CCUS突进：第二代投资成本直线下降

译 | 于泽伟

碳捕集利用与封存（CCUS）是破解煤电困局的良方么？加拿大萨斯喀彻温省第二代CCUS方案表明，碳捕集项目相比第一代每吨二氧化碳捕集容量的投资成本可降低67%。

马克·吐温大概曾说过, 他的死亡传闻早在他还没死之前便风行一时了。与这样的描述如出一辙，利用化石能源的热电厂即将寿终正寝的说法也显得十分夸张。尽管新的环境法规将燃煤发电团团围住，但恰如加拿大的萨斯喀彻温省（下简称“萨省”）的经验所显示的，碳捕集利用与封存（CCUS）不仅扩展了煤炭的利用范围，而且延伸了燃煤电厂的寿命。

多年前，萨省的公用事业公司萨斯喀电力集团开始着手改造发电厂。四年前，萨斯喀电力集团为边界坝-3电厂改装碳捕集利用与封存设施（Boundary Dam 3，下简称“边界坝-3项目”），给它赋予了新的生机。如今，由碳捕集利用与封存知识国际中心（下简称“知识国际中心”）实施的一项新的研究表明，在另一个电厂——尚德 (Shand)电厂，有望造就下一代捕集水平更高，投资成本也更低的碳捕集设施。

萨斯喀电力集团已决定不再改造边界坝发电站的四号和五号机组，但是由于尚德电厂的使用寿命还有二十年或更长时间，情况显然完全不同。

“在相当长的一段时间内，我们无法预见到不用化石能源的未来。”知识国际中心主管技术服务的考文·布鲁斯认为，“在北美，这些电厂已使用30-40年了,但我不认为它们已经到了生命的尽头。这些燃煤电厂正变得像炼油厂一样，只需要更换少量关键部件，它们的寿命将不可限量。许多燃煤热电厂需要减少排放,碳捕集利用与封存是唯一的出路。”

第二代方案将使单位投资成本下降67%

负责监管萨斯喀电力集团的萨省环境部长达斯汀·邓肯表示，从尚德电厂的可行性研究结果来看，改造的投资成本看起来将大幅低于边界坝-3项目，这对碳捕集利用与封存技术应用来说是积极正面的消息,其反响不仅超出萨斯喀彻温省的范围，而且将影响全球。

“我们都知道，在全球范围内，未来相当长时间内将继续使用常规的、不减排的燃煤发电方式。萨斯喀电力集团正等待着来自碳捕集利用与封存知识国际中心更为详细的报告，该报告将提供额外的信息供分析，研究是否需要对尚德电站或任何其它煤电机组进行碳捕集利用与封存改造。”邓肯补充道。

在边界坝-3碳捕集利用与封存改造项目投运后不久，萨斯喀电力集团与矿业巨搫必和必拓建立了合作关系，以支持碳捕集利用与封存项目的研发。必和必拓同意在五年内出资2000万加元，利用已掌握的边界坝-3项目经验与知识，推进作为温室气体（GHG）减排工具的碳捕集利用与封存的应用部署。创建碳捕集利用与封存知识国际中心正是这一合作的结果。

“对于世界各地那些谋求实现碳捕集利用与封存改造的方方面面，我们进行碳捕集利用与封存的宣传和推广，并为其提供技术专业知识。”布鲁斯说,“根据公司的章程，我们是一家非营利，无党派色彩的公司，拥有独立的董事会，成员既包括萨斯喀电力集团和必和必拓的代表, 也有来自全球的致力于气候变化的独立董事。”

在萨斯喀电力集团的支持下，知识国际中心潜心研究，并与三菱重工（MHI）联手，着重研究将边界坝-3项目建设所掌握的知识经验，更大规模应用于电厂可能产生的经济效益。

边界坝-3电厂（第一代）与尚德电厂（第二代）碳捕集设施方案的成本对比

尚德电厂碳捕集利用与封存改造项目可行性研究表明，尚德电站的二氧化碳（CO₂）排放量不仅可以减少90%以上，而且其改造的投资成本可以比边界坝-3项目的开支大幅降低。

布鲁斯表示，规模很重要，当你建造工业设施或电力设施时，设施规模越来越大的原因就在于建设规模最大化使得造价更便宜。边界坝-3项目容量为15万千瓦，而尚德电厂的装机容量则为30万千瓦，这是成本优化的一个主要驱动因素。

“边界坝-3项目设计蓝图形成时，其功效如何，以及其可靠性如何有许多未知数。我们采纳了很多灵活的多功能设计来应对这些'未知'问题。现在我们买白了哪些设计是必需的，哪些设计并非必要，这对成本优化也十分有帮助。”布鲁斯补充道。

按照原设计，无论碳捕集系统是否投入使用，边界坝-3项目发电机组都满负荷运行，这需要对机组进行重大改造。2010年,当时碳排放管控法规尚未出台，所有人都不确定该管控法规可能是什么样子。重大改造在当时是一个好主意，且合情合理。而如今在了解了管控法规，并且获得了设施操作的经验之后，便意识到其实许多的功能都是不必要的。

布鲁斯认为：“我们研究尚德电站并且断定，在这个发电厂我们能做到把碳捕集利用与封存改造的范围压缩到最低限，以实现效益最大化。”

