火电厂CCS自愿减排项目方法学开发探析

摘要：我国电力行业主要以火电装机和发电量为主，电力行业是我国温室气体排放大户之一，同时也被认为是温室气体减排潜力最大的行业，在整个气候变化政策与减排行动中受到了格外的关注。碳捕捉封存（CCS）技术作为一项新兴技术，是当前唯一能同时实现日益增长的化石燃料使用与气候变化目标的技术。然而，目前联合国气候变化框架公约执行理事会（EB）和国家发改委（NDRC）均没有批准和备案的CCS方法学，本文简要介绍了CCS技术并对火电行业CCS自愿减排项目方法学开发进行了分析，希望对相关机构开发火电厂CCS自愿减排项目方法学提供借鉴意义。

关键词：CCS，火电行业，温室气体自愿减排项目方法学

中图分类号：TV文献标识码： A

Abstract：Power industry in China is mainly dominated by fossil-fired power capacity installation and power generation, as one of the main emitters, it is regarded as the biggest GHG reduction potentiality and attract attentions throughout climate change and emission reduction action. CCS is just only one new technology that can realize the increasing fossil fuel utilization and climate change target simultaneously. However, until now there is no approved CCS methodology in UNFCCC EB and NDRC. The paper briefly introduce CCS technology and voluntary CCS methodology development, hopefully it could provide reference for organization to develop GHG voluntary emission reduction methodology.

Key Words: CCS, Fossil-fired Power Industry, GHG Voluntary Emission Reduction Methodology

近年来，由于人为温室气体大量排放导致全球气候变化加剧已成为国际社会关注和讨论的热门话题。2012年12月，多哈气候大会通过《京都议定书》修正案，其中包含7种温室气体，除二氧化碳之外，还有甲烷、氧化亚氮、六氟化硫、氢氟碳化物、全氟碳化物、和三氟化氮[ UNFCCC, 对《京都议定书》的多哈修正[EB/OL] unfccc.int/files/kyoto_protocol/application/pdf/kp_doha_amendment_chinese.pdf，2012.12]，尽管CO2的温室效应潜能（GWP）最小，但由于其排放量大、且生命周期可长达200年，对气候变化的影响最大，因此被认为是全球气候变暖的首要肇事者，成为全球减缓温室气体排放的首要目标[ 刘嘉，李永，刘德顺. 碳封存技术的现状及在中国应用的研究意义[J]. 环境与可持续发展. 2009(2):1]。

要实现温室气体减排，一方面，可以采用提高能效，减少化石燃料使用，开发可再生能源项目等减少排放产生的减排路径；另一方面，根据国际能源署（IEA）研究，到2050年把全球温室气体浓度限制在450ppm的所有减排技术中，仅CCS项目就需贡献20％。当前，包括IEA在内的全球主要能源研究机构和主要碳减排积极倡导组织和国家已一致将CCS技术作为未来主要碳减排技术[ 韩文科等. 当前全球碳捕集与封存技术进展及面临的主要问题[J]. 专家论坛．2009(10)：6-7]。

1 CCS技术简介

CCS技术由捕获、运输和封存3个部分组成，具体是指将CO2从工业或相关能源的源头分离出来，输送到封存地点并长期于大气隔绝的过程[ IPCC. Carbon Dioxide Capture and Storage [M]. New York: Cambridge University Press, 2005: 111-159]。

1.1碳捕集技术

目前，火电厂最主要的碳捕集技术有3种：分别是燃烧后脱碳、燃烧前脱碳和富氧燃烧技术[巢清尘，陈文颖. 碳捕获和存储技术综述及对我国的影响[J]. 地球科学进展，2006，21：291-298.]。其中燃烧前捕捉技术只能用于新建发电厂，而另两种技术则可同时应用于新建和现有发电厂。

1.1.1燃烧后脱碳

燃烧后脱碳是从烟气中分离二氧化碳。二氧化碳的收集方法主要有化学溶剂吸收法、吸附法和膜分离等方法。当前最好的收集法为化学溶剂胺吸收法。胺与二氧化碳发生化学反应后形成一种含二氧化碳的化合物。然后对溶剂加温，化合物分解，分离出溶剂和高纯度的二氧化碳。

1.1.2 燃烧前脱碳

燃烧前脱碳主要应用于以气化炉为基础的发电厂。首先，化石燃料与氧气或空气发生反应，产生由一氧化碳和氢气组成的混合气体。混合气体冷却后，在催化转化器中与蒸汽发生反应，使混合气体中的一氧化碳转化为二氧化碳，并产生更多的氢气。最后，将氢气从混合气中分离。二氧化碳从混合气体中分离并被捕获和储存，氢气被用作燃气联合循环的燃料送入燃气轮机，进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电。煤气化联合循环发电技术（IGCC）就是将煤变成合成气的一项技术，是一种典型的燃烧前捕集CO2 的技术[ 潘一等. 二氧化碳捕捉与封存技术的研究与展望[J]. 当代化工，2012，41(10):1072-1078]。

