一、氣候變化的現(xiàn)實性和減排溫室氣體現(xiàn)狀的嚴峻性

2009年 12月，聯(lián)合國氣候談判會議將在哥本哈根召開。這是繼京都議定書之后，世界各國關于氣候談判最重要的一次會議。全球氣候變暖已經(jīng)成為人類生存的一大威脅，是世界各國，包括發(fā)達國家和發(fā)展中國家，面臨的一個亟待人類共同努力來解決的嚴重問題。引發(fā)全球氣候變化的主要原因是，過去一百多年間，人類一直依賴石油煤炭等化石燃料來提供生產(chǎn)生活所需的能源，燃燒這些化石能源排放的二氧化碳（CO2）等溫室氣體，使得溫室效應增強。因此，國際社會在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》基礎上對全球氣候變化問題進行了廣泛合作。締約國于1997年簽定的《京都議定書》設定了主要工業(yè)化國家減少溫室氣體排放的目標。降低碳排放從此成了全球應對氣候變化共同努力的目標。

如果將全球溫室氣體排放量按行業(yè)統(tǒng)計，發(fā)電行業(yè)是最大的排放源，它還將是在2050年前增長最快的排放源。而燃煤發(fā)電又是發(fā)電行業(yè)中碳排放的最主要來源。全球發(fā)電行業(yè)燃煤發(fā)電占40%。全球有大量的化石燃料電廠在運行，發(fā)展中國家如印度和中國，新建電廠仍以化石燃料為主。這就需要找到一種針對化石燃料發(fā)電的脫碳解決方案。在減少碳排放的過程中，發(fā)電廠所肩負的責任最為重大，而在煤電當?shù)溃娲l(fā)電無法短期內(nèi)實現(xiàn)規(guī)模效應的情況下，就引出了本文要討論的碳捕集和儲存（Carbon Capture and Storage, CCS）技術(shù)。

二、碳捕集和儲存是一種主要針對燃煤發(fā)電碳排放的解決方案

CCS定義

對于CCS的定義有許多，目前被廣泛接受的定義是“一個從工業(yè)和能源相關的生產(chǎn)活動中分離二氧化碳，運輸?shù)絻Υ娴攸c，長期與大氣隔絕的過程”。CCS的產(chǎn)業(yè)鏈由四部分組成，即（1）捕集、（2）運輸、（3）存儲和監(jiān)測，用于（4）增加石油采收率（EOR）。通俗而言，CCS就是在二氧化碳排放之前就對其捕捉，然后通過管線或船舶運到封存地，最后壓縮注入地下，達到徹底減排的目的。

如果技術(shù)發(fā)展成熟，CCS將成為一個可以使燃煤發(fā)電接近“零碳”排放的技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。目前實驗中的CCS技術(shù)可消除85~95%的二氧化碳。另外一些處于研發(fā)階段的技術(shù)（化學循環(huán)）已證明可以消除99.5%的二氧化碳。

1) 捕集

這是最初的一步，在化石燃料燃燒發(fā)電之前或之后將CO2分離出來。目前正在進行試點的有三種捕集技術(shù)，每種技術(shù)適用于不同類型的發(fā)電廠：

• 燃燒后處理（在燃燒后捕捉），能夠滿足常規(guī)的電廠，是最容易理解的技術(shù)。
• 氧化燃料（讓燃料在純氧中燃燒），理論上很有希望但現(xiàn)實應用較少。如果目前試點成功，氧化燃料可能與燃燒后處理競爭市場。
• 燃燒前處理（在燃燒前捕捉），很有可能提供混合的電力、氫氣和低碳燃料/原料。

2) 運輸

將CO2從排放源壓縮后運輸?shù)酱鎯Φ攸c，最可行的方式是管道，但是對于更長距離來說，需要用船運。運輸技術(shù)相對成熟。全球大約有5600公里長的陸上CO2傳輸管道。但CO2的運輸過程存在一些技術(shù)和法律方面的挑戰(zhàn)，如輸送方式談判（鋪設管道的許可權(quán)）。現(xiàn)有的基礎設施將需要大幅增長才能滿足運送CCS的容量需求。

3) 儲存

儲存不僅包括將CO2保存在深層地下，還要對泄露進行監(jiān)測。油氣田已經(jīng)過深入廣泛的地質(zhì)分析，目前最適合儲存CO2的地點是枯竭的油氣田。石油和天然氣公司將天然氣儲存在地下深處已有數(shù)十年的經(jīng)驗，他們的成功也為將大量CO2存儲上千年或上百萬年提供了信心。除了使用枯竭油氣田（DOGF），其他可能的地點還包括鹽水層（多孔巖石地層中的小孔充滿了鹽水，而它被無孔巖層包圍），以及無法開采的煤層等。

