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CCUS產業發展機遇和挑戰

  【壓縮機網】全世界在建和在運行的CCUS裝置服務于不同類型的生產活動,從發電行業、石油天然氣開采到冶金行業。二氧化碳驅油與埋存相結合,是油氣行業應對全球氣候變化的主要方式和方向,也是油田水驅開采后的主體接替技術,可有效延長油田商業壽命。同時,高額的投資及成本阻礙CCUS產業大規模商業化發展,隨著未來項目規模擴大、技術進步、政策激勵及碳金融市場發展等,瓶頸問題有望得以解決。

  機遇

  石油行業發展CCUS具有天然優勢

  碳捕集利用與封存(簡稱CCUS)是指將能源工業和其他行業生產活動產生的二氧化碳收集起來,并用各種方法儲存和利用以避免其排放到大氣中的一種技術。

  石油公司把二氧化碳驅油提高石油采收率和二氧化碳在地質體中安全長期埋存有效結合,兼顧溫室氣體減排效益和驅油經濟效益,且對CCUS過程中的地質評價、捕集、輸送、利用和封存等具有特有優勢,更容易發展CCUS業務。

  國際石油公司高度重視CCUS在應對氣候變化時的商業機遇,將CCUS作為油氣行業的戰略發展方向。

  具體來說,發展CCUS對石油行業的作用體現在:一是利用CCUS可以直接減少油氣公司的溫室氣體排放,響應國家應對氣候變化和碳減排要求。

  二是實施二氧化碳驅油技術可提高低滲透油田采收率,更具經濟性。國內低滲透石油資源占總資源量的一半以上。多數低滲透油田基本沒有自然產能,需要通過壓裂改造等技術手段才能實現工業性開發。國內外經驗表明,二氧化碳驅油在提高低滲透儲層有效動用儲量和單井產量方面有一定效果,可將油田采收率提高5%以上,總體效益非??捎^。鑒于二氧化碳驅油技術在開發低滲透油藏方面的優勢,應用二氧化碳驅油技術開發邊際油藏將是國內石油行業的主要發展方向之一。

  三是發展CCUS與油氣公司業務領域相契合。CCUS項目包括封存潛力評估、鉆探工程、地面工程等相關配套工程,在CCUS項目的全生命周期的各個階段,都可以有油氣運營或油氣服務類的公司參與,這與油氣行業業務領域高度契合。

  成功實踐 CCUS技術受到世界各國高度關注

  隨著氣候變化問題日漸引起全球關注,西方發達國家基于二氧化碳驅油的特點,將其與CCUS相結合,即CCUS-EOR。全世界在建和在運行的CCUS裝置服務于不同類型的生產活動,從發電行業、石油天然氣開采到冶金行業。這些裝置基本上都得到了國家財政的支持。

  ——挪威。挪威國家石油公司1996年在北海Sleipner油氣田啟動了世界第一套大型CCUS系統,截至目前,已累計封存二氧化碳1600多萬噸。全球鹽水層二氧化碳封存的兩個大型項目Sleipner和Snehvit都在挪威。挪威政府投資10億歐元建設了目前世界上最大的測試和改進燃燒后二氧化碳捕集技術的中試設施和研發中心(TCM),于2013年建成使用。此外,挪威石油理事會還計劃2022年在挪威大陸架建成離岸全鏈條CCUS-EOR工程,目標是開采在挪威大陸架發現的1億噸古殘余油帶及埋存二氧化碳。

  ——加拿大。目前,世界上最大、最成功的CCUS-EOR示范項目是加拿大Weyburn項目。Weyburn油田位于加拿大薩斯喀徹溫省Williston盆地的北部,于1954年發現,面積約180平方千米,油藏埋深1400—1500米。該油田1952年投入開發,使用了包括直井加密和水平井加密等措施,但都無法遏制產量持續遞減,已處于水驅開采末期。從1999年開始使用二氧化碳驅,分4個階段實施。2014年產量回升到3萬桶/日,效果顯著,目前二氧化碳驅年產油量約55萬噸,預計使油田商業壽命延長25年。Weyburn油田CCUS-EOR項目二氧化碳氣源由商業公司負責運行和管理,將氣輸送到油田場站;注采井防腐采用材質防腐,地面系統采用涂層防腐;注采井監測為太陽能供電,自動采集動態信息;氣驅前緣采用井間地震和四維地震;產出流體由專業公司負責分離二氧化碳,輸回油田循環利用,以副產的輕烴抵扣處理費用。

