环境中国 治污方案 前沿技术:碳中和目标下电力行业如何加快发展BECCS技术

前沿技术:碳中和目标下电力行业如何加快发展BECCS技术

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生物质能碳捕集与封存Bioenergy with Carbon Capture and Storage,简称BECCS,将生物质能与碳捕集封存技术相结合,对生物质燃烧或转化过程中产生的 CO2进行捕集和封存,实现负碳排放,是支撑电力行业实现碳中和目标的关键技术之一。今天,与大家分享华能碳中和研究所有关报告的部分内容。

01

实现碳中和需要负碳技术

负碳技术是实现二氧化碳净零排放的关键。人类社会生产生活不可避免的造成二氧化碳排放,通过经济结构转型、能效提升、发展非化石能源等方式,无法将二氧化碳排放降至零,只能通过固碳技术或生态系统碳汇吸收,实现二氧化碳的“净零排放”。据预测,2060年我国二氧化碳排放量可控制在20亿吨左右,生态系统碳汇能抵消13亿吨左右,为实现碳中和,必须部署负碳技术,进一步捕集、吸收二氧化碳。

国家要求大力发展负碳技术。中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》要求,开展低碳零碳负碳和储能新材料、新技术、新装备攻关,积极开展低碳零碳负碳技术研发应用。国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》要求,开展低碳零碳负碳关键核心技术攻关,推动低碳零碳负碳技术装备研发取得突破性进展。国资委《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》提出,充分发挥中央企业创新主体作用,力争在低碳零碳负碳先进适用技术方面取得突破。科技部《科技支撑碳达峰碳中和行动方案》提出,要大力推动低碳零碳负碳技术研发,加强现有绿色低碳技术推广应用。

负碳技术是支撑电力行业实现零碳的关键。电力行业是当前二氧化碳排放最高的行业,2020年,我国电力行业碳排放43亿吨,占全国二氧化碳排放总量的37%。电力行业零碳化发展是我国实现碳中和的基础和必要条件。据最新研究指出,我国电力系统发展的目标是实现零碳,从深度低碳到零碳,推荐保留一定规模的火电,解决新能源发电长周期、季节性波动带来的保供问题,产生的碳排放不超过10亿吨,通过CCS/CCUS技术移除。受燃烧后胺基捕集技术二氧化碳通过率90%的经济上限约束,化石能源机组加装CCS/CCUS的二氧化碳捕集率理论上最高为90%,无法实现完全的“净零”排放。因此,我国电力系统实现零碳,必须应用一定规模的负碳技术。

02

BECCS是最具发展潜力的负碳技术

BECCS技术通过“生物质利用+CCS/CCUS”的技术组合,实现了从生物质原料产生到利用全过程的负碳排放。生物质原料通过光合作用吸收了大气中的二氧化碳,采用CCS/CCUS技术对生物质原料利用过程中可能释放的二氧化碳加以捕集,就全过程而言,消减了大气中的二氧化碳。与其相比,“化石能源利用+CCS/CCUS”技术只能对化石燃料利用过程中释放的二氧化碳加以捕集,就全过程而言,并未减少当下大气中的二氧化碳,不能实现负碳排放。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)、国际能源署(IEA)等研究机构认为BECCS技术是必需的负碳技术。IPCC《全球温升1.5℃特别报告》指出,在实现1.5℃温控目标的四种情景中,全部都应用了BECCS技术。IEA《世界能源技术展望2020—CCUS特别报告》预测,2030年后,BECCS技术开始大规模应用;2050年、2070年,BECCS技术将分别抵消全球能源系统碳排放的7%、30%,约10亿吨、27亿吨二氧化碳;到2070年,全球1/4的生物质能利用将采用BECCS技术。国家生态环境部环境规划院《中国CCUS年度报告(2021)》预测,2035年后,我国BECCS技术开始大规模应用;到2040年、2060年,应用BECCS技术将分别完成碳减排总量的8%~21%、30%~33%,约0.8~1亿吨、3~6亿吨二氧化碳。

目前,BECCS技术在全球范围内尚处于研发和示范阶段,还不具备大规模商业化运行的条件。据IEA统计,截至2020年,全球共有BECCS项目13项,分布在美国、欧洲、日本和加拿大,应用于生物质乙醇工厂、生物质发电、垃圾焚烧等领域。在我国,一些研究机构和高校开展了BECCS相关理论研究和实验室规模的试验探索,尚未建设BECCS示范项目。

BECCS技术在我国电力行业应用潜力巨大。我国生物质资源丰富。中国产业发展促进会生物质能产业分会《3060零碳生物质能潜力蓝皮书》指出,目前我国生物质资源年产量为34.9亿吨,其中作为能源利用的开发潜力为4.6亿吨标准煤,而实际应用不足6000万吨标准煤。预计2060年,我国生物质资源年产量将达到53.5亿吨,作为能源利用的开发潜力将超过7亿吨标准煤。我国生物质发电近年来发展迅速,截至2021年底,生物质发电装机达到3598万千瓦,已完成84个国家级燃煤耦合生物质发电技改项目。预计到2060年,生物质发电装机将超过1.8亿千瓦,是目前的6倍。考虑我国“煤电+CCS/CCUS”技术已规模化示范的现状,预计2030年,BECCS将在电力行业实现规模化应用,达到500万千瓦,到2060年达到8000万千瓦。

03

我国电力行业加快发展BECCS技术的措施及建议

(一)明确发展BECCS的技术路线

尽快将BECCS纳入碳中和关键技术体系,为煤电资产在碳中和时代绿色转型发展之路提供支撑。将“燃煤耦合生物质发电+CCS/CCUS”与“生物质发电+CCS/CCUS”作为发展BECCS技术的两条关键路线。加大燃煤耦合生物质发电掺烧比例,结合CCS/CCUS改造,推动煤电机组向低碳甚至零碳电源转变;加快发展生物质发电,推进BECCS改造,增加负碳排放能力。

(二)加快推进BECCS关键技术研发

突破高比例燃煤耦合生物质发电技术,提升生物质发电的蒸汽参数和发电效率,降低发电成本;研制高效低能耗捕集溶液,突破低浓度烟气捕集、二氧化碳加氢或化学转化利用等关键技术,开发高效率、高通量大型分离设备,牵头制定相关标准,形成完整的技术研发体系。

(三)积极推动BECCS技术在我国规模化应用

总结推广“煤电+生物质”耦合发电和已有CCS/CCUS示范项目的先进经验,尽快启动生物质耦合燃煤发电BECCS示范项目。综合考虑生物质资源可获取量、二氧化碳利用与封存等条件,制定BECCS发展路线图,培育上下游产业链深度融合的生态体系,推进BECCS技术实现规模化应用。hua

华能碳中和研究所
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作者: 边走边看

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