二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）的技術(shù)突破，很大程度上決定了未來中國火電的規(guī)模和利用小時(shí)數(shù)。氣候變化問題正從科學(xué)認(rèn)識轉(zhuǎn)變?yōu)檎纬兄Z和具體行動，未來碳排放控制將逐漸成為影響中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型的緊約束。
在2060年碳中和的目標(biāo)框架下，中國不可能完全拋棄自己的煤炭資源優(yōu)勢，而是需要為龐大的煤基能源產(chǎn)業(yè)尋找順應(yīng)潮流的出路。中國從化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)向低碳多元供能體系的轉(zhuǎn)變依賴于CCUS技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展、應(yīng)對氣候變化與保障能源安全的多重目標(biāo)下，CCUS技術(shù)是基于特定國情稟賦實(shí)現(xiàn)中國大規(guī)模深度減排的必然選擇。
通過厘清碳中和愿景下CCUS技術(shù)發(fā)展的“中國意義”，并結(jié)合中國煤基能源產(chǎn)業(yè)與CCUS技術(shù)耦合發(fā)展分析，本文從政策可行性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性三個(gè)維度對CCUS技術(shù)未來在中國的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)進(jìn)行研判。結(jié)果表明，中國在CCUS的各個(gè)環(huán)節(jié)都已經(jīng)具備成熟的技術(shù)，下一步發(fā)展在于如何對不同的技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化轉(zhuǎn)變。
從經(jīng)濟(jì)可行性方面而言，隨著技術(shù)的突破以及規(guī)模效應(yīng)、集聚效應(yīng)的產(chǎn)生，未來CCUS的成本將會降低到可接受的程度。此外，二氧化碳利用技術(shù)的不斷成熟使得其所帶來的收益已經(jīng)能夠覆蓋一部分成本。因此，CCUS技術(shù)應(yīng)用最關(guān)鍵的因素取決于政策的可行性。未來，中國可能需要以強(qiáng)制性的政策驅(qū)動CCUS的發(fā)展，明確技術(shù)融資手段，對相關(guān)企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼激勵(lì)，并在提升參與度方面采取實(shí)質(zhì)行動。
CCUS對中國實(shí)現(xiàn)“碳中和”的重要性
CCUS是指將二氧化碳從工業(yè)排放源中分離后直接加以利用或封存，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的工業(yè)過程。作為唯一能夠?qū)崿F(xiàn)減少鋼鐵、水泥等主要工業(yè)領(lǐng)域和新建燃煤發(fā)電廠碳排放的清潔技術(shù)，CCUS技術(shù)是未來中國履行“碳中和”承諾、保障能源安全、構(gòu)建生態(tài)文明和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。
CCUS技術(shù)是煤基能源產(chǎn)業(yè)低碳綠色發(fā)展的重要選擇。一方面，CCUS技術(shù)為煤基能源產(chǎn)業(yè)避免“碳鎖定”制約提供了重要的技術(shù)保障，能夠支撐相關(guān)產(chǎn)業(yè)繼續(xù)有效使用已經(jīng)是沉沒成本的基礎(chǔ)設(shè)施并以低碳和環(huán)境友好的方式發(fā)展，一定程度上避免因減排而造成的化石能源資產(chǎn)“貶值”。
另一方面，CCUS技術(shù)與煤電、煤化工等傳統(tǒng)煤基能源產(chǎn)業(yè)具有巨大的耦合潛力和應(yīng)用空間。目前中國二氧化碳捕集主要集中在煤化工行業(yè)，其次為煤電行業(yè)等。無論從捕集份額、難度、成本等各維度來看，煤基能源都是CCUS技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。適合碳捕集的大規(guī)模集中煤基排放源為數(shù)眾多、分布廣泛、類型多樣，完備的煤基能源產(chǎn)業(yè)鏈也為二氧化碳利用技術(shù)發(fā)展提供了多種選擇。
