CCUS突進：第二代投資成本直線下降

譯 | 于澤偉

碳捕集利用與封存（CCUS）是破解煤電困局的良方么？加拿大薩斯喀徹溫省第二代CCUS方案表明，碳捕集項目相比第一代每噸二氧化碳捕集容量的投資成本可降低67%。

馬克·吐溫大概曾說過, 他的死亡傳聞早在他還沒死之前便風行一時了。與這樣的描述如出一轍，利用化石能源的熱電廠即將壽終正寢的說法也顯得十分夸張。盡管新的環境法規將燃煤發電團團圍住，但恰如加拿大的薩斯喀徹溫省（下簡稱“薩省”）的經驗所顯示的，碳捕集利用與封存（CCUS）不僅擴展了煤炭的利用范圍，而且延伸了燃煤電廠的壽命。

多年前，薩省的公用事業公司薩斯喀電力集團開始著手改造發電廠。四年前，薩斯喀電力集團為邊界壩-3電廠改裝碳捕集利用與封存設施（Boundary Dam 3，下簡稱“邊界壩-3項目”），給它賦予了新的生機。如今，由碳捕集利用與封存知識國際中心（下簡稱“知識國際中心”）實施的一項新的研究表明，在另一個電廠——尚德 (Shand)電廠，有望造就下一代捕集水平更高，投資成本也更低的碳捕集設施。

薩斯喀電力集團已決定不再改造邊界壩發電站的四號和五號機組，但是由于尚德電廠的使用壽命還有二十年或更長時間，情況顯然完全不同。

“在相當長的一段時間內，我們無法預見到不用化石能源的未來。”知識國際中心主管技術服務的考文·布魯斯認為，“在北美，這些電廠已使用30-40年了,但我不認為它們已經到了生命的盡頭。這些燃煤電廠正變得像煉油廠一樣，只需要更換少量關鍵部件，它們的壽命將不可限量。許多燃煤熱電廠需要減少排放,碳捕集利用與封存是唯一的出路。”

第二代方案將使單位投資成本下降67%

負責監管薩斯喀電力集團的薩省環境部長達斯汀·鄧肯表示，從尚德電廠的可行性研究結果來看，改造的投資成本看起來將大幅低于邊界壩-3項目，這對碳捕集利用與封存技術應用來說是積極正面的消息,其反響不僅超出薩斯喀徹溫省的范圍，而且將影響全球。

“我們都知道，在全球范圍內，未來相當長時間內將繼續使用常規的、不減排的燃煤發電方式。薩斯喀電力集團正等待著來自碳捕集利用與封存知識國際中心更為詳細的報告，該報告將提供額外的信息供分析，研究是否需要對尚德電站或任何其它煤電機組進行碳捕集利用與封存改造。”鄧肯補充道。

在邊界壩-3碳捕集利用與封存改造項目投運后不久，薩斯喀電力集團與礦業巨搫必和必拓建立了合作關系，以支持碳捕集利用與封存項目的研發。必和必拓同意在五年內出資2000萬加元，利用已掌握的邊界壩-3項目經驗與知識，推進作為溫室氣體（GHG）減排工具的碳捕集利用與封存的應用部署。創建碳捕集利用與封存知識國際中心正是這一合作的結果。

“對于世界各地那些謀求實現碳捕集利用與封存改造的方方面面，我們進行碳捕集利用與封存的宣傳和推廣，并為其提供技術專業知識。”布魯斯說,“根據公司的章程，我們是一家非營利，無黨派色彩的公司，擁有獨立的董事會，成員既包括薩斯喀電力集團和必和必拓的代表, 也有來自全球的致力于氣候變化的獨立董事。”

在薩斯喀電力集團的支持下，知識國際中心潛心研究，并與三菱重工（MHI）聯手，著重研究將邊界壩-3項目建設所掌握的知識經驗，更大規模應用于電廠可能產生的經濟效益。

邊界壩-3電廠（第一代）與尚德電廠（第二代）碳捕集設施方案的成本對比

尚德電廠碳捕集利用與封存改造項目可行性研究表明，尚德電站的二氧化碳（CO?）排放量不僅可以減少90%以上，而且其改造的投資成本可以比邊界壩-3項目的開支大幅降低。

布魯斯表示，規模很重要，當你建造工業設施或電力設施時，設施規模越來越大的原因就在于建設規模最大化使得造價更便宜。邊界壩-3項目容量為15萬千瓦，而尚德電廠的裝機容量則為30萬千瓦，這是成本優化的一個主要驅動因素。

“邊界壩-3項目設計藍圖形成時，其功效如何，以及其可靠性如何有許多未知數。我們采納了很多靈活的多功能設計來應對這些'未知'問題。現在我們買白了哪些設計是必需的，哪些設計并非必要，這對成本優化也十分有幫助。”布魯斯補充道。

按照原設計，無論碳捕集系統是否投入使用，邊界壩-3項目發電機組都滿負荷運行，這需要對機組進行重大改造。2010年,當時碳排放管控法規尚未出臺，所有人都不確定該管控法規可能是什么樣子。重大改造在當時是一個好主意，且合情合理。而如今在了解了管控法規，并且獲得了設施操作的經驗之后，便意識到其實許多的功能都是不必要的。

布魯斯認為：“我們研究尚德電站并且斷定，在這個發電廠我們能做到把碳捕集利用與封存改造的范圍壓縮到最低限，以實現效益最大化。”

