生物質能碳捕集與封存Bioenergy with Carbon Capture and Storage,簡稱BECCS,將生物質能與碳捕集封存技術相結合,對生物質燃燒或轉化過程中產生的 CO2進行捕集和封存,實現負碳排放,是支撐電力行業實現碳中和目標的關鍵技術之一。今天,與大家分享華能碳中和研究所有關報告的部分內容。
01
實現碳中和需要負碳技術
負碳技術是實現二氧化碳凈零排放的關鍵。人類社會生產生活不可避免的造成二氧化碳排放,通過經濟結構轉型、能效提升、發展非化石能源等方式,無法將二氧化碳排放降至零,只能通過固碳技術或生態系統碳匯吸收,實現二氧化碳的“凈零排放”。據預測,2060年我國二氧化碳排放量可控制在20億噸左右,生態系統碳匯能抵消13億噸左右,為實現碳中和,必須部署負碳技術,進一步捕集、吸收二氧化碳。
國家要求大力發展負碳技術。中共中央、國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》要求,開展低碳零碳負碳和儲能新材料、新技術、新裝備攻關,積極開展低碳零碳負碳技術研發應用。國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》要求,開展低碳零碳負碳關鍵核心技術攻關,推動低碳零碳負碳技術裝備研發取得突破性進展。國資委《關于推進中央企業高質量發展做好碳達峰碳中和工作的指導意見》提出,充分發揮中央企業創新主體作用,力爭在低碳零碳負碳先進適用技術方面取得突破。科技部《科技支撐碳達峰碳中和行動方案》提出,要大力推動低碳零碳負碳技術研發,加強現有綠色低碳技術推廣應用。
負碳技術是支撐電力行業實現零碳的關鍵。電力行業是當前二氧化碳排放最高的行業,2020年,我國電力行業碳排放43億噸,占全國二氧化碳排放總量的37%。電力行業零碳化發展是我國實現碳中和的基礎和必要條件。據最新研究指出,我國電力系統發展的目標是實現零碳,從深度低碳到零碳,推薦保留一定規模的火電,解決新能源發電長周期、季節性波動帶來的保供問題,產生的碳排放不超過10億噸,通過CCS/CCUS技術移除。受燃燒后胺基捕集技術二氧化碳通過率90%的經濟上限約束,化石能源機組加裝CCS/CCUS的二氧化碳捕集率理論上最高為90%,無法實現完全的“凈零”排放。因此,我國電力系統實現零碳,必須應用一定規模的負碳技術。
02
BECCS是最具發展潛力的負碳技術
BECCS技術通過“生物質利用+CCS/CCUS”的技術組合,實現了從生物質原料產生到利用全過程的負碳排放。生物質原料通過光合作用吸收了大氣中的二氧化碳,采用CCS/CCUS技術對生物質原料利用過程中可能釋放的二氧化碳加以捕集,就全過程而言,消減了大氣中的二氧化碳。與其相比,“化石能源利用+CCS/CCUS”技術只能對化石燃料利用過程中釋放的二氧化碳加以捕集,就全過程而言,并未減少當下大氣中的二氧化碳,不能實現負碳排放。
聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)、國際能源署(IEA)等研究機構認為BECCS技術是必需的負碳技術。IPCC《全球溫升1.5℃特別報告》指出,在實現1.5℃溫控目標的四種情景中,全部都應用了BECCS技術。IEA《世界能源技術展望2020—CCUS特別報告》預測,2030年后,BECCS技術開始大規模應用;2050年、2070年,BECCS技術將分別抵消全球能源系統碳排放的7%、30%,約10億噸、27億噸二氧化碳;到2070年,全球1/4的生物質能利用將采用BECCS技術。國家生態環境部環境規劃院《中國CCUS年度報告(2021)》預測,2035年后,我國BECCS技術開始大規模應用;到2040年、2060年,應用BECCS技術將分別完成碳減排總量的8%~21%、30%~33%,約0.8~1億噸、3~6億噸二氧化碳。
目前,BECCS技術在全球范圍內尚處于研發和示范階段,還不具備大規模商業化運行的條件。據IEA統計,截至2020年,全球共有BECCS項目13項,分布在美國、歐洲、日本和加拿大,應用于生物質乙醇工廠、生物質發電、垃圾焚燒等領域。在我國,一些研究機構和高校開展了BECCS相關理論研究和實驗室規模的試驗探索,尚未建設BECCS示范項目。
BECCS技術在我國電力行業應用潛力巨大。我國生物質資源豐富。中國產業發展促進會生物質能產業分會《3060零碳生物質能潛力藍皮書》指出,目前我國生物質資源年產量為34.9億噸,其中作為能源利用的開發潛力為4.6億噸標準煤,而實際應用不足6000萬噸標準煤。預計2060年,我國生物質資源年產量將達到53.5億噸,作為能源利用的開發潛力將超過7億噸標準煤。我國生物質發電近年來發展迅速,截至2021年底,生物質發電裝機達到3598萬千瓦,已完成84個國家級燃煤耦合生物質發電技改項目。預計到2060年,生物質發電裝機將超過1.8億千瓦,是目前的6倍。考慮我國“煤電+CCS/CCUS”技術已規模化示范的現狀,預計2030年,BECCS將在電力行業實現規模化應用,達到500萬千瓦,到2060年達到8000萬千瓦。
03
我國電力行業加快發展BECCS技術的措施及建議
(一)明確發展BECCS的技術路線
盡快將BECCS納入碳中和關鍵技術體系,為煤電資產在碳中和時代綠色轉型發展之路提供支撐。將“燃煤耦合生物質發電+CCS/CCUS”與“生物質發電+CCS/CCUS”作為發展BECCS技術的兩條關鍵路線。加大燃煤耦合生物質發電摻燒比例,結合CCS/CCUS改造,推動煤電機組向低碳甚至零碳電源轉變;加快發展生物質發電,推進BECCS改造,增加負碳排放能力。
(二)加快推進BECCS關鍵技術研發
突破高比例燃煤耦合生物質發電技術,提升生物質發電的蒸汽參數和發電效率,降低發電成本;研制高效低能耗捕集溶液,突破低濃度煙氣捕集、二氧化碳加氫或化學轉化利用等關鍵技術,開發高效率、高通量大型分離設備,牽頭制定相關標準,形成完整的技術研發體系。
(三)積極推動BECCS技術在我國規模化應用
總結推廣“煤電+生物質”耦合發電和已有CCS/CCUS示范項目的先進經驗,盡快啟動生物質耦合燃煤發電BECCS示范項目。綜合考慮生物質資源可獲取量、二氧化碳利用與封存等條件,制定BECCS發展路線圖,培育上下游產業鏈深度融合的生態體系,推進BECCS技術實現規模化應用。