燃煤電廠碳捕獲、利用與封存項目綜合效益核算研究

閆 晶， 薄明會

（東北電力大學， 吉林 吉林 132012）

0 引言

氣候變化是21 世紀人類面臨的最重大的生存和發展問題之一。CO2捕獲、利用與封存（Capture，Transportation,Utilization and Storage，CCUS）技術指將CO2從工業或其他排放源中分離出來，并運輸到特定地點加以利用或封存，使被捕獲的CO2與大氣隔離。采用CCUS 技術，有望實現CO2的凈零排放。同時，CCUS 技術還可以將CO2資源化，產生經濟效益。近年來，我國也積極關注CCUS 技術的發展，燃煤電廠作為高耗能行業，如果不采用CCUS 技術，僅依靠提高能效這類傳統的減排方式，將導致全球整體減排成本上升一半以上。采用CCUS 技術可以有效降低電力部門碳排放，提高能源利用率。

1 CCUS 項目成本分析

通過構建全過程成本核算模型，將經濟成本分為固定投資成本和全流程運行維護成本，固定投資成本主要指CCUS 項目碳捕獲設備、壓縮設備和管道建設等一次性投入成本。生產運行維護成本主要包括設備監管監測成本和維護成本。

1.1 CO2 捕獲成本

本文采用增量成本計算原則，核算電廠進行CCUS 項目改造及運營時增加的成本。將成本分為初期一次性投資成本和年運行增量成本。此環節主要研究應用較廣泛的燃燒后捕獲。

碳捕獲投資增量成本計算公式如下：

式中：Cei為設備增加成本；Cer為原有設備改造成本；Cec為土建成本。

式中：AYE為年發電量；λ 為等額支付資金回收系數，為貼現率；n為折舊年限。

1.2 CO2 運輸成本

本文將運輸成本分為固定投資成本和年運行維護成本。在現有CCUS 示范工程技術水平下，輸送大量CO2主要選擇管道運輸，管道投資成本與管道直徑和管道輸送量成正相關。

路上管道建設投資成本模型如下：

式中：Cp為管道材料的成本；Dpi為管道壁厚，m；Din為管道內徑，m；L為管道長度，km；fm為材料成本系數。

1.3 CO2 封存成本

鉆井和碳封存管網成本計算模型如下：

式中：Nwell為井的數目。

(1)臨終關懷事業在中小城市資金來源少。臨終關懷事業具有一定公益性，決定了相關產業自身不以盈利為目的發展特點。由于我國中小城市經濟實力不強，臨終關懷的發展無法得到與其他大城市水平相當的政府資金支持與專項撥款；又因為大眾對相關事業的了解程度較低等原因，臨終關懷機構在中小城市收到的社會援助較少，令不少開設臨終關懷服務的醫療機構資金周轉困難，在市場經濟背景中陷入了進退兩難的境地。

1.4 CCUS 項目總成本模型

通過上文分析可知，CCUS 的總成本由各個環節共同影響，包括CO2的捕獲成本、運輸成本、封存成本和利用成本。總成本模型構建如下：

式中：Ceqi為運營維護成本，按投資的4%計算。CCUS項目的運營期成本[1]包括折舊費用、貸款利息、維護和監測費用等。考慮項目的運行年限，項目成本采用等額年度化分期償還成本法，即將新增固定投資成本總資本支出融入到現金流中，成本如下：

式中：φ 為系統維護因子；f為年度化償還因子；Cccus，t為CCUS 項目總投資。

式中：p為建造時間；d是貸款還款期；j為利率；IR為通貨膨脹率。

2 CCUS 項目效益分析

收益方面，燃煤電廠CCUS 項目在運行時可以通過驅油利用或者進行碳交易的方式獲得利潤。本文從經濟、環境兩個角度確定綜合效益，包括經濟效益和環境效益。

2.1 經濟效益

1）CO2—EOR 收益。在驅油利用方面，100 元/t 的來源成本絕大部分油田都能承受[2]。本文在進行成本測算時，以100 元/t 的價格為CO2利用階段所能獲得的額外收益。

