中国低碳经济的战略转型（四）

4. CCS蓝图。

4.1.煤气化：中国低碳经济的领先技术

让我们回到1.2节的最初问题上——在将来碳限制的环境中中国如何利用煤能源？中国如何增加国内石油的供应以加强能源安全？——除了CCS，气化是解决问题的另外一个办法。

气化将煤的碳氢化合物的复杂混合转化为富氢合成气。与传统的煤的直接燃烧相比，煤气化是使用煤的更有效率、更清洁及更灵活的方式（Wit, 2007）如图21所示，合成气可以用作很多目的，可以增加能源供应的灵活性。更重要的是，气化可以帮助控制二氧化碳的排放，从合成气工厂捕捉比一般的燃煤厂更具成本效益。这意味着碳气化技术同CCS结合减少煤使用的二氧化碳排放上是一个无与伦比的组合。

图21：煤气化提高了能源系统的灵活性

此外，中国政府相信减少对外国石油供应的依赖是中国的长期利益。除了提高效率，替代能源的发展具有巨大的利益。替代能源的事情也正在考虑之中，但从目前的情况下，大量氢气基础设施的时间线和现成的能够负担得起的石油的时间线相比要长的多，中间性的液体运输燃料是合适的。

煤炭是当前唯一的大量可替代能源，足以满足在中国石油运输的需求。在替代能源中，很多方面最有前景就是甲烷，可以用基于煤气化的单一甲烷装置或者煤的多联产方式来进行生产。当然，另一种替代方式是车辆的电气化，至少在近期和中期严重的依赖于煤资源。甲烷的另一个优势是可以在内燃机的现有技术下有效使用。它可能是目前中国最有前景的用于大规模生产和基建设施的液体燃料。

4.2. 通向低碳经济

图22说明了CCS的蓝图。发明该蓝图是为了用来描述如何在低碳经济的长远目标下，在中国发展和部署CCS。特点如下：

•采用高效的关键性CCS实现技术作为近期目标，将CCS作为中长期目标。这个蓝图的设想也可以表述为“今天的能源经济技术是为了明天实行碳捕获”；

•将煤的气化和联产同CCS结合起来作为该战略的核心。

•准备好CCS技术为减少二氧化碳排放量做出贡献，为了使全球温室气体浓度控制在450ppm的二氧化碳当量。

图22：中国CCS蓝图

下面一节简单的描述了在中国开发和部署CCS技术的3个阶段：

4.2.1. 第一阶段（现在-2020年）：学习、示范并早日部署

到2020年，气化技术将可能会在煤化工业更密集的部署。碳捕获和存储也应该在该时间框架内，开始实验性示范项目，扩大商业化项目，并且进行早期商业部署。

第一个装备了CO2捕获技术的400兆瓦IGCC示范性项目也计划在该时期投入启动。2013年-2015年，华能的绿色煤电工程计划增加拥有CCS技术的400兆瓦的IGCC项目。同时，电力-化学和电力-钢铁多联产技术也会进行商业化应用，为碳捕获做好准备。

由于早期CCS工程为大规模的部署铺平了道路，这些工程将为需要装备CCS的发电站和工业部门提供早期学习经验。这一阶段在捕获和存储技术上研发的继续投入是非常重要的，是为了在早期开发低成本的CCS机会。这一阶段通过仔细监测和核查，在不同的地质条件下获得碳存储的足够信心，同时继续努力减少捕获成本。

如上所述，氨和甲醇产品的气体流通常含有高浓度的二氧化碳。只有压缩技术需要加压二氧化碳进行传输。这个优点使如今的捕获机会更具有经济性。还存在大量CCS示范工程的机会，包括现有的天然气加工、氢气制造、煤的液化设备中的碳捕获，这些地方的二氧化碳在同短距离的存储运输和存储方案相结合的过程中早就被分离出来，能够产生如EOR的收益。

4.2.2. 第二阶段（2020-2030年）：商业化

从2020到2030年，CCS能够越来越多的被部署在电力化工和电力钢铁的多联产工厂，假设这证明在示范性工程和早期的部署阶段可行。电力-化学-钢铁同CCS多联产可以被证明。在这个轨迹上，燃烧技术会继续被改进使得碳能够被更有效和便宜的获取——理想的看，目前为止，这一阶段在PC和IGCC的效能上没有显著差别。水泥部门PC的碳捕获和存储届时就能获得商业上的成功。

