CCS技术及成本进展

CCS技术进展与成本 HUGH BARLOW碳捕集技术引领沙赫拉兹德·S·M·沙希 博士碳捕集技术引领大卫·T·基恩斯 博士主要碳捕集技术 目录 34456688102111221518226293423424024224857631.0 执行摘要2.0 简介2.1 报告结构2.2 碳捕集、运输和存储概述2.3 全球碳捕捉与封存技术（CCS）的部署情况2.4 影响碳捕获与封存成本的因素概述3.0 捕集技术与成本3.1 技术路线3.2 碳捕集技术领域的近期进展3.3 CO技术概述与技术成熟度概览3.4 碳捕集技术的技术经济分析3.5 在CO中的资本成本和运营成本捕捉设施3.6 成本趋势分析3.7 一家C公司的主要成本驱动因素捕捉设施3.8 成本降低与优化策略4.0 交通技术和成本4.1 CO压缩与泵送成本趋势4.2 CO管道成本4.3 CO运输成本4.4 CO航运成本分析5.0 附录6.0 参考文献 致谢 该机构感谢我们的外部审稿人为其对报告进行的深思熟虑的审阅： • 麦当奈尔大学伦敦分校的Niall Mac Dowell教授• 美国能源部国家能源技术实验室的John Wimer和Peter Balash• 美国能源部的Jeffrey Hoffman和Darien Sturges 1.0执行摘要 本报告探讨了碳捕集、运输和存储（CCS）技术的最新进展及其相关成本。鉴于缓解气候变化的紧迫性，减少净温室气体排放至零以及实施二氧化碳（CO）2去除策略已变得紧急。尽管全球范围内做出了重大努力，但CO2空气中的浓度持续上升，强调了部署所有可用的减排技术的必要性。 了解成本结构和影响因素是项目可行性的基本决定因素，它允许在现有和计划中的碳捕集与封存（CCS）项目中做出明智的决策。全球已识别出超过620个项目，其中包括超过50个运营设施，CCS的部署仍在增长。然而，持续的成本分析是必要的，以确定更多可行的CCS项目，有效地分配资源，并继续降低成本，以加速全球CCS的部署。 CCS将在实现净零目标中发挥关键作用，通过使CO2捕捉硬减排放工业（如水泥、钢材和化工产业），以及发电业的碳减排。随着碳捕捉和储存（CCS）行业的发展，技术革新和规模经济的实现已开始降低捕捉、运输和储存CO_ 的成本。2本报告对碳捕获、运输和储存技术的成本结构进行了深入分析，重点关注了近期在这些领域的技术进步、影响成本波动的因素以及降低成本的战略。 本报告展示的成本趋势具有一般性质，旨在展示成本如何受碳捕集与封存（CCS）价值链中关键驱动因素的影响。鉴于估计值是从已发表的文献中以及使用行业标准工艺经济学软件进行的某些自下而上的估计中得出的，建议读者关注相对成本，而不是绝对成本。在可能的情况下，已包含项目成本，但其中许多仅是前期工程设计与估计（FEED），而非实际、最终的项目成本。实际上，由于商业机密原因，大多数项目不会公开其成本，我们只能将我们的结果与公开信息进行验证。我们在结果中包括了适当的不确定性，以考虑到这一点。 关于CCS（碳捕获和封存）的三个主要领域，本报告作为系列报告的第一部分，探讨了捕获和传输两个领域。捕获领域，通常代表着整体CCS成本的最大部分，在成熟和新兴行业都看到了各种改进。报告概述了常见的和新颖的CO2商业部署和开发中的捕获过程。这些方法在不同工业 环境中被评估其适用性、成熟度和成本效益。 此外，从2021年至2023年，消费者、商业和工业部门经历了资本和运营成本显著上涨的时期，这超出了CCS项目范围。我们在分析中使用成本指数对此进行了考虑，但值得注意的是，2023年之后可供成本基准比较的公共数据有限。鉴于这些不确定性，学院不保证本报告中估算的成本将与任何具体项目成本相符。本报告不应用于估算任何CCS项目的成本。要获得准确和可靠的成本估计，需要完整的工程研究。 一氧化碳的运输2通过管道或运输是影响碳捕获和封存（CCS）整体成本的另一成本因素。