【北京理工大學(xué)】我國CCUS運輸管網(wǎng)布局規(guī)劃與展望

能源經(jīng)濟預(yù)測與展望研究報告FORECASTINGANDPROSPECTSRESEARCHREPORT2023年1月8日能源經(jīng)濟預(yù)測與展望研究報告發(fā)布會特別聲明本報告是由北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心研究團隊完成的系列研究報我國CCUS運輸管網(wǎng)布局規(guī)劃與展望E-mail:kangjianing@bit.edCenterforEnergyandEnvironmentalPoBeijingInstituteofTechnoloE-mail:kangjianing@bit.ed1二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）既可以實現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模減排，又可以最低成本應(yīng)對能源安全和氣候安全的雙重挑戰(zhàn)，是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要保障技術(shù)。碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)對CCUS技術(shù)需求巨大，其規(guī)?；l(fā)展勢必將依賴長距離的CO2專用運輸管網(wǎng)及其配套碳中和目標(biāo)相匹配的管網(wǎng)布局方案?；诖耍緢蟾嬷胤治隽颂贾泻湍繕?biāo)下我國CCUS管網(wǎng)發(fā)展需求和布局規(guī)劃，并提出了相應(yīng)的發(fā)展（一）CCUS技術(shù)是實現(xiàn)深度脫碳的必不可少技術(shù)CCUS技術(shù)內(nèi)涵逐步向深度脫碳發(fā)展。一方面，實現(xiàn)全球1.5℃溫控目標(biāo)要求本世紀(jì)中葉前將人為凈碳排放降為零，CCUS技術(shù)是化石能源系統(tǒng)實現(xiàn)凈零排放的唯一選擇，也是鋼鐵水泥等難減排高碳工業(yè)“減最后一噸碳”的重要托底技術(shù)。另一方面，即使順利實現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，歷史發(fā)展中所積累的過量溫室氣體仍可能導(dǎo)致不可逆的氣候危機，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布的1.5℃特別報告和第六次評估報告分別將生物質(zhì)能碳捕集利用與封存（BECCS）和直接空氣捕集（DAC）等碳移除技術(shù)納入CCUS技術(shù)內(nèi)涵，其與可再生能源相結(jié)合將提供負(fù)排放機會，從而降低大氣中CO2濃度，減少氣候2CCUS是我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)必不可少的技術(shù)構(gòu)成。據(jù)北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心研究結(jié)果顯示，2060年前實現(xiàn)碳中和，即使大力發(fā)展以風(fēng)能、光伏為代表的先進(jìn)低碳技術(shù)和能效提高技術(shù)，2030年到2060年間仍將有累計約239-335億噸的CO2排放需要通過CCUS技術(shù)實現(xiàn)減排，其中，以煤電占主力的電力行業(yè)需累計減排約173-233億噸CO2，鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)需減排約66-102億噸，預(yù)計將累計部署千余項項目。（二）CO2管道運輸是未來CCUS規(guī)模化發(fā)展的主要輸送方式CO2管道運輸在運輸規(guī)模、成本和社會效益方面具有明顯優(yōu)勢，是實現(xiàn)陸上大規(guī)模長距離低成本CO2運輸?shù)氖走x。目前已經(jīng)付于實踐的陸上CO2運輸方式主要有公路罐車運輸和管道運輸。其中，公路罐車具有運輸靈活、可利用現(xiàn)有公路系統(tǒng)、前期投資少等優(yōu)勢，但其小規(guī)模、短距離、非連續(xù)性陸上運輸?shù)腃CUS示范項目。管道運輸具有運量大、運輸距離遠(yuǎn)、可實現(xiàn)連續(xù)性運輸、運輸成本相對較低、受外界干擾影響小、擠占社會公共資源少等優(yōu)勢，是目前國際陸上大規(guī)需要超前規(guī)劃。目前全球有CO2運輸管道近9000公里，主要集中在北美地區(qū)。美國的CO2管道基礎(chǔ)設(shè)施大多建于20世紀(jì)80年代至90年代，目前已建成超50條獨立的二氧化碳輸送管道，管網(wǎng)總長度超過7200公里，由十幾家不同的公司運營，總輸量可達(dá)6.8億噸/年。加拿大現(xiàn)有3與在建的CO2運輸管道超過370公里。