中国的碳捕集、封存与利用和PtX技术-20231012-国家电网-21页.pdf

Stae Grid Energy Resarch Instiue12 Octob203国网能源研究院有限公司203年10月2日ECP Investmnt ad Technolgies for Net-zro Carbon IfrastuctreECP净零碳基础设施投资和关键技术研究 Contets 22PtXICUS 碳捕集、利用与封存电转其他能源 3 (1) Importance of CUS 碳捕集、利用与封存技术的定位CUSisthelytechlgicaloptinorealizlow-carbonutilzationfsilenrgy.是目前实现化石能源低用的唯一技术选择。•Itistimadtby205,fsilrgyilctfr10%-5fChia srconupn.到205年，仍将扮演重要角色，占中国能源消费比例的~。CUScanmitainheflxibltyofpwersytmorealizcrboneutraliy.是碳中和目标下保持电力系统灵活性的主技术手段。•Byavoidarlypsingutfcal-firdprstain,thcsaryportf stentifeqcyorsthenguedwfaigtevlaiyfrwbldillohgs.•火电加装CUS具有竞争重要，可实现近零碳排放，提供稳定清洁低碳电力，平衡可再生能源发的波动性，并在避免季节性或长期的电力短缺方面发挥惯性支撑和频率控制等重要作用。 4 (1) Importance of CUS 碳捕集、利用与封存技术的定位CUSisafesibltechlgyoptinforhad-toabtesctors,likestlandcemnt.是钢铁水泥等难以减排行业低转型的可行选择。•Aftrimplntimasurelikficeyimprvnt,rawmtrilsubtio,andec,tisedth34%oarbnsoiheslindyan48%fboicntidsthdtab.•预计到205年，通过采取工艺改进、效率提升能源和原料替代等常规减排方案后，仍将剩余34%的碳放量即使氢直接还原铁(DRI)技术取得重大突破，剩余碳放量也超过。水泥行业其他常规减排方案后，仍将剩余48%的碳排放量。CUScoupledwithrenablenrgycouldrealiznegativemison.与新能源耦合负技术是实现碳中和目标要保障 •ligitio-r,slrftosBECS,culdrealizngativeemsion.Neavmsntechogiecanurlizegrnhosgsodprvdprupfaivtlfcabtaliy.•BECS及其他排放可该部分温室气体排放，推动温室气体净零排放，为实现碳中和目标提供重要支撑。 Source:ChinaUSAnualReport201.CUS jects inChiaCUS Projects inChiaTherabu40USprojectstinpratiundcosctCh.Tatapiyisod3milt/eratectvesgciy2ilnos.中国已投运或建设中的CUS示范项目约为40个，捕集能力30万吨/年累计封存0万CO2。 (2) CUS projects inChia 碳捕集、利用与封存项目开展情况 Source:ChinaUSAnualReport201.CUS jects inChia CUS Projects inChiaThexisgUSpilotdmntraprjctsfunoiabonatreteclgydEORtehlgy.Lar-se,ful-cirjcts.现有的CUS试点示范项目主要关注展碳捕集技术和E。大规模、完整链条相对较少hinasthedsigncapbiltyoflrg-cl,ful-roesmditivyifrtheful-aCUSitalcus.中国具备大全过程系统的设计能力，并积极准建完整链条 的工业集群。 (2) CS projects inChia 碳捕集、利用与封存项目开展情况 7 (3) CUS technolgy cost inChia 技术成本情况hina sdmstraiprjectsarmlinscleandxpesiv.ThecostfCUSmainlyicludecoiconevonlots.中国的CUS示范项目规模较小且成本高。的成本主要包括经济成本和环境。Eistilufixdcstadperatigcst.经济包括固定和运营nviroenalcosnlevironlkndergyconsumption.环境包括风险和能源消耗。205-6 年CUS技术的成本Cost f CUS Thlgies 205-620642035203205Year -430-50-77-89-11-8燃烧前捕集Pre-combustin捕集技术Capture 70-128-11-60-20-28230-后o-ti 8-390-50-2313-16-9-48富氧Oxy-fuel cobstin 0.51.1.610.720.0.9罐车Trck运输Transport(RMB/·km) 44567管道Pipel 2-25-330-35-44-55-6封存StragSource:ChinaUSAnulRepo201. 8 (3) Carbon capture tchnolgy inChia 碳捕集技术现状China stermalpowerindustrywilreachpekfouilfm2035to2045.idgthvfbncatrcnly,befr,teirst-geniaptrchnolgyshuldthmsewilaft2035,t-scodtiolbeaitr.2035年前后将是捕集技术实现代际升级的关键时期。我国火电行业在2035-4年间将迎来机组更新高峰综合考虑发展规律与的发展趋势，前应以采用第一代存量机组改造为主 2035应以采二新建火电为主 Energy CosumtiBest im forCSiEnrgy cosuptin forist-eaehlgyEnrgy cosumptin forsed-acthlgyCost frit-grai capue chnolyCst frecond-gration apu thlyLevlisd aitonl ectriy ost frcl-fired owrnits uiable forrfg适合改装的燃煤发电机组力水平化附加成本Notes: hfirt-genratio cpture chnolgy aredy tob ulrsal.Thngaticpcnly smiadstwicsmth 30%mprd t firtr. 