这一阶段，CCS可以被证明是新兴的低碳经济的实现技术，CCS在中国会成为重要的技术。

4.2.3. 第三阶段（2030年-）成熟发展

到2030年，很可能捕获成本会下降，所有新的大型碳排放都需要碳捕获技术。这一阶段，CCS将会成为所有化石燃料大型固定装置的标准采用技术，如同现在在其他污染物适用的情形一样。将会用CCS改装PC技术。电力-化学-钢铁同CCS的多联产会成为新的能力主体。

我们想强调该蓝图只是说明性的，而并非明确的。这份蓝图既不是政府性研究和发展计划也不是工业商业化计划，相反的，它为实现中国低碳经济长远目标开发了可能的技术路径。目的在于催化关于中国低碳经济的技术途径的讨论。作者希望这会作为正式的蓝图进程的脚踏石。

4.3. 未来的研究

这项研究以客观明确的方式为中国发展低碳经济提供了CCS蓝图。我们认为有两个重要问题值得通过以后的研究进行更深入的探讨。以下是一些讨论：

•在中国的环境下评估CCS经济：目前的高成本成为CCS被广泛使用的障碍，但是当世界范围内的技术改进以及商业应用方面得到更多的实践，随着时间的推移成本可能会下降。但是由于范围广泛的成本报价、实际示范项目的数量非常少以及关于成本如何计算的信息有限，加剧了对于真实经济的担忧。今后的研究应该直接对CCS的实际成本进行评估，特别是在中国的条件下。

•评估中国的二氧化碳地质储存容量：关于中国二氧化碳地质储存容量的知识相当有限，特别是按照合适含水层储存的区域分布来看的话(Li et al., 2006)。至关重要的是中国开始开发一种评估方法并且在全国范围内就中国的二氧化碳的地质储存潜能进行评估。一旦全国性评估完成，会需要更细致的实地对实地研究来确定二氧化碳储存早期示范性工程的可能选择。为了获得地质储存的更大信心，同时为了不断削减捕获成本，需要将CCS所有不同规模的示范性工程结合起来。因为建设、运营以及监测CCS示范性工程需要花费很多时间，这项研究需要立即开展起来。

5. 结论和建议

5.1. 结论

该研究对主要的碳捕获机会进行了讨论，同时也指出了中国的关键性CCS实现技术。我们的目标是为中国低碳经济建立可能的CCS蓝图。主要结论总结如下：

(1)在中国发电、钢铁、水泥、氨以及甲烷行业都具备进行碳捕获的潜能。虽然氨和甲烷行业对早期低成本的CCS示范性工程表现出来了兴趣，但是钢铁和水泥部门的碳捕获将需要相对新的技术来进行大的调整。CCS技术在这两个行业的广泛采用可能还需要花费数十年的时间。

(2)碳捕获技术是新生技术，具有巨大的能源罚金的作用。考虑到CCS的成本，在中国还不能进行大规模的部署。但是CCS商业化可行之前的未来数十年间，中国应该避免在碳密集项目上继续锁定投资。通过改善CCS可实现技术在能源效率并开发、示范、采用以及有效结合CCS技术，这条通往低碳经济的技术途径才能最好的实现。并且同CCS以及其实现技术并行协调的技术才能够取得发展。

(3)在所有的关键性CCS实现技术中，煤气化可能处于领先地位。在将来碳限制的时代它提供了利用煤的现代化解决方法：一旦煤气化后，合成气可以用做许多不同的目的，因此可以增加能源系统的灵活性；甲烷是最有希望替代固体燃料的能源，可以通过煤气化批量生产。对甲烷的新生需求同样会增加多联产的竞争优势。如果选择了电气化运输战略，气化发电同样提供了一条可能的途径。

(4)将来碳捕获技术的研发仍然是至关重要的，因为它可能需要很多年的时间去的成果。此外，当前捕获的高成本还难以接受，必须削减，这也需要时间。后燃及氧燃料技术的捕获成本看上去相当高，考虑到中国已经存在的大量PC发电厂，无疑需要能够承担得起的后燃技术。CCS的示范性工程也应该马上开展，因为需要花费时间监测在足够长的时间内存储的碳是安全的。如果在2020年到2030间CCS可以商业化，已经没有时间浪费在推进主要研发程序上了。