CCUS技術(shù)與煤基能源體系呈現(xiàn)出相互契合、協(xié)同互補(bǔ)的耦合發(fā)展態(tài)勢。一方面，CCUS技術(shù)的應(yīng)用，有利于中國煤基能源體系實(shí)現(xiàn)西部化、集中化、規(guī)?；陌l(fā)展，進(jìn)而保障煤炭資源的低碳、高效地合理開發(fā)利用。
另一方面，中國重點(diǎn)建設(shè)的大型煤炭能源基地大多位于西北部，煤炭開發(fā)利用向西部集中的趨勢明顯。大型和集中化的煤炭能源基地的西移有利于CCUS區(qū)域管網(wǎng)布局建設(shè)，有利于CCUS發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)和集聚效應(yīng)。由于咸水層地質(zhì)構(gòu)造、石油資源在中國西北部也分布廣泛。二氧化碳排放源和封存地在地域上的重合為實(shí)現(xiàn)源匯匹配、縮短輸送距離，減少運(yùn)輸成本、低成本運(yùn)行CCUS提供了更加便利的條件。
煤化工是中國煤基能源體系的特色產(chǎn)業(yè)，煤制油、煤制氣等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)未來將成為減少油氣對外依存度，保障能源安全穩(wěn)定供應(yīng)的重要方向之一。煤化工行業(yè)尾氣中二氧化碳的濃度較高，對于實(shí)施碳捕集而言具有明顯的成本優(yōu)勢，已經(jīng)成為中國發(fā)展CCUS技術(shù)的早期優(yōu)先領(lǐng)域，低成本的碳源對于推動二氧化碳利用技術(shù)的規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化具有顯著的提升作用。
此外，CCUS技術(shù)還有利于保障可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)后的電力穩(wěn)定持續(xù)供應(yīng)。碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴于風(fēng)光等可再生能源電力對傳統(tǒng)化石能源電力的替代。經(jīng)濟(jì)可靠的低排放電力系統(tǒng)應(yīng)包含高滲透率的間斷性可再生發(fā)電系統(tǒng)和以化石燃料為基礎(chǔ)并部署CCUS技術(shù)的可調(diào)度電力?？烧{(diào)度電力不會增加額外的并網(wǎng)成本或風(fēng)險(xiǎn)，在低風(fēng)速和弱陽光以及用電高峰時(shí)段，可以保障電力穩(wěn)定持續(xù)供應(yīng)，降低電力維護(hù)成本。
中國CCUS的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
目前主要的CCUS技術(shù)路線包括二氧化碳捕集技術(shù)、二氧化碳利用技術(shù)以及地質(zhì)封存技術(shù)。
在CCUS捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)中，捕集是能耗和成本最高的環(huán)節(jié)。根據(jù)能源系統(tǒng)與二氧化碳分離過程集成方式的不同，二氧化碳捕集技術(shù)可分為燃燒后捕集、燃燒前捕集和富氧燃燒捕集。
第一代燃燒后捕集技術(shù)是目前運(yùn)用最成熟的捕集技術(shù)手段，第二代二氧化碳捕集技術(shù)正在研發(fā)過程中。相較于一代捕集技術(shù)，新型膜分離、增壓富氧燃燒以及化學(xué)鏈燃燒等第二代捕集技術(shù)成熟后能夠以更低成本實(shí)現(xiàn)煤電和煤化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的有效減排，大幅改善CCUS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。
二氧化碳利用技術(shù)以額外收益促進(jìn)二氧化碳的資源化利用，能夠提升整體產(chǎn)業(yè)鏈的商業(yè)性。主要的二氧化碳利用技術(shù)包括地質(zhì)利用、化工利用和生物利用技術(shù)。地質(zhì)利用技術(shù)方面，二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)（二氧化碳-EOR）已應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)油與封存示范項(xiàng)目；化工利用方面，重整制備合成氣、合成可降解聚合物等技術(shù)已經(jīng)完成了示范；生物利用方面，二氧化碳轉(zhuǎn)化為食品和飼料的技術(shù)已在逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。二氧化碳地質(zhì)封存技術(shù)以工程技術(shù)手段儲存二氧化碳，保障與大氣長期隔絕的可靠性。目前二氧化碳地質(zhì)封存主要劃分為陸上咸水層封存、海底咸水層封存、枯竭油氣田封存等方式。