4) 用于增加油氣采收率（EOR/EGR）

這是CCS產(chǎn)業(yè)鏈的最后一環(huán)，不是必須，而是可選的，并有潛在收益。具體過程是，注入CO2，將那些開采難度大的石油或天然氣“推向”生產(chǎn)井。EOR/EGR商業(yè)運行證明這種方法可以將枯竭油氣田壽命預期延長20年（如加拿大的Weyburn）。當然，這一環(huán)節(jié)還需進一步檢驗證明CO2在地下保持不擴散。

三、CCS是一種值得繼續(xù)推廣的碳減排技術(shù)

如前所述，高度依賴燃煤的發(fā)電模式仍將持續(xù)，而CCS是目前此種模式下已知的唯一可行的技術(shù)解決方案。燃煤燃氣發(fā)電產(chǎn)生的CO2經(jīng)過CCS技術(shù)可以消除高達90%。要實現(xiàn)從現(xiàn)在高碳的發(fā)電方式轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥砹闩欧虐l(fā)電的低碳目標，CCS潛力巨大，除了可以減少排放，CCS還可以通過提高煤炭利用率，從而有助于這些國家實現(xiàn)更大的能源安全。

現(xiàn)在，行業(yè)內(nèi)和各國政府對CCS技術(shù)的可行性有著越來越多的共識。 CCS自2000年起迅速發(fā)展到現(xiàn)在，它已成為廣受重視的解決氣候變化的重要技術(shù)。國際能源機構(gòu)（ IEA ）在2008年世界能源展望中提出的藍色情景分析中預測，到2050年CCS將對燃煤和燃氣發(fā)電廠有重大貢獻。各國政府也對此做出響應，紛紛設立專項資金，以供發(fā)展CCS技術(shù)之用。其中包括歐盟提供的80億美元，澳大利亞CCS旗艦計劃的20億美元，和奧巴馬政府刺激計劃中用于CCS的24億美元。

四、CCS技術(shù)推進還面臨的不確定性和挑戰(zhàn)

目前CCS在世界范圍內(nèi)所取得的成果還只是萬里長征的第一步。根據(jù)國際能源機構(gòu)的估計，到2050年，CCS要想對緩解氣候變化產(chǎn)生顯著影響，至少需要有6,000個項目。每個項目每年在地下存儲100萬噸CO2，而目前全世界只有三個如此規(guī)模的項目。可以說，如果CCS在未來20年不能進化為主流技術(shù)，情況將不容樂觀。

目前CCS技術(shù)無法迅速得到推廣的主要原因是其高昂的成本，其推廣過程還存在諸多不確定因素，下面我們就對這些因素一一進行論述。

技術(shù)成本

在CCS過程中，最大的成本支出在捕集階段，主要有兩個原因：
 

• 部署CCS需要增加資本成本，資本的開支取決于具體的捕集技術(shù)（燃燒前，燃燒后，氧化燃料），但基本上都是將CO2從煙道中分離出來、壓縮、最后運輸。初步估計，對捕集技術(shù)進行改造會增加50%~100%的成本。
• 長期的熱效率損耗，對運營成本有持續(xù)影響。分離和壓縮CO2都需要大量能量，致使發(fā)電損耗增加約6~12%。

英國氣候變化委員會對CCS成本的總體估算約為8美分/千瓦時（基于改造粉末煤電廠，85%捕集效率，英國能源和氣候變化部主要礦物燃料價格假設）。這正是國際能源機構(gòu)預測未來波浪和潮汐發(fā)電所處的范圍，略微高于核電7.5美分/千瓦時的上限。

長期儲存的可行性

CCS的一個關鍵問題是在地質(zhì)學上審核安全長期儲存CO2的場地。根據(jù)本文技術(shù)部分的闡述，有理由認為成功存儲是可行的。國際能源機構(gòu)指出，初步估計22世紀以前地球上的CCS儲存總?cè)萘款A計將足以滿足全球人口的需求。

從長遠看，沒有任何已證實的方法證明儲存CO2的安全性，泄露風險大量存在，如廢棄的注水井，毗鄰的鉆井或未被發(fā)現(xiàn)的地震造成的巖層斷裂。因此需要采取監(jiān)控措施，以保證每個CO2儲存場地的選擇和運營，以減少CO2泄露到大氣或其他物質(zhì)中的可能性。