报告分析了压缩、泵送、管道、液化及运输成本的趋势，详细说明了流量、距离和运输方式对总成本的影响。强调了实施适当规模的设施和优化运输方法的重要性，以确保效率和成本效益。 2.0 简介 为了应对气候变化的影响，净温室气体排放必须降至零，并须积极清除20世纪和21世纪初未经检查的排放。简单来说，所有人类排放必须停止或在排放源头进行解决，随后在一段时间内，从大气中提取温室气体并储存。大气中最常见的温室气体是二氧化碳或CO。2持续上升，夏威夷莫纳罗亚观测站（NOAA，2024年）的月平均浓度已超过426 ppm。这一观察到的上升趋势凸显了人类正迅速接近地球碳预算的极限，在超过巴黎协定成为不可避免之前。 总体而言，在各情况下，更广泛的开发、部署以及经验积累都在降低捕捉、运输和储存碳的成本。2. 对于捕获、运输和储存技术的当前状态有一个坚实的理解，以及影响成本的关键因素，以及每个设施成本子组件的分解，这些都有助于做出更清晰、更有影响力的决策，从而持续加速全球碳捕获与封存（CCS）的部署。 2.1 报告结构 本出版物是关于碳捕集与封存（CCS）技术和成本的新两篇系列报告中的第一篇。本篇报告涵盖了碳捕集和运输中所涉及的内容和成本。2从来源到存储。第二部分将探讨CO2存储方面和成本，以完善从源头到目的地的整个链条。 全球平均地表空气温度持续上升，2023年首次记录到温度比工业革命前平均温度高出2°C的日子。当考虑月平均气温时，从2023年7月到2024年6月，连续12个月的平均地表空气温度比工业革命前平均温度高出或等于1.5°C（科佩尼克气候变化服务，2024年）。为了将长期温度上升限制在2°C以下，并朝着工业革命前平均温度以上1.5°C的目标努力，符合《巴黎协定》，温室气体排放必须在本世纪中叶减少至净零，并启用碳去除技术来解决累积的二氧化碳库存。2已在空气中。部署现在可用的所有减排技术是必要的，以实现这一目标；碳捕获与封存（CCS）是整体战略中提供成本效益和及时净零过渡的一个关键部分。 在本报告中，重新审视了适用的及正在开发中的捕捉技术类型，并基于最新的部署和试点项目，更新了技术准备程度。一个典型CO过程中涉及的成本为：2捕获站，以及主要成本驱动因素和降低这些成本的战略，进一步细分。成本总体趋势也进一步阐述，通过各行业的进一步研究和部署，使人们对如何随着新设施变化而变化的成本有更深入的了解。 压缩系统是碳捕集与封存（CCS）价值链中的关键要素，使高压、密相的CO₂成为可能。2通过长途输油管道进行运输。对二氧化碳（CO）成本的高水平分析。2压缩已被进行，展示了成本的关键驱动因素。更新我们之前关于管道成本的工作，本报告刷新了CO的成本。2陆地应用的管道。 CCS是全球努力实现净零目标所必需的技术。CCS可以直接减少大部分行业在改造和新建应用中的排放。在难以减排的行业中，CO2不可避免的过程，例如水泥生产、乙醇发酵和环氧乙烷生产，碳捕集与储存（CCS）是解决二氧化碳排放的唯一方法。2排放并使这些设施达到其目标。 CO2液化与运输系统也已进行考察，每个系统的主要成本驱动因素已被探索和分析。对于两种运输方式（中压和低压），对岸运输成本，包括液化、船舶运输、临时储存、在终端的装卸，以及交付条件进行了研究。对CO两种主要因素影响进行了更详细的分析。2流量和 支撑CCS的技术持续进化。在多个行业，CO的提取持续进行。2从工艺流中进行的实验已经持续了几十年，这项技术已经得到了充分的发展和成熟。在其他领域，碳捕获与封存（CCS）是一个新颖的机会，具有巨大的潜力去发展和改进，以降低与二氧化碳（CO2）相关的成本。2排放 对于液化或注入运输系统，如管道。 CO2运输指的是CO的运动。2从捕获设施到专用储存设施。运输距离因储存设施而异。一些捕获设施设有现场注入井，用于注入CO。2立即在捕获后；其他管道长达数百公里，需要泵站。公路油罐车、铁路罐车和船只也可以运输CO。2. 