碳捕集、利用与封存技术专刊 特约主编寄语

2020年中国向国际社会承诺“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。中国碳中和目标的提出,彰显了我国绿色低碳发展的决心,对应对气候变化和中国未来社会经济发展具有重大影响。碳中和目标实现路径的相关研究表明,中国能源转型和二氧化碳减排的速度和力度要比发达国家大得多。目前我国能源结构正在发生快速而深刻的变革,风电、光伏成为能源供应增量的主体,其波动性、不稳定性对电网稳定运行和供电安全提出重大挑战;高比例可再生能源接入后,化石能源仍将是支撑电网安全稳定运行、保证能源安全供应的压舱石,需要发展碳捕集、利用与封存(CCUS)技术来确保碳中和目标的实现。     

燃煤电厂碳捕集、利用与封存商业模式与政策激励研究

碳捕集、利用与封存（carbon capture,utilization and storage,CCUS）产业化面临成本高昂、技术安全性及公众接受性等多重挑战,但是,缺乏成熟的商业模式以及相应的政策激励,更是阻滞CCUS技术产业化发展的重要因素。因此,探索可行的CCUS商业模式,并制定相关激励政策,对于促进CCUS商业化部署、实现国家碳中和目标具有重要意义。以燃煤电厂为重点,构建系统动力学模型,从经济、技术可行性以及减排效益等层面对比分析了2种不同的CCUS商业模式,并对不同激励政策情景下系统运行效果进行评估。结果表明,垂直整合模式是目前中国最有发展潜力的CCUS商业模式,不同的激励政策会引起CCUS系统发生不同的变化。基于研究结论,本文提出制定差异化的发电配额补贴政策、积极发展碳排放权交易市场等建议。     

考虑碳预算与碳循环的能源规划方法及建议

实现碳中和,能源领域碳减排是关键。为研究面向碳中和的能源规划,文章首先分析了碳中和与碳预算之间的关系,之后提出了碳中和目标下考虑碳预算与碳循环的能源规划方法,进而从规划目标、研究范式、碳约束、市场因素等方面与其他能源规划方法进行了对比,最后针对未来能源规划中需要重点关注的能源耦合、碳价设置等问题,提出了相关建议。此方法可为后续面向碳中和的能源规划提供参考。     

碳中和背景下中国碳捕集、利用与封存项目经济效益和风险评估研究

在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,中国提出了努力到2060年实现碳中和的明确气候目标。碳捕集、利用与封存（CCUS）被认为是未来实现碳中和愿景的关键技术,为CCUS项目建立合理的商业模式是未来推动CCUS项目在中国进行大规模部署的必要环节。通过对中国现有CCUS示范项目和国际大型一体化CCUS项目的分析发现,CCUS项目未来的商业模式必须包括政府指导、配套激励政策支持、碳交易市场支持、企业联合投资或成立合资公司分担风险,以及结合具有高附加值的二氧化碳利用技术。以广东省某超超临界燃煤电厂为例,利用净现值法和@risk软件对百万吨级的碳捕集结合二氧化碳提高采收率项目进行经济效益和风险评估,结果显示,在当前油价和碳价均属于较低水平的情况下,缺乏完善商业模式的高附加值项目仍有可能实现盈利。随着全国碳市场的完善带来的碳价增长,全球经济实现复苏导致的油价上升,均有望对CCUS项目的经济效益产生积极影响,未来十年将成为CCUS发展的关键时间节点。     

氢能与碳捕集、利用与封存产业协同发展研究

氢能是未来最具有发展潜力的二次能源,对发展低碳经济的作用显著,但是利用化石能源制氢,获得氢气的同时会排出大量CO2,这严重制约氢能的发展。碳捕集、利用与封存（CCUS）是一种CO2减排技术,氢能与CCUS技术耦合,有利于氢能与CCUS产业的协同发展。本文从国家层面系统调研了全国氢能产业发展的政策以及规划,对氢能发展政策与CCUS技术激励政策进行了对比分析。在我国典型区域,根据氢能发展规模分析了该区域氢能的CO2排放规模;同时结合典型区域CCUS技术的减排潜力,对氢能与CCUS技术的源汇匹配情况进行了评估,并分析了两者协同对地方经济及就业的影响。在技术层面,对氢能技术链条中碳排放特征进行了分析,对氢能与CCUS技术耦合的可行性进行了讨论,并提出了氢能与CCUS技术耦合优化的建议。通过政策协调、技术耦合、不同层面的推广与示范,氢能和CCUS技术在未来的能源产业可以实现协同发展。     