简而言之，碳捕集利用与封存的工作原理并不复杂。首先，将烟囱中排出的烟道气冷却并喷淋胺液，胺液吸收二氧化碳气体；其次，从汽轮机取热并将胺液加热，纯的二氧化碳从液体中冒泡并分离。不含二氧化碳的胺液回收，用以从烟气中继续捕集二氧化碳；最后，纯的二氧化碳经过压缩、脱水进入输出管道。

工程师们发现，当发电厂以62%的容量运行时，可以捕获97%的二氧化碳。当可再生能源，特别是风能，开始发电上网并形成部分电力容量时，煤电厂可能会低容量运行。随着尚德电厂燃煤发电出力降低，碳捕集系统仍继续高效率运行，从烟气中脱碳。

布鲁斯特别指出，即使以90%捕集率为设计工况，配备碳捕集利用与封存系统的煤电也比使用天然气发电清洁多了。而就知识国际中心的任务而言，这项可行性研究的推广效应“巨大”。

“通过发布这项可行性研究结果，我们已经展示了该方案可以节约大量成本，这有助于我们与那些致力于开发碳捕集利用与封存并应用于其它工业排放源（如垃圾处理发电厂、水泥厂和钢铁厂）的先驱者们进行交流沟通。” 布鲁斯说，“该烟气处理工艺对那些工业设施也具有良好的适用性。我们正在与世界各地的人们就未来的碳捕集利用与封存项目进行合作。”

碳捕集利用与封存的效益还有更多，燃煤电厂粉煤灰销售便是其中之一。粉煤灰是混凝土行业的替代材料或辅料，混凝土是高排放产品，如果把替代水泥的温室气体减排潜力包含在内，那么基本上就可以达到二氧化碳净零排放。

在尚德电厂，可以销往混凝土市场（视需求而定）的粉煤灰每年高达140000吨，可用以抵消混凝土生产过程中的相应排放量。这一销量有望每年净减排125000吨二氧化碳当量，使之成为二氧化碳排放净负值的电厂。

现阶段萨省能源最好的出路

事实上，尚德电厂碳捕集利用与封存可行性研究仅仅是第一步，在电站安装的碳捕集利用与封存系统是否为经济可行的选择呢？

尚德电厂碳捕集利用与封存项目设计的额定捕集能力为每年200万吨二氧化碳，为边界坝-3项目原设计额定捕集容量的两倍。尚德电厂（碳捕集利用与封存项目）可行性研究表明，与边界坝-3项目相比，尚德电站的碳捕集项目显示每吨二氧化碳（CO₂）捕集容量的投资成本可降低67%，与电厂一体化集成的投资成本可节省92%。根据该模型进行评价，二氧化碳捕集的平准化成本预计为45美元/吨。

邓肯指出，成本是一个重要考量因素。但是萨斯喀电力集团需要就尚德电厂或任何其它发电厂的未来作出决策，还必须考虑到其它因素。

下一代碳捕集利用与封存项目相关的技术应用风险，天然气等替代能源的市场行情，甚至二氧化碳销售前景等市场行情，都将成为决策时要考量的因素。

“目前，边界坝-3项目设施生产的二氧化碳用于提高石油采收率，这是碳捕集利用与封存项目商业模式的一部分。我们需要确定二氧化碳的需求量有多少，因为这将构成全面分析的一部分，分析的结果将影响尚德电厂或任何其它电厂碳捕集利用与封存改造项目上马与否。”邓肯补充道。

作为萨斯喀电力集团电力资产阵容中最新的机组，其装机容量较大，达到30万千瓦，该研究是为尚德电厂而量身准备的。从效益的角度看，选择研究较大的机组合情合理。”

此外，还有两个原因。一个是尚德电站原地面设计要容纳两个30万千瓦的机组，但只建成了一个。这也就避免了边界坝电站地面空间拥挤的问题，尚德电站有足够大的可用地面积，这无疑降低了投资成本。

另一个则是根据联邦新的法规，燃煤发电机组必须于服役期满或于2030年，无论哪个期限在先，即行关闭。对于萨斯喀电力集团来说，除了尚德电厂之外，其所有其它机组的退役日期都在2030年之前，尚德电厂的退役期限为2042年，而根据新规定，在2030年之前如果没有安装碳捕集利用与封存系统就必须要关闭。

对萨斯喀电力集团以及萨斯喀彻温省的所有纳税人，暨这家公司的拥有者们来说，根据管控法规，如果没有安装碳捕集利用与封存系统，那么为之付出并已付清了代价的尚德电厂所剩余12年的使用价值化为乌有。而优化尚德电厂的使用寿命周期，唯一的出路就是根据法规实施碳捕集利用与封存改造。

邓肯认为，新的报告一定要提供更为具体的成本估算，这将有助于比较尚德电站碳捕集利用与封存改造项目上马相对于其它选项有无优势。萨斯喀电力集团必须在2024年之前作出决策，以便在2029年---即预期的2030年关闭期限的前一年，完成碳捕集利用与封存改造。萨斯喀电力集团仍在考虑解决其余煤电资产的下一步举措。

“没有多少时间了。萨斯喀电力集团和萨省政府都将共同面对这样的难题：天然气是否真的是基荷电力的替代能源？再过五年，天然气的价格几何？而通过知识国际中心正在开展的新任务，我们不仅会对投资成本和运营成本有更可靠的把握。而且在下一个十年里，我们肯定会对可再生能源利用前景，以及天然气发电成本有更清晰的预期。”邓肯补充道。