道路油罐车、铁路罐车和小型液体CO2运输船只已提供CO 2数十年服务于食品、饮料及其他利用市场。为了应对大量CO的处置问题。2从每年数百万吨的CCS项目，输送密相CO的管道2以及大型运输液态低温CO的船只2应使用。密相CO 2管道已在各种碳捕集与封存（CCS）项目中投入使用，而首个较大的液态CO₂项目也即将启动。2 2024年将开始部署运输船只，以实现岸基捕获和储存设施之间更大、更灵活的运输。 2.2 碳捕获、运输和储存概述 CCS是一种经过验证且安全的技术，可以预防CO。2从点源排放到大气中（点源捕获）或直接从大气中去除它（二氧化碳去除或CDR）。碳捕集与封存（CCS）通常分为三个主要部分；捕获、运输和存储。 CO2捕获是指CO的过程。2与特定的气体流分离并转化为纯净的CO流2. 点源捕获涉及CO的捕获2来自工业设施内离散的、单个来源，例如水泥厂、化工厂、钢铁厂或电厂。这些单个来源的CO浓度较高。2与背景大气CO2水平，从氢尾气中的50 mol%到天然气联合循环（NGCC）烟气中的约3%。二氧化碳去除涉及CO的捕获。2从环境中，包括含有CO的空气2二氧化碳浓度426 ppm或0.0426%。二氧化碳去除包括直接空气捕获、直接海洋捕获以及与碳捕捉和封存（BECCS）相结合的生物能源。产生的CO2从捕获装置将具有较高的CO2纯度，通常高于95%。这种CO2将其脱水以去除任何游离水分，并压缩至必要的压力 CO2存储指的是将CO深埋于地下。2捕捉CO 2远离大气并防止其作为温室气体发挥作用。CO2储存在地表以下至少800米深的位置，通常更深，存储“构造”与地表之间有多个厚厚的不可渗透的“盖层”。CO2储存在地下深处不能直接逃逸到地表。它通常在最近的饮用水含水层下方数公里处，并被盖层隔开，因此不会与当地饮用水发生交互。 2.3 全球碳捕获与封存（CCS）的部署状况 2.4 影响碳捕获与封存成本的因素概述 CCS部署自我们上次探讨该技术的准备性和与CCS价值链相关的成本以来已有所扩大。根据2024年全球CCS现状报告（全球CCS研究所，2024b），有50个设施在运营中，另有46个设施处于建设中。整个项目管道包括超过620个已确定的项目，包括处于早期和先进发展阶段的项目，总管道捕获能力超过400Mtpa。如图2所示，CCS项目数量和容量持续上升，这是因为许多行业和国家对部署必要性的认识不断提高。 碳捕获与封存（CCS）的成本可能因一系列项目特定因素而大不相同，同时也会受到整体趋势的影响。在CCS价值链的总体范围内，与捕获二氧化碳（CO）相关的成本通常较为显著。2组成总体成本最大比例的是原材料，其次是运输和存储，尽管不同项目成本比例可能会有所不同。 捕捉成本因素主要与从该CO流中提取的属性相关。2CO 浓度分离。这包括CO浓度的集中。2在流中，压力以及总体体积的CO2待捕捉。规模经济在碳捕获与封存（CCS）项目中尤其重要，因为这些项目的资本成本可能非常显著。用于捕捉二氧化碳的底层技术。2，以及目标CO 2捕获百分比、能源和冷却成本、工厂位置以及必要的预处理进料流到捕获装置，这些都对捕获CO的总成本产生影响。2. 美国拥有最多的CCS项目，其次是英国、加拿大、挪威和中国。这些国家和更多地区全球范围内的项目以前主要关注天然气和氢气的加工，相对容易捕获的CO。2新项目公告越来越关注化工厂、水泥厂、乙醇厂和废料发电站，同时还有燃煤和天然气发电站上的更大规模的捕集设施以及低碳氢和氨设施。 航运压力影响所需基础设施及，因此，资本成本。 航运压力影响所需基础设施，从而影响资本成本。它还通过在不同压力和温度条件下操纵压缩和冷却的能源消耗，影响液化成本，进而影响运营成本。距离自然地通过船舶运营时间、燃料消耗和物流影响总成本。CO处理方式也会对总成本产生影响。2蒸发损失和热进入也受距离影响，在较长距离上需要更多的能量，特别是在低压系统中，其中CO2在较低温度下运输。 CO2流量显著影响运输效率。较高的流速往往会降低单位成本