5.2. 建议

开发CCS是保护中国丰富煤炭资源在气候限制的世界保持高价值的一种方法。为了达到该目标，需要强大的战略和计划（考虑到目前和未来的条件）来保证任何新的基建项目和系统能够同时满足当前和未来需求——这就是为什么在这项研究中我们会开发CCS蓝图。以下是针对CCS蓝图的一些特别建议：

(a) CCS商业化需要3项先决条件。第一就是坚定的政治意愿。没有在未来需要CCS来避免气候变化威胁的坚定的政治意愿的话，企业不太可能在CCS上进行大量投资。解决气候变化需要国家在能源政策上作出努力，尽管部署工作非常困难，如同目前在中国动员把人送上月球一样。第二就是建立适当的足够的经济诱因。CCS面临的最大挑战就是当前逐步增加的额外成本。除非二氧化碳的减排具有附带的经济成本，没有公司愿意承担CCS的额外成本。第三就是严格的政策和监管框架。全面的政策和监管框架可以保证安全性以及二氧化碳长期的存储。这个框架意在为同时满足那些投资CCS技术的人的需求，同时也满足了公共需求，它回答了对这项新兴技术是否会防止气候变化的有关问题及关注。

在政策层面，所有的实体和利益相关者应该一起为实现上述三项先决条件而努力。

(b)技术创新会对达成该蓝图的战略目标祈祷至关重要的作用。尽管国际性合作在分担成本、风险以及知识方面也同样有利于，但是利用“中国制造”的方法达到技术创新的蓝图可以帮助中国实现低碳经济的愿景。

(c)考虑到中国在气化技术方面已经存在的强大优势，可以发展其在捕获和存储方面的补充能力。技术转化的各种形式可以缩短中国CCS应用的时间。

(d)将二氧化碳的捕获增加到现有工厂并不是简单的终端管道的修改。为了使得当前新建工厂在将来具备“捕获和存储”能力是极其关键的，因为在CCS应用之前重要的能力已经兴建了。没有“捕获准备”的话，每个工厂在新一代来临之间都将锁定二氧化碳的高排放。当前紧急需要确定标准保证新厂都具有“捕获准备”。

(e)蓝图的信息反映了当今为了保证实现低碳经济的愿景而需要采取的行动。

致谢

作者感谢肯尼迪学院政府能源技术创新政策研究小组，威廉和弗洛拉休利特基金会，BP的碳减排计划，BP替代能源，大卫和露西尔帕卡德基金会以及壳牌公司的财政支持。

参考资料：

AISI, 2008 American Iron and Steel Institute (AISI), 2008. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.steel.org .

Al-Juaied and Whitmore, 2009 Al-Juaied, M., Whitmore, A., 2009. Realistic costs of carbon capture. Discussion Paper, Cambridge, Mass.: Belfer Center for Science and International Affairs, June 2009.

BP, 2008 BP, 2008. BP Statistical Review of World Energy, June 2008.

Borlée, 2007 Borlée, J., 2007. Low CO2 steels—ULCOS project. IEA Deployment Workshop, 9 October 2007.

Chen, 2008 Chen, W., 2008. Clean coal technology development in China. International Conference on China Energy, 4 September 2008, Hong Kong, China.

Chu and Zhao, 2008 M. Chu and Q. Zhao, Present status and development perspective of direct reduction and smelting reduction in China, China Metallurgy 18 (9) (2008), pp. 1–9.

Christmas, 2008 Christmas, I., 2008. Meeting the challenge of climate change, 5th China International Steel Congress, 2 June 2008, Shanghai, China.

Chikkatur and Ambuj, 2007 Chikkatur, A.P., Ambuj, D.S., 2007. Cleaner power in India: towards a clean-coal-technology roadmap. Discussion paper, Cambridge, Mass.: Belfer Center for Science and International Affairs, December 2007.

CETC, 2006 CANMET Energy Technology Centre (CETC), 2006. Canada's Carbon Dioxide Capture and Storage Technology Roadmap. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.co2trm.gc.ca .

Daim and Oliver, 2008 T.u. Daim and T. Oliver, Implementing technology roadmap process in the energy services sector: a case study of a government agency, Technological Forecasting and Social Change 75 (2008), pp. 687–720. Abstract | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (1)

Electric Power Technology Editorial Office (EPTEO), 2009 Electric Power Technology Editorial Office (EPTEO), Development of China's electric power industry, Electric Power Technology (3) (2009), pp. 1–6.