據(jù)估計，為實現(xiàn)全球氣候目標(biāo)，到2050年，北美的二氧化碳運輸管道網(wǎng)絡(luò)需要從約9000公里增CO2管道運輸商業(yè)模式基本形成。商業(yè)模式是影響CCUS管網(wǎng) 發(fā)展的重要因素，在北美和歐洲主要存在兩種商業(yè)模式，即門檻支付模式和共同建設(shè)模式。門檻支付模式中管道的所有權(quán)歸屬于承擔(dān)建設(shè)成本的能源基礎(chǔ)設(shè)施公司，需求方通過繳納費用獲得管道的使用許可。由于門檻支付模式對于管道所屬公司的財力要求較高，為了分擔(dān)成本和風(fēng)險，進(jìn)一步形成了共同建設(shè)模式。共同建設(shè)模式是由幾家公司共同出資完成管道建設(shè)，一起承擔(dān)成本和風(fēng)險，并共同分享利潤和權(quán)益。與國外兩種典型模式不同，我國現(xiàn)有全流程CCUS項目一般采用自建自用模式，即項目及其CO2運輸管道由單個大型企業(yè)獨立開發(fā)、建設(shè) （三）我國CO2運輸以罐車輸送為主而管道運輸較少于起步階段。我國現(xiàn)有CCUS試點示范項目基本都采用公路罐車運輸方式，現(xiàn)有商業(yè)化和示范項目中已建成CO2運輸管道3條，累計長度項目CO2運輸管道和勝利油田EOR項目CO2運輸管道。另有數(shù)條已完成預(yù)可研或設(shè)計，累計長度可超過300公里。作為承接CO2捕集和現(xiàn)碳中和的CCUS大規(guī)模減排需求。4綜合考慮煤電的排放特點、面向碳中和的減及對于能源安全與經(jīng)濟安全的重要保障作用等，本研究以煤電作為CO2運輸管網(wǎng)布局的碳源，以地質(zhì)封存和地質(zhì)利用為CCUS碳匯，進(jìn)行面向碳中和的CCUS管網(wǎng)布局研究。根據(jù)北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心自主開發(fā)的C3IAM/NET模型評估結(jié)果顯示，要實現(xiàn)全國碳中和，低技術(shù)需求情景下，從2030年到2050年，CCUS所需承擔(dān)的煤電二氧化碳減排量為78.54億噸，年峰值為6.54億噸二氧化碳；高技術(shù)需求情景下，CCUS技術(shù)在煤電行業(yè)的年減排需求峰值將增長至15.36億噸CO2。（一）碳中和目標(biāo)下全國CCUS管網(wǎng)規(guī)劃布局術(shù)要實現(xiàn)6.54億噸CO2的最大年減排需求，需要對全國172個煤電集群進(jìn)行改造，總計改造裝機容量170.13GW，需要182個封存樞紐參與CO2封存或利用，所需的CO2運輸管道總里程達(dá)17589公里，單條管道平均長度為57.7公里，最長長度達(dá)535公里（在青海若要進(jìn)一步實現(xiàn)15.36億噸CO2的最大年減排量，需要對全國240個煤電集群進(jìn)行改造，總計改造裝機容量為366.55GW，需要254個封存樞紐參與CO2封存或利用，所需建設(shè)的CO2運輸管道總里程預(yù)計將增至26032公里，單條管道平均長度為59.8公里，最長管道長度仍5（二）CCUS管網(wǎng)的區(qū)域規(guī)劃布局東北、華北、西北地區(qū)是未來開展CCUS管網(wǎng)建設(shè)的主要區(qū)域。當(dāng)減排需求峰值為6.54億噸CO2/年時，東北、華北、西北地區(qū)（下文簡稱“三北”地區(qū)）所需建設(shè)的CO2管道總長度預(yù)計將到達(dá)約1.43萬公里，占全國CO2管道總長度的81.3%?！叭薄钡貐^(qū)的CO2管道建道直徑主要為8英寸、12英寸和16英寸，30英寸和36英寸的大管徑管道較少。松遼盆地、鄂爾多斯盆地和準(zhǔn)噶爾盆地周邊區(qū)域可以形成較好的管道運輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有集群優(yōu)先發(fā)展?jié)摿?。西南、華東、華中和華南地區(qū)所需建設(shè)的CO2管道總長度約為3289公里，單條管6性更強，不利于形成管道運輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有CO2地質(zhì)利用收益的含油封存盆地的封存潛力也小于其它地區(qū)。隨著煤電CCUS減排需求峰值增加至15.36億噸CO2/年，我國南部地區(qū)需要新建大量CO2運輸管道。西南、華東、華中地區(qū)的CO2管道建設(shè)總長度需要增加至8275公里。這些地區(qū)的管道建設(shè)受地形、保護(hù)區(qū)、河流、人口等因素影響較大。與“三北”地區(qū)相比，西南、華東、華中地區(qū)單條管道的輸送距離和容量相對較小，管道直徑偏小，主要為6英寸、8英寸和12英寸。華東和華中地區(qū)管網(wǎng)運輸距離仍相對較短，但相較于低減排需求情景，具備了形成較好CO2管道運輸網(wǎng)絡(luò)的潛力，深部咸水層封存將成為主要的CO2封存類型。