政府法律和監(jiān)管框架

CCS技術(shù)到目前為止還沒有一個有效的法律和法規(guī)框架，各國CCS項目缺乏統(tǒng)一的準則，尤其是在CO2運輸和長期儲存方面。目前所存在的監(jiān)管條例，大多是在處理個案的基礎上針對具體項目的合同，并且僅限于那些必需解決的問題，以滿足現(xiàn)有法規(guī)的要求。對于法規(guī)之外的問題，比如長期儲存的賠償責任和安全要求等，并無明確規(guī)定。這造成了長期財產(chǎn)權(quán)利和責任的不明確——尤其是在項目注入CO2以后的階段。

五、政府和社會需要行動起來，應對發(fā)展和應用CCS的不確定因素

以上對挑戰(zhàn)的分析表明，推廣CCS技術(shù)不可能一蹴而就，需要克服成本、技術(shù)和觀念認識等一系列挑戰(zhàn)。因此，目前行業(yè)迫切需要政府通過金融、監(jiān)管和行政等措施，以及來自社會各屆的支持，應對整體碳減排技術(shù)的不確定性。

增加CCS的經(jīng)濟吸引力

在一項具有相當潛力的技術(shù)發(fā)展的早期階段，來自政府的資助、補貼和貸款擔保至關重要。在當前并不樂觀的世界經(jīng)濟形勢下，政府也許會由于資金不足，把對CCS的投資放在任務列表中較為靠后的位置，這種做法是可以理解的，但我們建議，由于CCS技術(shù)對解決氣候變化問題的貢獻可能是巨大的，各國政府和決策者應從長計議，在評估對CCS投資的價值時，把長期的社會效益考慮進來。

作為滿足碳排放目標的重要技術(shù)之一，CCS將在任何長期的碳限額和交易的制度中成為有效的市場決策的成本因素。當發(fā)電機采用CCS比支付CO2津貼更便宜時，經(jīng)濟臨界點就出現(xiàn)了。在今天碳價格為12歐元/噸的情況下，這似乎是相當遙遠的未來。但是各國正紛紛作出努力，對碳排放采取更嚴格的限制措施。

有效的風險管理和立法制度

在CCS的產(chǎn)業(yè)鏈上，我們需要采取一種管理框架，以評估和管理運營前、運營中和后期長期作業(yè)的風險。通過示范項目而獲得的最佳實踐應當為政策制定提供信息。例如 2008年澳大利亞政府頒布的海洋石油改良（溫室氣體存儲）法案，規(guī)定了運輸和儲存的責任，代表該國在這一領域的重大進步。關鍵是要把這些國家的努力變?yōu)橐粋€標準化的方法。某些機構(gòu)如碳存儲領導力論壇與國際能源機構(gòu)正開展合作，努力建設全球性的管理風險和責任的標準。

建立公眾意識

公眾對CCS的認知度對于技術(shù)的發(fā)展、推廣與實施都起著非常重要的作用。首先，政府用于支持CCS技術(shù)發(fā)展的投資應該得到納稅人的認可；同時，當存儲地點與居民密集區(qū)較近的時候，居民對于CCS技術(shù)的了解與認同是項目得以進行的必要條件。目前，在世界范圍內(nèi)，民眾對于CCS的認知還非常有限，舉例來講，90%的美國人從來沒有聽說過CCS 。由此可見，對公眾進行CCS知識教育是一項長期的、必要的工作。

六、CCS與中國的“綠色煤電”

在應對全球氣候變暖的問題上，中國選擇的道路和世界的選擇一致。不僅如此，在國際上，中國政府積極影響和參與國際減排計劃的制定和實施。在國內(nèi)，推行低碳經(jīng)濟。“十一五”規(guī)劃綱要提出，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%。同時規(guī)定，節(jié)能減排要寫進官員考核評價體系。在前面的CCS市場前景一節(jié)中，我們提到歐洲、北美和澳大利亞市場有可能率先實現(xiàn)規(guī)模發(fā)展，引領技術(shù)發(fā)展。由于CCS技術(shù)的諸多不確定性，中國對此持比較謹慎的態(tài)度，目前還沒有大規(guī)模開展CCS示范活動。但中國在應對氣候變化和減緩溫室氣體排放方面所付出的努力，并不在發(fā)達市場國家之后。在CCS方面，中國對于CCS技術(shù)的了解和關注程度非常高。同時，作為以煤為主要能源的國家，面對國內(nèi)火電裝機的比例達到了四分之三的事實，中國不僅密切關注CCS等前沿脫碳技術(shù)的發(fā)展，同時，更加務實地采取了一條以 IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)） 為主導的“綠色煤電”路線圖。