EES, 2008 Environmental Engineering Solution (EES), 2008. Environment-friendly Corex process of iron and steel making. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fenvironmentengineering.blogspot.com%252F .

ECRA, 2007 European Cement Research Academy (ECRA), 2007. Carbon capture technology—options and potentials for the cement industry.

EU, 2007 EU, 2007. The EU Flagship Programme—The key to making CO2 Capture and Storage (CCS) commercially viable by 2020. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.zero-emissionplatform.eu%252Fwebsite%252Fdocs%252F .

GCCSI, 2009 Global CCS Institute (GCCSI), 2009. http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.globalccsinstitute.com%252F .

Gibbins and Chalmers, 2008 J. Gibbins and H. Chalmers, Carbon capture and storage, Energy Policy 36 (2008), pp. 4317–4322. Article | PDF (511 K) | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (1)

G8, 2008 G8, 2008. G8 Hokkaido–Toyako Final Declarations. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.issi.it%252Fdocuments%252FG8%25252008%252520Hokkaido%252520Declarations.pdf .

GreenGen, 2005 GreenGen, 2005. http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.greengen.com.cn%252F .

Garcia and Bray, 1997 Garcia, M.L., Bray, O.H., 1997. Fundamentals of Technology Roadmapping. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.sandia.gov%252FPHMCOE%252Fpdf%252FSandia'sFundamentalsofTech.pdf .

Haruo and Satoshi et al., 2007 O. Haruo and T. Satoshi et al., Anshan iron & steel group corporation, China, construction and operation experience of 300 MW blast furnace gas firing combined cycle power plant, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Technical Review 44 (4) (2007), pp. 1–6.

IEA, 2008a International Energy Agency (IEA), 2008a. CO2 Emissions from Fuel Combustion.

IEA, 2008b IEA, 2008b. CO2 Capture and Storage: A Key Carbon Abatement Option.

IEA, 2008c IEA, 2008c. World Energy Outlook 2008.

IEA, 2007 IEA, 2007. World Energy Outlook 2007: China and India Insights.

IPCC, 2005 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2005. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage.

Lee et al., 2009 S.K. Lee and G. Mogi et al., Energy technology roadmap for the next 10 years: the case of Korea, Energy Policy 37 (2009), pp. 588–596. Article | PDF (610 K) | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (0)

Liu et al., 2008 Liu, H., Gao, J., et al., 2008. Promotion of the IGCC Technology in China for Power and Fuel Production. Tsinghua–BP Clean Energy Research and Education Center report.

Liu and Gallagher, 2008 H. Liu and K.S. Gallagher, Driving carbon capture and storage forward in China, Energy Procedia 1 (1) (2008), pp. 3877–3884 2009.

Li and Hao et al., 2007 C. Li and S. Hao et al., Perspective of Corex in China, Journal of Hebei Institute of Technology 29 (2) (2007), pp. 44–47. Full Text via CrossRef | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (18)

Li and Liu et al., 2006 X. Li and Y. Liu et al., Ranking and screening of CO2 saline aquifer storage zones in China, Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 25 (5) (2006), pp. 963–968. View Record in Scopus | Cited By in Scopus (3)

Li and Cai et al., 2004 Z. Li and N. Cai et al., Performance analysis of integrated blast furnace gas combined cycle system, Journal of Engineering Thermophysics 25 (2) (2004), pp. 193–196. View Record in Scopus | Cited By in Scopus (0)

Li and Chen et al., 1999 Y. Li and H. Chen et al., Research and development of BL direct reduction process, Iron and Steel 34 (9) (1999), pp. 6–10. View Record in Scopus | Cited By in Scopus (7)

Lu and Wu et al., 2007 W. Lu and Y. Wu et al., Production of sponge iron by the technology of producing reduction gas from clean coal, Fuel & Chemical Processes 38 (5) (2007), pp. 4–8.

Mao, 2008 Mao, J., 2008. Status and development of China's electric power. Asia Clean Energy Forum, 3–5 June 2008, Manila, Philippines.

MIT, 2007 Massachusetts Institute of Technology (MIT), 2007. The Future of Coal. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fweb.mit.edu%252Fcoal%252F .