北區(qū)域d）西南區(qū)域e）中國東部和中部區(qū)域7地形等多種現(xiàn)實因素對CCUS管網(wǎng)投資成本影響大。多數(shù)CCUS管網(wǎng)規(guī)劃的理論研究通常沒有充分考慮影響CO2管道建設(shè)的現(xiàn)實因素，例如鐵路、公路、河流、湖泊、人口、城市、自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)、地形坡度和地震帶等，導(dǎo)致CO2管道建設(shè)成本被嚴(yán)重低估。我們的研究表明，CCUS管網(wǎng)建設(shè)的布局與投資成本受上述現(xiàn)實條件中多種因素的影響很大。綜合考慮這些現(xiàn)實因素后，CCUS管道建設(shè)的實際成本與理論成本相比增加了256%，凸顯了系統(tǒng)規(guī)劃CCUS管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。CCUS管網(wǎng)建設(shè)關(guān)系我國實現(xiàn)碳中和大局。應(yīng)全面統(tǒng)籌CCUS碳供給和資源投入力度，早謀劃早布局有利于CCUS技術(shù)整體發(fā)展的CO2運輸管網(wǎng)及其配套基礎(chǔ)設(shè)施。為此提出以下具體建議。一是盡快形成頂層設(shè)計思路，研究制定CO2管道運輸相關(guān)專項規(guī)劃。盡快組織研究制定CO2管道運輸發(fā)展專項規(guī)劃，合理規(guī)劃CCUS產(chǎn)業(yè)集群布局，加大CCUS主干管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施投入，加強CO2運輸管網(wǎng)建設(shè)，明確國家牽頭部門，強化部門分工和協(xié)同。二是盡早頒布與CO2運輸管道選址、建設(shè)相關(guān)的法律法規(guī)或行業(yè)指南。明確安全防護(hù)距離、風(fēng)險評估準(zhǔn)則與程序、選址標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵有關(guān)部門應(yīng)提前謀劃制定與CCUS管網(wǎng)及其配套基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的規(guī)8三是探索形成CCUS管網(wǎng)運輸管理模式。建立基礎(chǔ)設(shè)施合作共加強價格監(jiān)管，科學(xué)制定跨省CO2運輸價格，支撐推進(jìn)國家CCUS運輸管網(wǎng)互聯(lián)互通與長遠(yuǎn)發(fā)展。四是出臺CO2管道建設(shè)運營的激勵政策。通過穩(wěn)步有序、精準(zhǔn)直達(dá)的方式，支持相關(guān)企業(yè)進(jìn)入CO2運輸領(lǐng)域，促進(jìn)具有高附加值的相關(guān)新型技術(shù)研發(fā)，積極開拓CO2管道建設(shè)運營投融資模式，引導(dǎo)能源相關(guān)企業(yè)及低碳投融資機構(gòu)參與到CO2運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及CCUS9[3]魏一鳴,余碧瑩,唐葆君等.中國碳達(dá)峰碳中和時間表與路線圖研究[J].北CarbonCapture,.uk/government/consultations/c[6]U.S.DOE/NETL,2015.AReviewoftheCO2PipelineInfrasfofCleanerProduction北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心（CEEP-BIT）面向國家能源與應(yīng)對1“十二五”中國能源和碳排放預(yù)測與展望372019年國際原油價格分析與238我國農(nóng)村居民生活用能現(xiàn)339高耗能行業(yè)污染的健康效應(yīng)評估440我國社會公眾對霧霾關(guān)注的熱點與展望541我國新能源汽車行業(yè)發(fā)展水平分析及展望6422019年光伏及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)前景預(yù)測與展望743經(jīng)濟承壓背景下中國能源經(jīng)濟發(fā)展與展望8442020年光伏及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)前景預(yù)測與展望945砥礪前行中的新能源汽車產(chǎn)業(yè)462020年國際原油價格分析與趨勢預(yù)測47二氧化碳捕集利用與封存項目進(jìn)展與布局展望482020年碳市場預(yù)測與展望49我國“十四五”能源需求預(yù)測與展望52全球氣候治理策略及中國碳中“十三五”及2030年能源經(jīng)濟展望53新能源汽車產(chǎn)業(yè)2020年552021年國際原油價格分析57后疫情時代中國能源經(jīng)濟指“十三五”北京市新能源汽車節(jié)能減排潛力分析