中国能源电力碳中和实现路径及实施关键问题

结合中国经济社会和能源电力发展的现实国情,分析中国碳中和机理框架和中国能源互联网减排思路。按照全社会减排成本最优,应用综合评估模型MESSAGE研究提出中国全社会碳中和整体路径和能源电力系统转型路径,结果表明：中国2060年前全社会实现碳中和路径总体可按尽早达峰、快速减排、全面中和3个阶段推进,全社会碳排放2028年左右达峰,2060年90%能源需求由非化石能源满足,全社会2/3的能源使用均为电能,实现能源使用体系全面转型。同时着重分析了实现碳中和过程中减排速度和节奏、电力系统平衡调节、转型成本和疏导等关键问题。     

碳市场对碳捕集、利用与封存产业化发展的影响

我国统一碳市场的正式成立为碳捕集、利用与封存（CCUS）产业化发展提供了商业化机遇,对CCUS在碳市场背景下商业化机制和产业化发展的分析和评估具有重要意义。借鉴欧盟和美国碳市场发展经验,在分析我国碳市场和CCUS现状的基础上,探讨了我国碳市场与CCUS之间相互推动的关系。碳市场交易与CCUS最终目的均为碳减排,碳市场的成立体现了政府干预与市场机制相互结合的原则,配额分配是碳市场的关键核心,CCUS的产业化发展可借鉴碳市场的发展经验出台国家层面的政策指导与宏观设计,初步设计CCUS产业化发展阶段。碳市场碳定价是支持CCUS发展的重要工具,我国碳市场与CCUS之间可以实现相互促进协同发展。     

碳达峰、碳中和目标下中国核能发展路径分析

在碳达峰、碳中和目标下（简称“双碳”目标）,中国能源系统将继续加快清洁低碳转型。核能具有生产过程不排放温室气体、全寿期碳排放量小、能量密度高、无间歇性等优点,可通过规模替代化石能源助力能源系统转型。通过梳理中国能源系统现状和核能发展基础,总结多方研究给出的能源发展目标,分析核能在发电、制氢、区域供热、海水淡化等领域的发展机遇,量化分解出阶段性发展子目标并匹配相应技术路线,总结提出核能行业发展路径,指出下一步工作重点为重塑核能在能源系统中的定位、坚持创新驱动发展、坚持与经济社会协调发展等,提出并讨论安全和公众接受性、经济性、灵活性等需要关注问题,为推动核能行业高质量发展提供政策建议。     

碳中和背景下我国电力碳排放水平分析

电力低碳化转型对我国实现碳中和目标具有全局性战略意义。在总结我国近10年电力低碳化发展历程的基础上,以人口、城市化、经济总量与经济结构为边界条件和驱动力,分析预测未来40年电力增长过程和阶段性发展目标;以系统安全、供需平衡为约束,分析了化石电力占比、终端电力消费比重、核电发展规模以及碳捕集、利用及封存（CCUS）等因素对碳排放水平的影响;预计电力碳排放峰值将出现在2035年前后,达到60～65亿吨,随后逐年降低,到2060年降至10亿吨以内,辅以CCUS技术,可实现电力零排放。最后,针对需求持续增长与低碳转型长期并存的矛盾,提出未来电力发展须以安全供给为前提,优先开发可再生能源电力、多能发展、更大范围多能互补协调开发和互补运行的建议。     

碳中和及其对电磁测量技术的新需求

碳中和作为21世纪最大规模的人类有序活动,如何实现绿色低碳,需要科学地策划和协调一致地实施.文中从力争尽早实现碳中和目标出发,分析我国碳排放现状,预测碳排放今后趋势,提出能源电力领域应该采取的增大清洁能源占比、加快推进电能替代、构建能源互联网、增配储能,以及发展碳捕捉与碳封存等技术措施和手段.在此基础上,将碳中和目标与电磁测量技术建立紧密联系,归纳、梳理了碳中和目标确立下对电磁测量技术及仪器的新需求.     