簡而言之，碳捕集利用與封存的工作原理并不復雜。首先，將煙囪中排出的煙道氣冷卻并噴淋胺液，胺液吸收二氧化碳氣體；其次，從汽輪機取熱并將胺液加熱，純的二氧化碳從液體中冒泡并分離。不含二氧化碳的胺液回收，用以從煙氣中繼續捕集二氧化碳；最后，純的二氧化碳經過壓縮、脫水進入輸出管道。

工程師們發現，當發電廠以62%的容量運行時，可以捕獲97%的二氧化碳。當可再生能源，特別是風能，開始發電上網并形成部分電力容量時，煤電廠可能會低容量運行。隨著尚德電廠燃煤發電出力降低，碳捕集系統仍繼續高效率運行，從煙氣中脫碳。

布魯斯特別指出，即使以90%捕集率為設計工況，配備碳捕集利用與封存系統的煤電也比使用天然氣發電清潔多了。而就知識國際中心的任務而言，這項可行性研究的推廣效應“巨大”。

“通過發布這項可行性研究結果，我們已經展示了該方案可以節約大量成本，這有助于我們與那些致力于開發碳捕集利用與封存并應用于其它工業排放源（如垃圾處理發電廠、水泥廠和鋼鐵廠）的先驅者們進行交流溝通。” 布魯斯說，“該煙氣處理工藝對那些工業設施也具有良好的適用性。我們正在與世界各地的人們就未來的碳捕集利用與封存項目進行合作。”

碳捕集利用與封存的效益還有更多，燃煤電廠粉煤灰銷售便是其中之一。粉煤灰是混凝土行業的替代材料或輔料，混凝土是高排放產品，如果把替代水泥的溫室氣體減排潛力包含在內，那么基本上就可以達到二氧化碳凈零排放。

在尚德電廠，可以銷往混凝土市場（視需求而定）的粉煤灰每年高達140000噸，可用以抵消混凝土生產過程中的相應排放量。這一銷量有望每年凈減排125000噸二氧化碳當量，使之成為二氧化碳排放凈負值的電廠。

現階段薩省能源最好的出路

事實上，尚德電廠碳捕集利用與封存可行性研究僅僅是第一步，在電站安裝的碳捕集利用與封存系統是否為經濟可行的選擇呢？

尚德電廠碳捕集利用與封存項目設計的額定捕集能力為每年200萬噸二氧化碳，為邊界壩-3項目原設計額定捕集容量的兩倍。尚德電廠（碳捕集利用與封存項目）可行性研究表明，與邊界壩-3項目相比，尚德電站的碳捕集項目顯示每噸二氧化碳（CO?）捕集容量的投資成本可降低67%，與電廠一體化集成的投資成本可節省92%。根據該模型進行評價，二氧化碳捕集的平準化成本預計為45美元/噸。

鄧肯指出，成本是一個重要考量因素。但是薩斯喀電力集團需要就尚德電廠或任何其它發電廠的未來作出決策，還必須考慮到其它因素。

下一代碳捕集利用與封存項目相關的技術應用風險，天然氣等替代能源的市場行情，甚至二氧化碳銷售前景等市場行情，都將成為決策時要考量的因素。

“目前，邊界壩-3項目設施生產的二氧化碳用于提高石油采收率，這是碳捕集利用與封存項目商業模式的一部分。我們需要確定二氧化碳的需求量有多少，因為這將構成全面分析的一部分，分析的結果將影響尚德電廠或任何其它電廠碳捕集利用與封存改造項目上馬與否。”鄧肯補充道。

作為薩斯喀電力集團電力資產陣容中最新的機組，其裝機容量較大，達到30萬千瓦，該研究是為尚德電廠而量身準備的。從效益的角度看，選擇研究較大的機組合情合理。”

此外，還有兩個原因。一個是尚德電站原地面設計要容納兩個30萬千瓦的機組，但只建成了一個。這也就避免了邊界壩電站地面空間擁擠的問題，尚德電站有足夠大的可用地面積，這無疑降低了投資成本。

另一個則是根據聯邦新的法規，燃煤發電機組必須于服役期滿或于2030年，無論哪個期限在先，即行關閉。對于薩斯喀電力集團來說，除了尚德電廠之外，其所有其它機組的退役日期都在2030年之前，尚德電廠的退役期限為2042年，而根據新規定，在2030年之前如果沒有安裝碳捕集利用與封存系統就必須要關閉。

對薩斯喀電力集團以及薩斯喀徹溫省的所有納稅人，暨這家公司的擁有者們來說，根據管控法規，如果沒有安裝碳捕集利用與封存系統，那么為之付出并已付清了代價的尚德電廠所剩余12年的使用價值化為烏有。而優化尚德電廠的使用壽命周期，唯一的出路就是根據法規實施碳捕集利用與封存改造。

鄧肯認為，新的報告一定要提供更為具體的成本估算，這將有助于比較尚德電站碳捕集利用與封存改造項目上馬相對于其它選項有無優勢。薩斯喀電力集團必須在2024年之前作出決策，以便在2029年---即預期的2030年關閉期限的前一年，完成碳捕集利用與封存改造。薩斯喀電力集團仍在考慮解決其余煤電資產的下一步舉措。

“沒有多少時間了。薩斯喀電力集團和薩省政府都將共同面對這樣的難題：天然氣是否真的是基荷電力的替代能源？再過五年，天然氣的價格幾何？而通過知識國際中心正在開展的新任務，我們不僅會對投資成本和運營成本有更可靠的把握。而且在下一個十年里，我們肯定會對可再生能源利用前景，以及天然氣發電成本有更清晰的預期。”鄧肯補充道。