導(dǎo)語(yǔ)：碳捕集與碳封存經(jīng)濟(jì)性評(píng)估透析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

哥本哈根會(huì)議之后，碳元素成為全球公共物品。由于國(guó)際上對(duì)全球變暖的擔(dān)憂，全球范圍內(nèi)的碳元素管理成為21世紀(jì)以來(lái)全球變化研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。研究表明，全球碳循環(huán)過(guò)程與人類活動(dòng)，特別是化石燃料燃燒和土地植被覆蓋變化有著密切的關(guān)系。全球來(lái)看，2007年CO2排放量達(dá)到了289.6×108t，其中，中國(guó)的CO2年排放量已經(jīng)達(dá)到60.7×108t［1］。如果要實(shí)現(xiàn)2050年全球碳排放量下降一半的目標(biāo)，碳排放額度也許將成為最為稀缺的元素。而想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，單純依靠生產(chǎn)和生活的節(jié)能減排是非常困難的。假設(shè)全球GDP年平均增長(zhǎng)率為3%，至2050年，全球GDP將會(huì)比2010年增加3.26倍(以1990年購(gòu)買力為基準(zhǔn))，所以，如果要在2050年使CO2排放量減半，則需要將單位GDP的CO2排放量減少6.52倍。在核聚變發(fā)電技術(shù)尚未成熟的情況下，僅依靠傳統(tǒng)的可再生能源、風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等無(wú)法持續(xù)供給的新能源是無(wú)法解決這個(gè)難題的。作為碳減排規(guī)模最大的單項(xiàng)技術(shù)，CCS被認(rèn)為是最具有前景的碳減排路徑之一，由圖1可以看出，若實(shí)現(xiàn)2050CO2排放量較2005年下降50%，工業(yè)CCS技術(shù)和電廠CCS技術(shù)總共可貢獻(xiàn)19%的減排量。因此，CO2的捕集—封存(CarbonCaptureandStorage，CCS)技術(shù)越來(lái)越受到全球各個(gè)國(guó)家的重視(表1為全球現(xiàn)有的CCS項(xiàng)目)，而碳捕集與碳封存項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性則更加成為該技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用所考慮的主要問(wèn)題。

2CCS技術(shù)特征及發(fā)展現(xiàn)狀

CCS技術(shù)是指將CO2從相關(guān)排放源捕集并分離出來(lái)，輸送到海洋、油氣田等地點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期(幾千年)封存，從而減少溫室氣體排放，以減輕對(duì)地球氣候的不利影響。CCS是一項(xiàng)具有大規(guī)模減排潛力的新興技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)化石能源消費(fèi)中CO2的近零排放。2009年10月13日，英國(guó)倫敦舉行了第三屆碳捕集與碳封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議。同日，國(guó)際能源組織(IEA)公布了其最新有關(guān)CCS技術(shù)商業(yè)化的研究成果，從IEA的CCS路線圖來(lái)看，2020年之后CCS的商業(yè)化項(xiàng)目將出現(xiàn)加速增長(zhǎng)，2030年之后示范項(xiàng)目逐漸減少，商業(yè)化項(xiàng)目成為主流［1］。預(yù)計(jì)全球從2010年至2050年CO2的實(shí)際潛在封存能力將至少達(dá)到16800億噸，2050年的封存量為1447億噸，其中美國(guó)和中國(guó)分別為261.14億噸和259.44億噸，占全部封存量的36%［2］。CCS項(xiàng)目建設(shè)一般包括三個(gè)環(huán)節(jié):碳捕集—碳運(yùn)輸—碳封存，在對(duì)CCS項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)時(shí)也必須要從這三個(gè)環(huán)節(jié)入手，否則，對(duì)于運(yùn)營(yíng)成本的估計(jì)就是不準(zhǔn)確的。

2.1碳捕集技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

在以化石能源為動(dòng)力的燃燒煙氣中含有大量的N2，例如煤電廠的煙氣道中CO2含量大概為12%(體積比)，對(duì)其進(jìn)行有效的利用和封存之前必須把其中含有的大量N2分離出去，使CO2濃度達(dá)到95%以上，這就是CO2的捕集過(guò)程。碳捕捉目前有三種主流技術(shù):燃燒前分離、燃燒后分離和富氧燃燒。目前全球示范項(xiàng)目中使用最多的為燃燒后分離，包括國(guó)內(nèi)兩個(gè)示范項(xiàng)目，德國(guó)黑泵電廠使用的是富氧燃燒技術(shù)。三種捕捉技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展現(xiàn)狀如表2所示。