2）國家碳封存補。政府補貼指政府對CCUS 項目提供的一定比例資金投入。目前，我國碳市場處于初步建設階段，大批示范性項目也確實依靠政府的資金支持，政府補貼是開展CCUS 項目的前期主要資金流入。

2.2 環境收益

考慮CCUS 項目綜合效益，本文定義CO2凈減排量[3]等于捕獲CO2量減去全流程過程中泄露的CO2作為環境收益變量，環境收益可以通過碳排放權交易市場和未來碳交易所（CCER）實現。

碳交易收益為CO2凈捕獲量與單位減排量價格的乘積[4]，在碳交易體系市場中各行各業包括電廠都能參與其中買賣CO2配額。碳交易量計算公式如下：

式中：Mct為第t年總的CO2捕獲量；Ct為第t年系統CO2釋放量；Pc，rt為第t年單位減排量價格。

在未來碳價格未知的情況下，分析項目未來收益，要先設置一個合理的貼現率i來對未來價值進行估算。CCUS 項目第n年碳交易收益可表示成：

2.3 CCUS 項目綜合效益模型

項目綜合收益主要包括兩部分，一部分是經濟效益，另一部分是環境收益。在確定CCUS 項目總成本模型及總收益模型后，CCUS 項目綜合收益可以用下列公式測算：

式中：CBccus為CCUS 項目綜合效益現值；Rot為項目t年原油銷售收益；Cst為政府碳封存補貼。

3 案例分析

對國內多處燃煤電廠CCUS 項目進行數據收集的基礎上，針對目前國內CCUS 項目發展現狀，本文選取某省年捕獲量為100 萬t/a 的燃煤電廠火電機組進行研究。

捕集方式：采用燃燒后捕獲。

輸送條件：采用高壓高壓氣相管道運輸。

封存場地：地處華北平原，為一大型沉積盆地的一部分。

封存方式：低滲透油藏油田驅油封存。

運輸工藝：采用超臨界輸送，最大輸送量為100萬t/a，線路管道鋼管材質為L360。

CO2注入：注配站高壓加注泵增壓后注入。

根據可行性研究報告的內容，本項目規劃期為20 a（建設期為1 a，運行期為19 a）。

3.1 項目投資當年成本核算

投資當年碳捕獲成本為500 元/tCO2，碳捕集率為90%，根據表1 項目參數數據計算投資當年碳捕獲增量成本（含設備改造成本）為5.79 億元。從燃煤電廠到封存地建設管道全長約150 km，CO2流量為100 萬/t，管道建設總投資1.07 億元。采用上文資本回收系數，計算出管道年運輸投資為0.46 億元，封存成本為0.68 億元，設備運行維修成本約為0.277 億元，投資當年總成本約7.207 億元。

表1 項目經濟性評價參數

3.2 項目投資當年效益核算

采用CCUS 技術，CO2總減排量現值為：

投資當年碳價為43 元/t，其中，政府補貼占初始投資20%，將上一節計算的項目投資總成本進行等額年度化計算，投資當年效益為-43 305 萬元，為虧損狀態?？紤]碳價因素計算項目投資回收期，預計2030 年碳價約為110～120 元/t。該項目投資投資回收期為4.32 a，運行年限為19 a，可見項目盈利狀況良好，投資回收期較快。隨著CCUS 技術的不斷發展，項目運行維護成本將逐年下降，經濟性良好，項目可行性非常高。

4 結論與建議

結合我國“雙碳”目標對CCUS 技術發展現狀提出如下建議：

1）加快構建CCUS 技術體系。明確碳中和目標下CCUS 技術需求，針對各個環節開展核心技術攻關，推動碳運輸、驅油利用等成熟技術的使用，提高項目的經濟性。

2）加快碳交易市場建立，碳稅納入國家碳交易市場，制定碳減排目標，擴大市場需求。鼓勵政府與企業與高校建立合作，加強相關人才培養。