1.1.3 富氧燃烧技术

富氧燃烧捕集是指燃料在氧气和二氧化碳的混合气体中燃烧，燃烧产物主要是二氧化碳、水蒸汽以及少量其他成分，经过冷却后二氧化碳含量在80%～98%。通常，氧气由空气分离方法产生，少部分烟气再循环与氧气按一定比例进入燃烧室。使用氧气和二氧化碳混合气的目的是为了控制火焰温度。如果燃烧发生在纯氧中，火焰温度就会过高。在富氧燃烧系统中，由于二氧化碳浓度较高，因此捕获分离的成本较低，但供给的富氧成本较高。

1.2CO2运输

二氧化碳的运输方式主要有公路、铁路、管道和船舶运输四种方式。考虑到输送量过大，管道和船舶运输较为合适。

1）管道运输：适合大运量的输送，但运输方向受到限制；适用于陆地封存，但对防腐保温要求很高；

2）船舶运输：同样适合大运量的输送，但运输方向相对灵活，成本较低，适用于海底封存。

1.3 CO2封存

目前国内外研究的CO2封存方式主要有海洋封存和陆地封存两种方式[ 任相坤等．煤化工过程中的CO2排放及CCS技术的研究现状分析[J]. 神华科技．2009(2):68-72．]。

1.3.1 CO2海洋封存

海洋封存有两种方法：一种是将CO2输送到深海中，使其自然溶解后进入自然界，进入到碳循环中；另一种是采用特种设备将其注入到海平面以下3000米，使其形成液态CO2以达到阻止CO2进入自然界的目的。

对于扩容的改造项目，由电厂提供额外电量捕集CO2，电厂新增容量运行产生的排放，可能会导致项目整体排放量增加。基准线排放（BEy）的计算基于现有电厂的排放量减去电厂新增容量产生的未被封存的排放量。

对于2.5.2部分，基准线排放计算方法如下：

对于新建火电CCS项目，由于其产生的CO2排放量全部被封存，这种情况可视为新建零排放的火电厂，基准线排放等于以化石燃料发电为主的电网提供同等电量产生的温室气体排放。

2.8 项目排放（PEy）

项目排放源来自于以下三种情况：

1）辅助化石燃料燃烧产生的项目排放；

2）电力消耗产生的项目排放；

3）渗透产生的项目排放。

2.9 泄漏（LEy）

CCS项目活动的泄漏考虑以下几个排放源：

1）上游燃料循环排放：包括由于CCS致使能源损耗进而导致额外能源消耗产生的排放；

2）强化驱油或采气：包括由于项目活动增加采出的油或气燃烧产生的CO2排放；

3）额外材料消耗：包括处理捕集CO2所用化学溶剂所产生的排放；

4）项目生命周期：在项目最后一个计入期结束后，考虑环境完整性后，项目可能泄漏到大气中CO2。

2.10 减排量（ERy）

ERy=BEy-PEy-LEy

其中:

ERy: y年份CCS项目的减排量（tCO2）；

BEy: y年份CCS项目的基准线排放量（tCO2）；

PEy: y年份CCS项目排放量（tCO2）；

LEy: y年份CCS项目泄漏（tCO2）。

2.11 监测方法学

对于CCS项目方法学，监测方法学需考虑以下几方面内容：

1）监测项目边界内各种能量和CO2流量，以此为基础，测量与项目相关的地上安装设施的项目排放；

2）监测项目边界内各种能量和CO2流量，以此为基础，测量项目在CCS前产生的CO2，事后测量作为基准线排放；或改造项目产生的上网电量，乘以电网系统排放因子，事前测量作为基准线排放；

3）监测与泄漏相关的数据和排放因子；

4）监测项目边界内地下部分的各种参数用于评估封存的永久性，以及封存场地是否有渗漏。这部分相关的因素如下：

计入期内项目排放的计算；

计入期之外，封存场地排放量的计算；

国家温室气体清单预估的排放；

封存场地渗漏给当地带来的健康、安全和环境影响的管理。

所有收集到的数据保存至计入期结束后两年。

3 结语

总之，随着火电CCS技术的日趋成熟，国内目前建设的火电厂碳捕捉项目极有可能进一步开发成为CCS项目，作为一项减排潜力巨大的技术，只有在火电CCS方法学在国家发改委成功备案后，项目封存的CO2才具备转化为碳排放权交易指标的条件，希望本论文能够对火电厂CCS温室气体自愿减排项目方法学开发提供借鉴意义。

参考文献：