2.2碳運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

碳運(yùn)輸，指將分離并壓縮后的CO2通過(guò)管道或運(yùn)輸工具運(yùn)至存儲(chǔ)地。管道運(yùn)輸是目前比較成熟的CO2運(yùn)輸方式。此外也可以選擇船舶和公路運(yùn)輸罐車裝液態(tài)CO2。船舶運(yùn)輸成本較低，但需求有限，所以規(guī)模較小。而公路運(yùn)輸?shù)某杀具^(guò)高，只能用于小規(guī)模運(yùn)輸。目前，西方國(guó)家在管道運(yùn)輸方面的技術(shù)已很成熟，2008年，美國(guó)約有5800千米的CO2管道，這些管道多用于將CO2運(yùn)輸至油田，注入到地下油層以提高石油采收率。但大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵依舊在于運(yùn)輸成本的控制，管道運(yùn)輸?shù)某杀局饕Q于運(yùn)輸?shù)木嚯x和管道直徑。

2.3碳封存技術(shù)發(fā)展階段

碳封存是指將捕獲、壓縮后的CO2通過(guò)碳運(yùn)輸技術(shù)運(yùn)送到一個(gè)封存地點(diǎn)，并使其長(zhǎng)期與大氣隔絕的一個(gè)過(guò)程。主要的封存方式有地質(zhì)封存、海洋封存和碳酸鹽礦石固存。地質(zhì)封存是目前較為主流的研究技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以將注入油、氣田中驅(qū)油、驅(qū)氣，從而提高油、氣的采收率，產(chǎn)生一定的附加經(jīng)濟(jì)效益。表3為各種封存技術(shù)所處的發(fā)展階段。

3CCS項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

CCS項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于對(duì)項(xiàng)目成本和收益的估算。為此，本文構(gòu)建了全過(guò)程成本估算模型和全過(guò)程收益估算模型。

3.1全過(guò)程成本估算模型

整個(gè)CCS項(xiàng)目由碳捕集、碳運(yùn)輸和碳封存三個(gè)環(huán)節(jié)組成，因此，在進(jìn)行全過(guò)程成本估算時(shí)，必須全面考慮這三個(gè)環(huán)節(jié)。考慮到模型的運(yùn)行環(huán)境，這里作如下假設(shè):(1)碳捕集、碳運(yùn)輸、碳封存的建設(shè)成本固定可衡量;(2)碳捕集、碳運(yùn)輸、碳封存的邊際成本可衡量;(3)當(dāng)期發(fā)生的CO2捕集，運(yùn)輸和封存也計(jì)入當(dāng)期(以年為單位)。因此，整個(gè)CCS項(xiàng)目在壽命期內(nèi)的總成本可以通過(guò)下列公式表示，C=CB+CY+CF+CL其中，C表示CCS項(xiàng)目總成本;CB表示碳捕集成本;CY表示碳運(yùn)輸成本;CF表示碳封存成本;CL表示由突發(fā)事件或不可抗力引起的非經(jīng)常性成本支出，例如由于大量CO2泄露造成人畜死亡事故所帶來(lái)的成本支出，因其不確定性在此僅作為隨機(jī)干擾項(xiàng)插入，不做詳細(xì)估算。CB=FCB+VCB=FCB+∑n(MCBn•QBn)其中，F(xiàn)CB表示碳捕集固定成本;VCB表示碳捕集可變成本;MCBn表示第n年碳捕集邊際成本;QBn表示第n年的碳捕集量;CY=FCY+VCY=FCY+∑n(MCYn•QYn)其中，F(xiàn)CY表示碳運(yùn)輸固定成本;VCY表示碳運(yùn)輸可變成本;MCYn表示第n年碳運(yùn)輸邊際成本;QYn表示第n年的碳運(yùn)輸量;CF=FCF+VCF=FCF+∑n(MCFn•QFn)其中，F(xiàn)CF表示碳封存固定成本;VCF表示碳封存可變成本;MCFn表示第n年碳封存邊際成本;QFn表示第n年的碳封存量。