  2014年,加拿大SaskPower電力公司建立了世界上第一個碳捕集嵌入式發電廠,每年可減少二氧化碳排放量達100萬噸。SaskPower邊界壩碳捕集項目是世界上首例商業化規模的燃煤電廠燃燒后碳捕集項目,并成為此項技術發展的基準。該項目的成功運營,證明了CCUS技術在燃煤發電應用中的可行性和經濟性。

  ——美國。二氧化碳驅油技術在美國基本成熟,年產油量約1500萬噸,為其第一大提高采收率技術,并仍在不斷發展完善。主要原因是美國有穩定低廉的二氧化碳氣源、油藏以海相沉積為主、儲層物性連續性較好。美國二氧化碳驅油氣源以天然二氧化碳氣藏為主,占80%;含二氧化碳天然氣藏分離二氧化碳占15%;工業排放二氧化碳占5%;總量約5800萬噸/年,總體供給穩定。美國二氧化碳輸送以管道為主,建成運營的干線總里程約6000千米,為提供價格低廉二氧化碳氣源奠定了堅實基礎,氣源至井口成本低于250元/噸。此外,美國二氧化碳驅油藏以海相沉積為主,原油更易與二氧化碳混相,儲層物性好、連續且均質,這使得二氧化碳驅油效果較好,也是這項技術得以大規模推廣應用的主要原因。

  目前,世界上最大規模的二氧化碳驅油項目,是位于美國二疊盆地的SACROC油田。該油田于1942年發現,面積約200平方公里,油藏埋深1800—2100米。SACROC油田二氧化碳驅油項目日產水量12萬立方米,產出水全部回注,分離的烴氣部分自用、部分銷售,二氧化碳循環利用。該油田當前日注入二氧化碳5440噸,累計注入二氧化碳1.75億噸;二氧化碳驅年產油約150萬噸,二氧化碳驅累計產油約4300萬噸。SACROC油田二氧化碳驅項目最大特點是注氣井組由少到多,逐步擴展,類似于攤煎餅,加上循環注氣的使用, 二氧化碳得到了充分利用。

  美國正在運行的規模CCUS-EOR項目有8個(包括SACROC油田項目),正在建設調試的2個,另外還有一些處于前期預研階段。在這些二氧化碳捕集和提高采收率項目中,有4個是從開采的天然氣中分離出二氧化碳,而另外4個項目則是從化工過程捕集二氧化碳。比如位于俄克拉荷馬州的Enid化肥項目,位于達科他州的大平原煤制天然氣項目,位于得克薩斯州的空氣化工公司(Air Products)蒸汽天然氣重整制氫項目和堪薩斯州的Coffeyville石油焦氣化項目。到目前為止,美國已投運的大規模CCUS-EOR項目中,還沒有來自燃煤發電廠的捕集源,而主要來自化工過程。主要原因是在這些化工過程(比如在天然氣合成氨、煤制合成氣、石油焦制氫)中,二氧化碳的捕集技術更成熟,成本更低。

  ——阿聯酋。阿聯酋最大的鋼鐵企業酋長鋼鐵公司,2016年在冶金生產過程中分離捕集二氧化碳,每年可減少二氧化碳排放量達80萬噸。該項目為阿聯酋生態城馬斯達爾零排放項目的一部分,于2016年11月投運。目前,阿聯酋ADNOC公司正與中國石油就二氧化碳驅油與埋存開展技術合作研究。

  行業應用 石油公司實現凈零排放的重要途徑

  歐洲石油公司承諾“2050凈零排放”,他們將CCUS視為實現這一目標的必須途徑之一,英國石油公司(bp)牽頭實施的Teesside項目,計劃到2030年捕集并封存二氧化碳1000萬噸,建設英國第一個零碳工業區;道達爾承諾將總科研經費的10%投入到CCUS技術研發;殼牌公司在全球推動CCUS工程部署,其在加拿大的Quest項目實現了穩定的投資回報,正在策劃的鹿特丹項目,預計2030年實現封存二氧化碳1000萬噸。