Meng and Williams et al., 2006 K.C. Meng and R.H. Williams et al., Opportunities for low-cost CO2 storage demonstration projects in China, Energy Policy 35 (4) (2006), pp. 2368–2378 2007.

MOST, 2006 Ministry of Science and Technology of China (MOST), 2006. Funding application guideline of “863” major project: coal polygeneration demonstration.

Ma, 2003 Ma, L., 2003. Research on polygeneration system of methanol and electricity based on coal gasification, PhD dissertation. Tsinghua University, Beijing, China.

National Bureau of Statistics (NBS) and National Development and Reform Commission (NDRC), 2008 National Bureau of Statistics (NBS), National Development and Reform Commission (NDRC), China Energy Statistical Yearbook 2007, China Statistics Press, Beijing (2008).

NBS, 2009 NBS, 2009. Statistical Communiqué on the 2008 National Economic and Social Develop. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.stats.gov.cn%252Ftjgb%252Fndtjgb%252Fqgndtjgb%252Ft20090226_402540710.htm .

NBS, 2007 NBS, China Statistical Yearbook 2007, China Statistics Press, Beijing (2007).

NDRC, 2006 National Development and Reform Commission (NDRC), 2006. Exposure Draft of Mid- & Long-Term Development Plan of Coal Chemical Industry.

Steel Grips, 2008 Steel Grips, 2008. Second Corex plant for Baosteel, China. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.steel-grips.com%252Fnewsdesk%252Fasia%252FSecond_Corex_Plant_for_Baosteel_China.html .

TFEST, 2003 Task Force on Energy Strategies and Technologies (TFEST), 2003. Transforming coal for sustainability: a strategy for China. Report by the Task Force on Energy Strategies and Technologies to the China Council for International Cooperation on Environment and Development.

US DOE, 2008 US DOE, 2008. DOE announces restructured FutureGen approach to demonstrate Carbon Capture and Storage technology at multiple clean coal plants. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Ffossil.energy.gov%252Fnews%252Ftechlines%252F2008%252F08003-DOE_Announces_Restructured_FutureG.html .

WWF International, 2008 WWF International, 2008. A blueprint for a climate friendly cement industry. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fassets.panda.org%252Fdownloads%252Fenglishsummary__lr_pdf.pdf .

Wang, 2008 Wang, L., 2008. The energy management and emission control with Chinese cement industry. Cleaning up China's cement Sector: China Environment Forum, Washington D.C., USA.

WSA, 2008a World Steel Association (WSA), 2008a. Sustainablility report of the world steel industry. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.worldsteel.org .

WSA, 2008b World Steel Association (WSA), 2008b. World Steel in Figures 2007.

Wit, 2007 Wit, P.D., 2007. Driving clean coal forward. Gasification Technologies Conference 2007, 16 October 2007, San Francisco, CA, USA.

Xu, 2007 Xu, S., 2007. GreenGen-near zero emission coal based power demonstration project in China. 2007’ International Workshop on IGCC & Co-Production and CO2 Capture & Storage, 23 May 2007, Beijing, China.

Xiao, 2007 Xiao, Y., 2007. IGCC and co-production in China. 2007’ International Workshop on IGCC & Co-Production and CO2 Capture & Storage, 23 May 2007, Beijing, China.

Yin and Song et al., 2003 J. Yin and G. Song et al., Oxygen blast furnace and combined cycle (OBF-CC)—an efficient iron-making and power generation process, Energy 28 (2003), pp. 825–835.

Zhao, 2008 Zhao, W., 2008. Milestone of China Electric Power Industry. Available: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=RedirectURL&_method=externObjLink&_locator=url&_cdi=5713&_plusSign=%2B&_targetURL=http%253A%252F%252Fwww.zzepsa.com .

Zhou et al., 2006 Zhou, Z., Yu, G., et al., 2006. Commercial applications of the opposed multi opposed multi-burner gasification technology. Gasification Technologies 2006 Conference, 1–4 October 2006, Washington, DC, USA.

Zhang, 2006 Zhang, Y., 2006. Research of the Polygeneration System Based on Corex Technique. PhD dissertation, Tsinghua University, Beijing, China.

Zhang and Bi, 2005 Zhang, S., Bi, X., 2005. The situation of CO2 emission from China's steel industry and the prospect of emission reduction. In: Proceeding of China Iron and Steel Annual Conference.

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