碳使用费”政策时，就会出现要改造大量燃煤电厂的问题。所以专家建议：如果联邦政府支持燃煤电厂项目，应当仅限于采用“碳捕集技术”的项目。
 
　　原先设计时没有采用碳捕集技术的燃煤电厂，无论它采用SCPC设备、还是IGCC设备，在实施“碳使用费”政策后都将面临重大技术改造。这类改造不是仅仅在流程中增添一个“碳捕集”设备就行了，需要改造所有的流程条件。这样就要相应的改造涡轮机、热效率、气体清洁系统等设备才能保证生产效率。据目前的工艺水平估计。，改造采用IGCC设备的电厂的费用似乎低于改造采用SCPC设备的电厂的费用。但这两类电厂改造前后的净价值在很大程度上取决于实施“碳使用费”的时点和费用的高低。
 
　　减少二氧化碳排放量是全球性问题
 
　　减少二氧化碳排放量能否成功，归根结底取决于各个大国(无论发达国家和发展中国家)是否恪守减排的政策。目前相关的国际协议进展甚微。美国甚至既不签署减少温室气体排放的“京都议定书”，也没有制定联邦政府一级的强制减排政策。不过，美国人已将全球变暖看成是美国面临的头号环保问题。70%的公众认为，应当进一步努力减少温室气体排放量。过去三年间，愿意掏钱解决这一问题的人数也增长了50%。
 
　　但是，中国和印度两国的能源发展表明，中国和印度政府实施限制碳排放量的政策尚需时日。如果它们愿意解决这一问题，碳捕集技术就是一项重要技术。目前在美国开展有关碳捕集技术的研发和商业化的探索，对于将来采取严格控制二氧化碳排放量措施的中、印两国将是十分重要的。