  美國石油公司認為,CCUS可以為傳統的油氣行業帶來轉型發展機遇,??松涝诙趸疾都h節擁有獨特的受控凝固專利技術,并對碳注入和封存領域有深入的研究;雪佛龍牽頭實施的澳大利亞高更項目于2019年8月開始封存二氧化碳,預計滿負荷生產時年封存量達到400萬噸,是目前世界上最大的地質封存項目。油氣行業氣候倡議組織(OGCI)于2016年設立了10億美元的氣候投資基金,將總投資的50%用于開展CCUS技術研究和示范工程,協同降低成本、增強商業潛力。2020年OGCI發布了全球首個《二氧化碳封存資源目錄》,評價表明全球二氧化碳埋存潛力為12.267億噸。

  中國石油近15年來開展了CCUS相關的科學研究工作。建立了國家重點實驗室、研發中心和試驗基地等平臺,承擔了一批國家重大項目,配套立項重大專項、重點科技項目和重大礦場試驗;完成了國內主要盆地二氧化碳地質儲存潛力與適應性評估,以資源潛力評價為基礎,識別出適合發展CCUS產業的主要區域;開展了自備電廠煙道氣二氧化碳等重要碳減排技術研究,初步積累了相關技術。在吉林油田建成國內首個二氧化碳分離、捕集和驅油等全產業鏈基地,截至2021年底,累計實現二氧化碳封存量超過250萬噸;大慶油田也在運行CCUS示范項目,目前二氧化碳封存能力達到30萬噸/年;克拉瑪依石化公司與新疆敦華公司合作,建成了10萬噸級的CCUS捕集示范項目。

  總體來說,中國石油目前在吉林、大慶進入CCUS技術擴大試驗階段,長慶、新疆正開展先導試驗,總體處于先導試驗跨入工業化試驗的階段?!笆奈濉敝饕繕耸钱a業技術完善、成熟及示范,建成多個基于現有CCUS技術的工業示范項目并具備工程化能力。

  前景分析 CCUS大規模發展亟須破瓶頸

  從全球開展的CCUS項目數量和埋存量上看,CCUS-EOR是主要方式和方向,單純的CCUS項目受政策變化和經濟效益影響難以為繼,部分規劃項目已被迫終止。主要原因是CCUS項目仍存在能耗和成本過高、長期封存安全性和可靠性不確定等問題。高額的投資及成本是阻礙CCUS產業大規模商業化發展的瓶頸,隨著未來項目規模擴大、技術進步、政策激勵及碳金融市場發展等,情況有望得以改善。

  在中國,CCUS產業的發展需要支持措施,具體包括:

  一是國家層面CCUS發展的相關政策,包括:CCUS項目新技術稅收優惠、貸款利息優惠、土地優惠政策、項目收益期優惠政策、納入碳市場交易優惠政策以及CCUS電廠額外發電小時數優惠、減免CO2-EOR項目石油特別收益金等方面的鼓勵政策。符合條件的設備(包括與環境保護、能源、節約用水相關的專用設備),以及某些基礎設施資產,可以進行加速折舊處理。CO2-EOR項目屬于三次采油提高采收率范疇,推動增采原油部分能夠享受國家減免40%稅收優惠。

  二是CCUS相關監管措施。解決在油氣儲層封存二氧化碳的管轄權責任問題、國家—地方管轄權問題、以及主管部門管轄權問題(環境保護部門、能源管理部門、國土資源部門等)。

  三是制定碳市場中的CCUS作為國家核證減排量(CCER)方法學,推動CCUS碳減排量的認定。推進CCUS項目形成的CCER優先進入國內碳排放權交易市場。(楊永智 中國石油勘探開發研究院)

  挑戰

  加快規?;l展應對CCUS成本挑戰

  3月17日,睿咨得能源(Rystad Energy)發布的研究結果表明,在碳捕集與封存(CCS)開發方面的服務支出將在未來10年中飆升,從2022年到2025年翻兩番,這4年全球累計支出將超過500億美元。

  作為一種大規模的溫室氣體減排技術,碳捕集利用與封存(CCUS)受到越來越多國家和企業的重視,顯現出迅猛的發展態勢。僅2021年各國就宣布約100個新CCUS項目,如果這些項目都能順利推進,到2030年全球碳捕集能力將翻兩番,至1.6億噸/年。盡管如此,這與國際能源署(IEA)的評估結果仍然存在很大差距。IEA在2050年全球能源系統凈零排放情景下預測,2030年全球二氧化碳捕集量為16.7億噸/年。加速CCUS產業規?;l展勢在必行,但是面臨技術、成本、風險、政策法規等諸多因素制約。