總體而言，現(xiàn)階段CCUS技術(shù)成本偏高，暫不具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。根據(jù)2019年發(fā)布的中國CCUS報(bào)告的相關(guān)測算結(jié)果，中國當(dāng)前的二氧化碳平均捕集成本為300~900元/噸二氧化碳，罐車運(yùn)輸成本約為0.9~1.4元/噸公里。封存技術(shù)的成本因技術(shù)水平、氣源來源、源匯距離等不同而差異較大。
中國CCUS技術(shù)路線圖的定位及發(fā)展規(guī)劃
現(xiàn)階段中國應(yīng)對氣候變化行動將從弱減排逐步向強(qiáng)減排過渡，CCUS技術(shù)的總體定位應(yīng)是“利用帶動封存，政策驅(qū)動商業(yè)；技術(shù)研發(fā)做儲備，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)”。
短期內(nèi)（至2030年）CCUS的商業(yè)化主要以市場驅(qū)動為主，通過二氧化碳資源化利用的經(jīng)濟(jì)收益抵消部分增量成本，通過技術(shù)研發(fā)提高效益，降低成本。2030年前，CCUS技術(shù)處于研發(fā)示范階段，是中國減少二氧化碳排放的重要戰(zhàn)略儲備技術(shù)，目前碳減排主要依靠大力發(fā)展節(jié)能增效和可再生能源技術(shù)。隨著技術(shù)逐漸成熟和成本的不斷下降，CCUS有望在2030年后成為中國向低碳能源系統(tǒng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略儲備技術(shù)，為構(gòu)建化石能源與可再生能源協(xié)同互補(bǔ)的多元供能體系發(fā)揮重要作用。
預(yù)計(jì)至2050年，構(gòu)建低成本、低能耗、安全可靠的CCUS技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)集群，實(shí)現(xiàn)CCUS的廣泛部署和區(qū)域新業(yè)態(tài)。CCUS技術(shù)能耗和成本問題得到根本改善，在涉及化石能源使用的各行業(yè)得到大規(guī)模應(yīng)用，并與生物質(zhì)能源結(jié)合實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，成為中國建設(shè)綠色低碳多元能源體系的關(guān)鍵技術(shù)。
預(yù)計(jì)至2060年，BECCS等負(fù)減排技術(shù)將突破“能源不可能三角”制約，助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。BECCS（生物能與碳捕集和封存）和DACCS（直接空氣捕集）等負(fù)減排技術(shù)將會實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)對氣候變化（環(huán)保性）、保障能源安全穩(wěn)定供應(yīng)（安全性）和低廉的經(jīng)濟(jì)成本（經(jīng)濟(jì)性）的三重目標(biāo)，并為鋼鐵、水泥等難以達(dá)到凈零排放的行業(yè)提供負(fù)排放支撐，最終達(dá)到全社會二氧化碳的凈零排放。
對CCUS技術(shù)未來發(fā)展前景的幾點(diǎn)研判
特殊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、源東匯西的錯(cuò)位分布格局以及復(fù)雜的地質(zhì)條件是目前CCUS技術(shù)發(fā)展面臨的主要問題。經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下的特殊發(fā)展階段決定了當(dāng)前中國難以承受CCUS的高投入、高能耗和高附加成本；源東匯西的錯(cuò)位分布格局增加了CCUS集成示范和推廣的難度；復(fù)雜的地質(zhì)條件和密集的人口分布給規(guī)模化封存提出了更高的技術(shù)要求。