3.2全過(guò)程收益估算模型

CCS項(xiàng)目收益包括實(shí)現(xiàn)CO2減排量所獲收益以及在減排過(guò)程中對(duì)CO2進(jìn)行有效利用所產(chǎn)生的收益。CO2減排量所獲收益即單位碳減排量的價(jià)格與該項(xiàng)目碳減排總量的乘積，如何衡量單位碳減排量的單價(jià)就成為碳減排收益估算的關(guān)鍵。因此，國(guó)際碳交易市場(chǎng)上單位碳排放量的價(jià)格就可以作為單位碳減排量的價(jià)格。換言之，假如我國(guó)的CO2排放限額為m噸/年，如果通過(guò)碳減排技術(shù)每年只排放n噸CO2，那么我國(guó)就可以將節(jié)省下來(lái)的m－n噸排放額拿到碳交易市場(chǎng)交易，交易所獲得的收益就是我國(guó)的碳減排收益。再者，在碳封存的過(guò)程中，無(wú)論是將CO2注入油氣田驅(qū)油、驅(qū)氣，還是將其用于工業(yè)生產(chǎn)，都會(huì)產(chǎn)生一定的收益，而且碳排放量的減少也會(huì)帶來(lái)生態(tài)環(huán)境改善后的收益。不過(guò)，這一收益需要根據(jù)具體情況測(cè)算，在此姑且以表示計(jì)入CCS項(xiàng)目的總收益，不做詳細(xì)估算。因此，CCS項(xiàng)目的總收益可以用下面公式所表示，R=PD•Q+W其中，R表示減排總收益;PD表示單位減排量?jī)r(jià)格;Q表示減排總量(即最終封存量)。通常情況下，在計(jì)算某一個(gè)項(xiàng)目在未來(lái)幾年后的收益時(shí)，由于對(duì)未來(lái)特定時(shí)點(diǎn)上的單位價(jià)格未知，經(jīng)常會(huì)先設(shè)定一個(gè)合理的貼現(xiàn)率，然后利用這一貼現(xiàn)率來(lái)計(jì)算未來(lái)時(shí)點(diǎn)上的資金時(shí)間價(jià)值，以此來(lái)對(duì)未來(lái)價(jià)格進(jìn)行估算。在這里，假設(shè)貼現(xiàn)率為i，那么CCS項(xiàng)目在第n(n=1，2，…)年的總收益可以用下列公式表示，R=∑n［PD(1+i)n－1•Qn］+W3.3經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)在得知CCS項(xiàng)目的總成本及總收益之后，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性可以用下列公式進(jìn)行測(cè)算，E=R－C=∑n［PD(1+i)n－1•Qn］+W－(CB+CY+CF+CL)當(dāng)E0時(shí)，該項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)具有經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)E≤0時(shí)，則該項(xiàng)目不具有經(jīng)濟(jì)性。也就是說(shuō)，當(dāng)E0時(shí)，CCS項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)所封存的碳排放量可帶來(lái)正的凈收益，因此是經(jīng)濟(jì)的，而當(dāng)E≤0時(shí)，則該項(xiàng)目所封存的碳排放量無(wú)法帶來(lái)正的凈收益，因此不經(jīng)濟(jì)。

4案例和討論

為證明上述方法的有效性，將其應(yīng)用于計(jì)算IEA的中國(guó)碳捕集技術(shù)路線圖中規(guī)劃的某CCS項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性［5］。項(xiàng)目壽命期取20年，該項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)列于表4中。其中，單位減排量?jī)r(jià)格選取2010年歐洲排放交易體系碳當(dāng)量?jī)r(jià)格14.5歐元/t(約合20美元/t)，貼現(xiàn)率選取平均資本回報(bào)率12%。為便于計(jì)算，假設(shè)年捕集量、運(yùn)輸量、封存量為固定平均值，且各個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)損耗;各年邊際捕集、運(yùn)輸、封存成本固定不變。將數(shù)據(jù)代入上述公式計(jì)算，結(jié)果表明，此CCS項(xiàng)目在其20年的壽命期內(nèi)共捕集、封存二氧化碳200萬(wàn)噸，付出成本約6.5億美元，獲得收益約7.44億美元，則E=7.44－6.5=0.940，說(shuō)明該項(xiàng)目能夠帶來(lái)約為0.94億美元的凈收益，因此是具有經(jīng)濟(jì)性的。上面的計(jì)算結(jié)果可以證明本文所構(gòu)造的方法能夠用于CCS項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，只是對(duì)于具體項(xiàng)目而言，本案例所設(shè)置的一些假設(shè)是非必要的。

5結(jié)論及進(jìn)一步研究方向

(1)CCS技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前碳減排規(guī)模最大的單項(xiàng)技術(shù)，是最具有前景的碳減排解決方案之一，具體包括三個(gè)環(huán)節(jié):碳捕集—碳運(yùn)輸—碳封存。在進(jìn)行項(xiàng)目成本估算時(shí)，必須從這三個(gè)環(huán)節(jié)同時(shí)入手進(jìn)行計(jì)算，三者缺一不可。在成本估算時(shí)，不僅要對(duì)常規(guī)成本進(jìn)行詳細(xì)估算，而且對(duì)于可能發(fā)生的非常規(guī)性成本也要視具體情況做預(yù)先計(jì)提。在收益估算時(shí)，對(duì)碳排量單價(jià)的估計(jì)要參考國(guó)際碳交易市場(chǎng)牌價(jià)，且要考慮資金時(shí)間價(jià)值因素，選擇合理的貼現(xiàn)率。此外，還要考慮項(xiàng)目的附加收益，按單個(gè)項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行詳細(xì)估算，這樣才能保證總收益估算的精確性。

(2)本文所構(gòu)造的評(píng)價(jià)方法是從理論上建立的評(píng)價(jià)模型，上述模型可對(duì)CCS項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行總體估算，要對(duì)特定項(xiàng)目進(jìn)行較為精確的評(píng)價(jià)，不僅需要搜集相對(duì)詳細(xì)的數(shù)據(jù)，而且要視不同性質(zhì)的項(xiàng)目對(duì)估算模型進(jìn)行深入地修正和細(xì)化，今后該領(lǐng)域?qū)W者可以根據(jù)具體項(xiàng)目對(duì)模型進(jìn)行細(xì)化研究，以便模型能更加符合實(shí)際測(cè)算要求。