  CCUS技術尚未完全成熟。以二氧化碳捕集技術為例,根據麥肯錫的分析,只有高濃度點源(50%—90%濃度的煙氣)碳捕集技術很成熟,低濃度點源(5%—15%濃度的煙氣)占碳排放總量的絕大部分,主要來自大型難減排行業(如發電、水泥),可通過化學溶劑、固體材料吸附劑、膜分離等捕集方法,其中化學溶劑捕集方法較為成熟。直接空氣捕獲是實現負碳排放必須的技術手段,目前技術尚不成熟。

  CCUS項目成本高昂,尤其是直接空氣捕集成本和沒有利用的直接封存成本。在現有技術條件下,煤電示范項目安裝碳捕集裝置后,捕集每噸二氧化碳將額外增加140—600元的運行成本。據中國石油勘探開發研究院油氣田開發專家胡永樂測算,如果油區附近以中低濃度排放源為主,且規模相對較小,則二氧化碳來源成本相對較高,一般在200—300元/噸。

  CCUS項目存在一定安全和環境風險。此外,大部分CCUS技術有額外增加能耗的特點,增加能耗必然帶來污染物的排放問題。從封存的規模、環境風險和監管角度考慮,國外一般要求二氧化碳地質封存的安全期不低于200年。

  針對阻礙CCUS產業加速規?;l展的瓶頸,可從以下幾個方面著力突破。第一,加快CCUS各環節關鍵技術研發,尤其是低濃度點源與直接空氣捕集技術,加大對技術研發的資金支持。發達國家高度重視CCUS技術的開發,例如,近日美國能源部先后宣布兩筆資助招標計劃,共計投入1.15億美元支持碳捕集和利用技術研發。

  第二,多措并舉,降低CCUS各環節及整體成本。麥肯錫認為,CCUS的成本主要集中在捕集環節,降本抓手包括開發新一代碳捕集技術、降低電力成本、形成規模經濟效應、優化封存點規劃、合理利用社會資源等。通過降低耗電量和用電成本,實現在捕集環節顯著降本;同時利用規模經濟效應優化封存點規劃,可進一步降低運輸和封存成本。在相對樂觀的情景預測下,CCUS成本可能降低30%—40%。

  第三,建立CCS樞紐,整合不同環節不同行業,形成協調、完整的產業鏈。伍德麥肯茲表示,達到氣候目標所需的規模發展商業CCUS的一個關鍵要素是建立CCS樞紐。CCS樞紐靠近封存地點,同時結合二氧化碳工業源集群,通過提高規模效益和共享成本來降低開發風險。根據排放量、封存容量和可用基礎設施匹配碳源與匯來選定CCS樞紐的位置非常重要。氣體世界網3月17日報道,挪威能源公司CO2 Management AS將在德國不來梅市建立一個二氧化碳轉運中心,用于利用或封存捕集的二氧化碳,這是德國首個此類設施。

  石油行業已做好充分利用CCUS的準備。石油行業在20世紀70年代開創了這項技術,具有先發優勢和豐富的經驗。它還可以使用運輸二氧化碳的基礎設施和可封存二氧化碳的枯竭油氣田以及利用這種地下容量的相關技能。伍德麥肯茲表示,隨著許多油氣加工工藝創造了碳捕集的低成本機會,充足的市場需求可能會使 CCUS成為油氣行業的利潤中心。

  近期,國際油價已大幅上漲,3月25日,布倫特油價收于120.65美元/桶。多數專家分析,90美元/桶以上的高油價將維持較長時間。這對石油公司發展碳捕集、埋存與提高采收率技術(CCS-EOR)是很好的機遇期。油價上漲可以大幅提高CCUS項目的承受成本,對于有一定承受力的油田,油價每上漲10美元/桶,其承受成本將增加12—92元/噸。此外,政府政策包括法規、碳稅、激勵措施和碳市場的發展,將為CCUS的發展提供推動力。

  文/李小松 中國石油報

標簽: 產業發展CCUS  

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