成本與投資高昂、商業(yè)化模式不明晰、項(xiàng)目示范經(jīng)驗(yàn)缺乏、政策法規(guī)體系和金融機(jī)制不完善是未來CCUS技術(shù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。（1）成本與投資高昂；資本需求大，投資周期長，技術(shù)鏈條長，收益政策依賴性強(qiáng)等障礙制約了CCUS技術(shù)的發(fā)展。CCUS的技術(shù)成本高昂，如果碳排放的外部成本無法內(nèi)部化，難以通過CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的碳減排獲得收益。
（2）商業(yè)化模式不明晰；減排成本過高嚴(yán)重制約著CCUS技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展，如何獲得投資以及如何收益分享、責(zé)任分擔(dān)和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)是實(shí)現(xiàn)CCUS技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
（3）項(xiàng)目示范經(jīng)驗(yàn)缺乏；缺乏大規(guī)模全流程CCUS項(xiàng)目示范經(jīng)驗(yàn)。在現(xiàn)有CCUS技術(shù)條件下，部署CCUS將使一次能耗增加10%~20%，效率損失很大。
（4）政策法規(guī)體系和金融機(jī)制不完善；政策信心是投資CCUS基礎(chǔ)設(shè)施的先決條件，目前國內(nèi)針對CCUS的明確戰(zhàn)略和政策激勵(lì)措施不完善。法律法規(guī)的不明確增加了投資風(fēng)險(xiǎn)，主要包括長期封存的安全責(zé)任與投資期限不匹配，二氧化碳供應(yīng)的不確定性，以及不穩(wěn)定的碳信貸市場狀況等。
未來中國CCUS技術(shù)的發(fā)展，挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存，問題與支撐并進(jìn)。未來煤基能源產(chǎn)業(yè)是中國發(fā)展CCUS技術(shù)的重要機(jī)遇。煤化工的高濃度二氧化碳排放源具有低成本捕集的潛力，對于推進(jìn)中國CCUS技術(shù)發(fā)展進(jìn)程、加快技術(shù)學(xué)習(xí)曲線以及培育CCUS產(chǎn)業(yè)鏈具有重要意義。煤基能源產(chǎn)業(yè)是目前國內(nèi)CCUS技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，推動CCUS技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，需要煤基能源行業(yè)在CCUS方面協(xié)同推進(jìn)和耦合發(fā)展。
未來商業(yè)化模式是中國發(fā)展CCUS技術(shù)的重要支撐。中國未來部署CCUS有以下可選的商業(yè)經(jīng)營模式。（1）獨(dú)家一體化模式，獨(dú)家企業(yè)一般為大型國有企業(yè)；（2）聯(lián)合經(jīng)營模式，由多家企業(yè)共同出資建立的聯(lián)合經(jīng)營企業(yè)負(fù)責(zé)二氧化碳捕集、運(yùn)輸和注入；（3）運(yùn)輸商模式，生產(chǎn)方或捕集企業(yè)捕集二氧化碳后，獨(dú)立運(yùn)輸商僅負(fù)責(zé)運(yùn)輸，利用方和注入企業(yè)負(fù)責(zé)二氧化碳的注入、封存以及利用。（4）CCUS運(yùn)營商模式，各環(huán)節(jié)可由同一CCUS運(yùn)營商運(yùn)營或由不同運(yùn)營商獨(dú)立運(yùn)營。
對國家布局CCUS技術(shù)的若干建議
未來CCUS的發(fā)展，應(yīng)注重政府引導(dǎo)、市場主導(dǎo)、企業(yè)參與、示范先行的工作格局，從以下幾個(gè)方面強(qiáng)化CCUS布局工作：
一是，加強(qiáng)頂層機(jī)制設(shè)計(jì)，明確技術(shù)中長期發(fā)展戰(zhàn)略定位。
