传统能源迎碳中和挑战 燃煤电厂的碳去哪了

一瓶小小的溶液,能将二氧化碳捕捉起来？在华能集团温室气体减排与清洁燃料技术部的碳捕集实验室中，范金航为北京商报记者现场演示这个实验过程。

对于捕集到的二氧化碳，利用与封存是当前主要的处理手段。这也就是近年来我国加快研发、示范的CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）技术。

由于这一技术既能够捕捉燃煤电厂生产过程中排放的二氧化碳，从而减少碳排放，又可以通过二氧化碳利用产生经济效益，因此成为应对气候变化的重要技术趋势。

未来，煤电在新型电力系统中仍将起到重要的支撑与调峰作用，这一领域的减碳任务也不容忽视。然而，CCUS的商业化还存在高成本、高能耗等问题，规模化商业应用仍面临不小的挑战。

二氧化碳的去处

食品饮料、农场气肥……燃煤电厂排放的二氧化碳原来用处多多。

华能集团温室气体减排部主任刘练波在接受北京商报记者采访时介绍，目前我国的二氧化碳利用主要分布在化工、食品饮料、油气开采等行业。比如，二氧化碳与氢能结合可以生产甲醇，用作甲醇燃料；将二氧化碳与电厂的粉煤灰结合，则可以生产一定的建筑材料。

不过相对于二氧化碳的排放量来说，利用的占比仍然微乎其微。

华能上海石洞口电厂2009年就建成了当时全世界最大的燃煤电厂二氧化碳捕集示范项目，规模大约每年10万-12万吨，而这个利用量实际上只占上海石洞口电厂一台机组二氧化碳排放量的5%左右。

“不过，这5%排放量的二氧化碳基本上就能够满足上海市食品行业对二氧化碳的需求了。”刘练波说，“二氧化碳利用量比较大的领域是石油行业的二氧化碳驱油，但这仍然只占了二氧化碳排放量的一部分。”

在刘练波看来，要解决二氧化碳排放或减排问题，还是需要对二氧化碳进行永久的地质封存。“从历史长河的角度看，封存的二氧化碳也可能成为未来的碳源。”

自主研发抢跑

碳减排从来不是新命题，2008年奥运会前夕，北京的“蓝天计划”就给传统能源企业出了一道时代的考题。

当年，华能在北京高碑店热电厂建设了中国第一套燃煤电厂二氧化碳捕集项目。而这个具有自主知识产权的CCUS项目的建成，也有一段曲折的历程。

时间回到2007年，当时华能清能院的郜时旺团队接到任务，在华能北京热电厂建设碳捕集装置。但就在项目马上要开工的时候，澳大利亚合作方的图纸和技术资料却突然来不了了，这给项目带来了不小的麻烦。

郜时旺只好立足国内，将化工行业的碳捕集技术移植到电力行业。然而，由于技术难度非常大，国内几家知名的化工设计院都婉拒了他们的合作邀请。

在处处碰壁之后，郜时旺团队只能通过查阅大量文献资料，自主钻研，提出了关键的创新工艺。经过近一年的努力，2008年在高碑店热电厂建设的二氧化碳捕集装置生产出了食品级的二氧化碳，这一成果填补了国内空白。

“作为中国的第一个捕集装置，这一项目向国际社会宣布中国自己也掌握了二氧化碳捕集的技术，突破了卡脖子技术，也让中国在国际气候谈判的谈判桌上有了一定的底牌。”刘练波说，“上个月，我们又和澳大利亚达成合作，将华能自主知识产权的二氧化碳捕集技术出口到澳大利亚，这也是中国的二氧化碳捕集技术第一次出口到西方国家。”

当前，国内除了华能集团之外，国家能源集团等能源企业都设立了碳捕集相关示范项目。如国家能源集团就建成了中国第一个全流程煤基二氧化碳捕集和封存示范项目，为CCS技术的推广和使用提供了示范。