燃煤电厂碳捕集、利用与封存技术和可再生能源储能技术的平准化度电成本比较

作为同样可调可控的稳定低碳电源,燃煤电厂碳捕集、利用与封存（CCUS）与可再生能源储能技术的成本竞争性值得进一步探究。本文利用学习曲线模型比较了二者平准化度电成本（CLCOE）在2020—2030年间的竞争性变化,也进一步厘清了弃风弃光省份中二者的CLCOE水平。结果表明:目前,燃煤电厂CCUS较可再生能源储能系统具有竞争优势,如果燃煤电厂CCUS难以得到快速发展,到2028年,将丧失与可再生能源储能竞争的可能;到2030年,燃煤电厂CCUS平价上网的碳价需求水平为136~189元/t,但就目前的碳价发展趋势而言,通过碳收益实现平价上网存在难度;在弃光省份,燃煤电厂CCUS可通过调整发电小时数扩大与光伏储能技术的竞争优势;在绝大多数弃风省份,如河北、山西、内蒙、辽宁、吉林、黑龙江、贵州、陕西、宁夏、甘肃和新疆,其燃煤电厂CCUS在现有条件下较风电储能具有绝对的CLCOE优势。     

“双碳”目标下我国碳捕集、利用与封存政策分析及建议

聚焦碳捕集、利用与封存(carbon capture, utilization and storage,CCUS)新兴低碳技术,介绍了近年来国外主要发达经济体的政策发展情况,另外着重从国家、地方政府层面入手对我国相关政策或规划进行了整理分析。过去10余年间,系列政策的适时发布有力促进了我国CCUS的布局与发展,技术目前总体处于工业示范阶段。然而,相较美国、欧盟等发达经济体,我国CCUS技术能力与项目规模仍有一定差距,并存在财税激励或补贴政策尚未出台、法律法规与标准体系建设缓慢、产业链布局不完善和国际合作话语权不强等主要不足。建议立足我国实际国情,在总结借鉴国外CCUS良好政策与实践经验的基础上,加快推动低成本、低能耗、安全可靠的CCUS关键技术研发与产业集群建设,深化国际合作,逐步建立产业发展主导优势,助力“双碳”目标实现。     

计及CLHG-SOFC碳捕集的多能源系统低碳优化调度

为了响应碳达峰、碳中和的发展目标,实现对能源的高效利用,减少CO2的排放,多能源系统引入基于化学链制氢-固体氧化物燃料电池（CLHG-SOFC）的碳捕集技术,以实现在供电供热的同时完成对CO2的捕集。首先,对CLHG-SOFC碳捕集模块的运行机理与能量流动关系进行分析,推导出其净输出功率模型和电碳特性关系。其次,建立计及基于CLHG-SOFC碳交易与碳封存成本的多能源系统低碳优化调度模型。最后,通过算例分析验证了所提模型能够在不同电碳特性运行下实现系统运行的经济性和低碳性。     

中国电力系统低碳发展分析模型构建与转型路径比较

中国提出的碳达峰目标和碳中和愿景对能源电力碳减排提出了更高要求,电力系统的清洁低碳化转型路径亟待探索。首先,从能源电力领域的碳排放现状出发,明确了能源电力在碳减排中的定位。其次,针对电力近中期低碳发展形势,构建了考虑碳排放外部成本的规划模型,开展了量化展望分析;针对远期低碳发展情景,打破不同能源系统边界,创新性地提出了电-氢协同路径和电-氢-碳协同路径,并构建了适用于新能源多元化利用方式的全链条技术经济评价模型,对氢气、甲醇等终端产品的经济竞争力进行了评估。     