將CCUS納入國家重大低碳技術(shù)范疇，探索設(shè)立二氧化碳利用技術(shù)專項(xiàng)扶持資金，形成政產(chǎn)學(xué)研各界對發(fā)展CCUS技術(shù)的統(tǒng)一愿景。抓住“十四五規(guī)劃”技術(shù)播種期，將相關(guān)技術(shù)研發(fā)納入后續(xù)國家科技計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，為其提供長期穩(wěn)定的支持。建設(shè)國家重大基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)平臺，重點(diǎn)開展二氧化碳強(qiáng)化資源開采、二氧化碳化工利用和生物利用技術(shù)驗(yàn)證設(shè)施建設(shè)。重視CCUS技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)研究和保護(hù)，設(shè)計(jì)完善的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制與體系，有效規(guī)避市場技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)壁壘。制定CCUS研發(fā)示范項(xiàng)目監(jiān)管條例和行業(yè)規(guī)范，明確研發(fā)示范項(xiàng)目的責(zé)任主體和監(jiān)管、審批主體，建立行業(yè)與政府之間的聯(lián)合協(xié)調(diào)機(jī)制。探索不同利益相關(guān)方有效溝通交流機(jī)制，提升政府、企業(yè)、公眾對CCUS技術(shù)的認(rèn)同程度。
二是，出臺和完善財(cái)稅金融政策與市場化機(jī)制，形成明晰的激勵(lì)環(huán)境。
加大國家對集成示范項(xiàng)目的財(cái)政支持力度，配套低息和無息貸款等多方面財(cái)稅激勵(lì)政策。參考新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑和模式，通過有力、持續(xù)的政策支持推動CCUS規(guī)?；渴鸷蜕虡I(yè)化發(fā)展?？稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)的迅速部署和成本下降，是政府補(bǔ)貼的直接結(jié)果。國家對于處于早期示范發(fā)展階段的“煤基能源+CCUS技術(shù)”可以參照可再生能源扶持政策給予適當(dāng)激勵(lì)，加快CCUS技術(shù)學(xué)習(xí)進(jìn)步率，進(jìn)一步提升其低碳競爭力。綜合利用碳金融工具，將CCUS納入碳排放交易體系，進(jìn)行電力、煤炭、石油、化工等行業(yè)及企業(yè)之間的二氧化碳循環(huán)利用機(jī)制研究，強(qiáng)化行業(yè)部門聯(lián)合推進(jìn)CCUS產(chǎn)業(yè)化。設(shè)置CCUS示范項(xiàng)目基金，給予使用CCUS技術(shù)的企業(yè)補(bǔ)貼電價(jià)，將配置CCUS技術(shù)的煤電作為“綠電”給予其他低碳電力同等的市場機(jī)制及政策激勵(lì)。鼓勵(lì)國有企業(yè)充分發(fā)揮資本和資源的調(diào)動優(yōu)勢，主動探索CCUS項(xiàng)目發(fā)展的商業(yè)模式，牽頭規(guī)劃建設(shè)二氧化碳專用運(yùn)輸管道等基礎(chǔ)設(shè)施，提升源匯匹配水平，促進(jìn)區(qū)域多行業(yè)產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展。
三是，加快技術(shù)研發(fā)和項(xiàng)目示范，抓住現(xiàn)代煤化工這一高濃度碳源的早期機(jī)遇。
開展CCUS與煤基能源體系耦合的大規(guī)模示范，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局。探索設(shè)立CCUS技術(shù)專項(xiàng)扶持資金，將相關(guān)技術(shù)納入科技研發(fā)的考核機(jī)制，并為使用CCUS技術(shù)的示范電廠提供補(bǔ)貼電價(jià)。由政府主導(dǎo)推進(jìn)CCUS系統(tǒng)集成和集群化，選擇資源條件良好、源匯匹配條件適宜、地方政府態(tài)度積極的地區(qū)（如陜西、內(nèi)蒙、新疆等地區(qū)）開展早期示范，形成跨行業(yè)、跨地域協(xié)同推進(jìn)的格局。早期階段應(yīng)當(dāng)利用煤化工產(chǎn)業(yè)高濃度二氧化碳排放源的低成本捕集優(yōu)勢，優(yōu)先采用高濃度排放源與強(qiáng)化石油開采相結(jié)合的方式，積極有序開展CCUS全鏈條集成工程示范，以進(jìn)一步加快技術(shù)驗(yàn)證和產(chǎn)業(yè)培育進(jìn)程。
（作者系廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長）