“经过15年的研发，我国二氧化碳捕集技术从跟跑到并跑，现在基本上实现了领跑的角色转变。”刘练波说。

反哺高昂成本

把二氧化碳利用起来除了更清洁环保，还有一个好处：能赚钱。

与传统的CCS技术毫无额外的经济回报不同，CCUS增加了二氧化碳利用（U）环节，通过这部分收益，反哺CCS相关的研发、示范投入。

“碳捕集技术走向大规模应用还面临很大障碍。”华能清能院党委副书记、院长肖平对北京商报记者表示，“从能效来讲，权威机构普遍认为，燃煤电厂采用碳捕集技术，将使电厂发电效率降低10个百分点左右，也就相当于上世纪八九十年代煤电机组的效率水平，代价十分巨大”。

“因此，在碳捕集技术产业发展初期，我们是希望这些捕集下来的碳，能通过有效利用带来一定的收益，尽可能补偿碳捕集的成本，以此推动规模化碳捕集技术的示范应用和技术进步，为后续大规模应用做好技术准备。”肖平说。

但碳利用毕竟占比有限，此时，优化技术工艺的先进性、降低捕集的能耗，就成为降成本的必经之路。

华能长春热电厂去年建成的我国第一个相变型二氧化碳捕集示范装置就是新技术降成本的一例。

实验室里，刘练波手持相变型二氧化碳捕集吸收溶液，溶液已自动分成上下两层深浅不同的橙黄色液体。他介绍，二氧化碳集中于其中一层，再生时只需对富含二氧化碳的部分进行加热，这样可以降低总体成本，最终能耗相比传统的二氧化碳捕集技术能够降低40%以上。

研发企业要投入大量成本，那么，加装设备的燃煤电厂又将如何应对高昂投入呢？

“电厂加装设备运行以后，可以通过申请相应的财税补贴、发电小时数补贴，从一定程度上弥补加装装备造成的成本增加。”刘练波表示，但是最终要实现CCUS大规模产业化的推广，还需要国家从政策层面推出相关的财税补贴，或者通过碳市场交易的手段，将碳捕集利用封存的成本涵盖下来，实现整个CCUS技术的健康稳定发展。

燃煤电厂的未来

在碳中和背景下，燃煤电厂在新型电力系统中将承担怎样的角色？刘练波称，主要是配合以新能源为主体的电力系统，承担调峰的作用，同时维持电力系统稳定运行。

近年来，我国能源消费结构正向清洁低碳加快转型。2020年，煤炭占能源消费总量的比重降低至56.8%。“十三五”以来，我国实现超低排放的煤电机组达到8.9亿千瓦，占煤电总装机容量的86%，已建成全球最大清洁煤电供应体系。

清洁煤电采用的主要是除尘、脱硫、脱硝等技术手段。对于燃煤电厂的二氧化碳，则需要从源头提高燃煤发电效率和在末端采用CCUS技术。

在刘练波看来，在碳达峰之后就需要考虑哪些存量机组面临淘汰，哪些机组继续服役，如何选择？这就需要考虑机组是否适合加装CCUS装备。

“这首先需要考虑电厂是否有地方加装碳捕集装置，电厂周边是否有二氧化碳利用或永久地质封存的条件，例如电厂周边是否有适合二氧化碳驱油的油田等。”刘练波说。

肖平则认为，在减碳方面，华能最大限度地通过效率提升等排放更少量的碳，而CCUS技术将成为兜底技术，意义十分重大。

不过显然，碳达峰、碳中和是更大的一盘棋。除了“减碳”，更要“替碳”。

“华能首先着重开发更多的新能源、可再生能源来替碳，可再生能源也具备了大规模替碳的技术、经济条件，会发挥最主要的作用。”肖平说。

从全国来看，截至今年一季度末，我国可再生能源发电装机达到9.48亿千瓦，可再生能源发电量达到4754.7亿千瓦时，替碳规模正进一步扩大。