“双碳”目标下先进煤炭清洁利用发电技术研究综述

在“双碳”目标下,煤炭发电逐渐由主体能源向托底能源转变,燃煤发电技术在煤炭清洁处理、高效率发电及排放物低碳处理等各方面不断发展,同时也向深度调峰辅助服务、“燃煤+”耦合发电等方向转型,探索高效清洁的先进煤炭发电技术意义重大。分析超临界煤气化、超临界煤液化以及超临界水煤氧化等煤炭清洁利用技术的研究现状,讨论超临界水煤氧化热力发电技术、超临界CO₂动力循环技术、整体煤气化联合循环技术、超超临界循环流化床技术等先进燃煤低碳发电方式的技术特点,论述碳捕集利用与封存技术的发展趋势,同时展望煤炭清洁利用发电技术的转型方向,为碳达峰碳中和目标的实现提供发展思路。     

“双碳”目标下先进煤炭清洁利用发电技术研究综述

在“双碳”目标下,煤炭发电逐渐由主体能源向托底能源转变,燃煤发电技术在煤炭清洁处理、高效率发电及排放物低碳处理等各方面不断发展,同时也向深度调峰辅助服务、“燃煤+”耦合发电等方向转型,探索高效清洁的先进煤炭发电技术意义重大。分析超临界煤气化、超临界煤液化以及超临界水煤氧化等煤炭清洁利用技术的研究现状,讨论超临界水煤氧化热力发电技术、超临界CO₂动力循环技术、整体煤气化联合循环技术、超超临界循环流化床技术等先进燃煤低碳发电方式的技术特点,论述碳捕集利用与封存技术的发展趋势,同时展望煤炭清洁利用发电技术的转型方向,为碳达峰碳中和目标的实现提供发展思路。     

氢能储运技术现状及其在电力系统中的典型应用

氢能是21世纪最具发展潜力的能源之一,氢能的利用发展不仅可以解决可再生电力能源消纳和储存的问题,还可助力保障国家能源安全和推动碳中和目标的实现。由于氢特殊的物理性质,如密度小、能量密度大等,其安全高效的储运及应用技术是氢能产业大规模发展的关键。针对氢能储运关键技术现状在电力工业中的应用,介绍了氢能利用发展的背景及意义,整理并解读了我国氢储运及电力应用的相关政策,梳理并对比了现有主流氢能储运技术,其中包括高压气态储运、低温液态储运、有机液态储运、金属氢化物储运的原理及经济性分析,分析氢能的电力应用,包括氢燃料电池发电及氢燃气轮机发电技术。对我国氢能储运技术及氢能发电技术的安全高效发展提出了4条建议,为我国氢能产业布局及降低氢能全生命周期应用成本提供借鉴和参考。     

计及碳捕集的含新能源电网低碳调度策略

摘 要：在碳达峰、碳中和背景下,碳捕集机组可有效降低电力系统碳排放。但是在含新能源的电网中碳捕集机组频繁参与系统调峰会降低系统的经济性。为此,本文首先在分析灵活运行碳捕集机组运行原理和碳交易工作机制的基础上,提出引入抽水蓄能机组辅助碳捕集机组参与系统调峰,以促进风电消纳,使碳捕集机组更专注捕碳工作并降低系统碳排放量。然后针对风电并网后的不确定性,引入模糊理论,将系统功率约束中风电和负荷用模糊参数表示,使约束转变为基于可信性的模糊机会约束,运用清晰等价类将模糊机会约束清晰化。以系统净收益最高为目标函数,综合考虑机组上网收益、抽蓄收益、碳交易收益、运行成本以及系统安全性约束等因素,构建了碳捕集-抽蓄联合运行模型,最后通过CPLEX求解模型。仿真结果验证了引入抽蓄机组后系统净收益提高了7.62%,碳排放降低了7.01%;兼顾了系统的经济性和环保性。