發(fā)展“綠色煤電”是中國電力工業(yè)未來的重要戰(zhàn)略選擇

中國以燃煤為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)在未來長時間內(nèi)不會改變。預計到2020年，煤電仍將占中國發(fā)電結(jié)構(gòu)的60%左右，未來中國控制燃煤發(fā)電污染物排放的任務將更加艱巨。因此為了使煤電得到可持續(xù)發(fā)展，中國有必要探索煤電二氧化碳的減排技術(shù)和開發(fā)煤基氫能技術(shù)，這是中國電力工業(yè)重要任務之一。

最近幾年，由多國的發(fā)電、煤炭等企業(yè)共同啟動了“綠色煤電”(Green Power)計劃，其中包括美國“未來電力”(Future Power)計劃、日本的煤氣化燃料電池示范電站計劃和中國的“綠色煤電”計劃，都是以大幅提高煤電效率、實現(xiàn)煤電二氧化碳零排放為目標，主要技術(shù)途徑是煤氣化的發(fā)電、制氫及二氧化碳分離和處理的煤基能源系統(tǒng)。

2004年，中國華能提出并加入“綠色煤電”計劃，2005年底，華能集團聯(lián)合另外幾家中央骨干企業(yè)，共同發(fā)起、投資組建成立了綠色煤電有限公司，制定了中國“綠色煤電”項目 “三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

中國“綠色煤電”項目 “三步走”發(fā)展戰(zhàn)略


來源:華能集團

發(fā)展“綠色煤電”計劃的基礎和前提是IGCC發(fā)電。IGCC即整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進動力系統(tǒng)，IGCC技術(shù)的兩個主要特點：一是使二氧化碳以比較純的形式排放，降低了捕集難度。二是和單純的超臨界技術(shù)相比，使用IGCC后，將使發(fā)電效率有所下降，但IGCC潛在效率可達到58%，因此還是一個比較好的技術(shù)選擇。按照“綠色煤電”計劃，中國將在2010年前，建成25萬千瓦級IGCC示范電站；在2020年前，建成40萬千瓦級的“綠色煤電”工程。目前，國內(nèi)首個IGCC示范工程項目---華能天津IGCC電站已經(jīng)獲得正式核準。

中國的“綠色煤電”計劃與美國“未來電力”項目對比

中國在減排工作上所顯示的決心和付出的努力是令人鼓舞的，但從全局著眼，我們也同樣正視中國作為新興市場國家，在與發(fā)達國家在這方面發(fā)展的差距。下面我們就把中國的“綠色煤電”計劃與美國“未來電力”項目做一個簡單的對比，主要區(qū)別有二個：

一是二氧化碳利用方向不同。美國主要是將二氧化碳儲存于地下，緩解減排壓力。而中國是發(fā)展中國家，尚無減排二氧化碳的義務，即使將來捕集二氧化碳，也是以先利用為主（作為產(chǎn)品出售），而不是直接埋存到地下。

二是技術(shù)基礎不同。美國“未來電力”項目是美國上世紀80年代以來開展的一系列清潔煤技術(shù)示范項目中的一環(huán)，側(cè)重于進行IGCC發(fā)電技術(shù)和二氧化碳捕集和埋存技術(shù)的商業(yè)化集成示范；聯(lián)產(chǎn)的氫氣作為“氫能經(jīng)濟”的交通燃料。而中國“綠色煤電”的側(cè)重點是：先形成一批IGCC關鍵技術(shù)，最終開發(fā)成功綠色煤電示范機組及二氧化碳處理技術(shù)。
（編者注：本文作者是埃森哲大中華區(qū)資源事業(yè)部主管合伙人丁民丞和埃森哲大中華區(qū)資源事業(yè)部副總裁吳纓。本文僅代表作者和所在機構(gòu)觀點。埃森哲卓越績效研究院通過原創(chuàng)的研究與分析，針對重大的企業(yè)管理問題和全球經(jīng)濟發(fā)展趨勢，提出具有戰(zhàn)略意義的深入見解。其研究人員將具有世界聲譽的研究能力與埃森哲廣博的管理咨詢、信息技術(shù)和經(jīng)營外包經(jīng)驗相結(jié)合，通過創(chuàng)造性的研究和分析，為企業(yè)實現(xiàn)并保持卓越績效提供指導與建議。埃森哲的中文網(wǎng)站：http: //www.accenture.cn）