注：捕集技术指现阶段已能进行大规模示范的技术，如胺基吸收剂、常压富氧燃烧；第二代捕集技术指成熟后能耗和可比熟后的第一代降低30%上的新，如型膜分离、等。 The potnial frCO2storage inChiaOil feds: Songlia Bsin, ohai ByBa,rdJugrsn. C2-ER 5.1bil t. 石油区域：松辽盆地、渤海湾鄂尔多斯准噶尔。CO2-ER，51亿吨。Gas field:ros Bain, Schua Bsin, Bohy idTrmi.Dpltgfel:1.3 blo t; CO2-ER:9 bi ts天然气区域：鄂多斯盆地、四川渤海湾盆地和塔里木。已枯竭的天然气田：153亿吨；C2-EOR，90亿吨ThptfrCO2tre eotnialfor2stoageinhiasbout1.2-4.3trilonts.中国地质封存潜力约为1.2~4.3万亿吨。 Ref:oadmpfrabonptureandStorgeDmonstraindDplynt. (4) Carbn strag iCina 碳封存技术现状 The potnial frCO2storage inChiaDep salin quifer: 240 bilon ts. SogB:69.5il;Trim i8 ts hys:.il; ubei ain43.7 bilon ; OrdosB:56ts.深层咸水含气：20亿吨。松辽盆地94；塔里木58渤海湾06苏北437鄂尔多斯：5亿吨。htloCOsrageRef:oadmpfrCabonptureandStorgeDmonstraindDplynt. (4) Carbon strage inChia 碳封存技术现状Tepotnilfr2striisbout1.2-4.3trilonts.中国地质封存潜力约为1.2~4.3万亿吨。 1 (5) Retrofitng coal-fired power staions with CUS 煤电机组的CUS改造 Source:DarbonizgtheCoal-FiredPwrSectoinChavirbonCapture,GolgicaUtilzon,adStrgeTchnolgy Suitabliy Crita frPwr lnts发电厂适用性标准ProximtoO2storgesit≤80k；距离二氧化碳储存地点≤80公里Unitage≤40yars；使用年限itsz≥6MW,orthetalamoufcapturbleCO2≥10M/yerndaingurs40.单元容量≥60兆瓦，或可捕获二氧化碳总1百万吨/年且运行小时数≥40。 Disbtn f pw ls it uiablit result 12 (5) Retrofitng coal-fired power staions with CUS 煤电机组的CUS改造 Source:DarbonizgtheCoal-FiredPwrSectoinChavirbonCapture,GolgicaUtilzon,adStrgeTchnolgy Atlas613GWr508plts(73%ftalinedcpityo63foalcpns)ruiblfCUSeri.ThelCO2mio2.t/.至少有613千兆瓦或508座电厂（占总装机容量的7%总煤的63%）适合进行碳捕获利用与储存（CUS改造。二氧化排放约为每年2亿吨Alostalectdoalpwerlantsihoermgnriuitsfm60MWcpiywbl25d215.Thltihvycfexeralfe.几乎所有含一个或多容量超过60兆瓦发电单元的燃煤电厂都建于205年至215之间，这些仍数十预期运营寿命。 Disbtn f pw ls it uiablit result RetrofingCUStohexistngcoalfetwouldincreasthLCOEsbyanvergof24.1-37.USD/MWhforteltwib50%d85migt.将碳捕获利用与储存（CS）改装到现有的燃煤电厂将使整个的电力生产成本（LCOEs）增加，净减排率在50%至8之间的电厂平均增加24.1-37.美元/兆瓦时。 Source:DarbonizgtheCoal-FiredPwrSectoinChavirbonCapture,GolgicaUtilzon,adStrgeTchnolgy (5) trfit cl-fir pr stions with CUS 煤电机组的CS改造 Contets 142ICUS PtX碳捕集、利用与封存电转其他能源 MostfhePtXechnolgiesarbsedonpwer-tohydrgen,xceptforwer-toclandpwr-oa.除了电转冷、热以外，大部分PX技术都是基于电转氢。 Source:RsarchonP2XTecholgyPresanditPricpatoniPwerSystmOperationtimzaonSiultStageTechnolgiesLimtaionAdvntgesNme comilplicton商业应用air ditr空调-cle, oit清洁便利Por tCl (P2)电转冷 intl s fialalit初始阶段t pum, lcti boiler,ltrihear热泵、电锅炉暖器low nergy ficy icpltl,hst在一次完整循环中，能效较低成本高la, f, nvit、安全wr tHat ()热 dostrin &itl sge f cmelpcaion示范lctrlys解槽l ry ficny iacomletl,gstclea, flxibl灵活Poer tGs (P2)气 strieltrol, synhi，合成hi cotln清洁wr tLiqud () orFls电转液或燃料 deontrailctrl, i电ig st成本高cleaPoer tChmical (P2C) rt化学产品 msti示范ful es燃料hi t, lfic，能效低l t tim长周期存储w t () Mn chlgs ft(1) Tcnolgis iclud inPtXt中的 16 (2) Hydrogen production ad consumption iChina 中国氢能的产消 Ref:Chinaydrogenryadfuelcindstryevlopmntre20. Refing &Coal ChmclIdustryAiTranspotiOhe urMlther mixdCoalNturl gsElectrolyiB-dulNtul sB-proctElliUnit: ×104oT splc hg Cha The ydrogn flw diagrm inCha Thecurthrrctisfil-felbasd(cal,turlgsdiustrialby-product).Thelargstaofydgenmadrothcietorfhepoctnofmni(108milonton/yr,32.%)atol(9.1ilns/yr,27.%)目前的氢气生产主要依赖化石燃料（煤炭、天然气和工业副产品）。氢气需求的最大份额来自化工行业，用于氨（每年108万吨，占32.%）和甲醇的生每年910万吨，占27. 17 (3) Scale of pwer-tohydrogen iChina 中国电制氢的规模Theprductinfhydrgeni2019is3.42milots,around1/3oftheworld stal(15milos).2019年，中国的氢气产量为万吨，约占全球总产量（.5亿吨）三分之一。 Devlopment frewabl hydrogen capity under 10 GW scenariosSource:OpnigChia’sGrenHydrogeNwEra:A203RablHydogn10GWRmGrn HyrgeNw:6pjcts aplaed, 12riortiue cns, 30tons y.计划6个项目，12在运营2建每年2310吨。: 7.milon tsperyaGWlctlsr. 0万/10G电解槽26:75-1 il ts y.每年0.75-1亿吨。 18 (4)Technial iuse and cost fpower-tohydrogen iChina 中国电制氢的技术问题及成本 Source:OpnigChia’sGrenHydrogeNwEra:A203RenwablHydrogen10GWRoadmpPructin ost fgren hydrogen AEMSOECPEMALK 4.5-3.0-54.2Eficeny (kWh/Nm3) 能效2010Sgltrolse(/h)单个电解槽 R&DDemonstraiInital Stge ofCmercialztiComercial Aplictota 应用阶段GrnHydrgn PdutnThe pot xche ba clys (lainum,ird) aril petoiprt. 质子交换膜和催化剂（铂、铱）高度依赖进口。As thecl ofelctrlyzsxands t10 GW, theinvstALK oleriChiwildra fr 20RMB/kW i20 t5 RMB/kin 203.随着电解槽规模扩大到1G，中国的ALK电解槽投资成本将从年的每千瓦元降低3年每千瓦15元。 Th avr tol ct fr hrn ildrop t3RMB/k.绿色氢气平均总成本将下克1元。 19 (5) Industrial plication fpower-tohydrogen iChina 中国电制氢技术的工业应用 Source:OpnigChia’sGrenHydrogeNwEra:A203RenwablHydrogen10GWRoadmp Grehyrogerjctsarebcmigranmrc.Howevr,ydrogenprducersaluctanitacwihpogid.绿氢项目越来常见，然而产氢端与网互动较少。Rprsntiv PrjctsNigxa:tiol demsain rjet frH2produce hrgcytrolpwdbysl ny,ls in d, 20MW PV+303/ tls,Hufrchmial si. 宁夏：通过太阳能电解制氢的国家示范项目，是世界上最大项目，包括20 光伏发电和30 N/槽生产气用于化学合成。Xinjag: Kucha project, wilbuild 30 MW PV sto(618GWfrty)an52m/hf eltlys, H2s foeig. 新疆库车将建设30站（电量为 ）和5m/h的解槽， 炼油过程中的氢。 Northeas b: windp,imyroge duc +pilixngXinjag bse: wind dolrhy pucti + ymNingdo base: PVhyr+ciliutIner Moglia bse: idsrdhy puctin +cilyNorth Cia bse: indpweyrog+nsi tlEast Chi bse: indpowryrog+ ni taSouth Cia bse: ind perdyrog+nsi tSican bse: hydro base hydrog+miasnti+sip 20 (6) Hydrogen ad the power gid 氢能和电网的关系 Ref:ComparisnofDierntCoupligMdesbtwnhePwSytdthHySystmBaoPr–HdrgiPlaiOizinl Difernt Power-hydogen Cuplig Modespow–hydgcupli atls受端电氢耦合r rc i 源for e tnsmio 输hydgrapt lc u 就地利用 ReucinVREcurtilmt降低弃风光率Log-tregysoae长周期储能Hydstr,hdrgn-fuldgastrbiaflcllizo-termentr.储氢结合燃机组或料电池，保障新源为主体下的全时段力量平衡。Providgri-balncigserviciaelctlyse为网提供调峰、频等辅助服务TanpiwlpolongiH2将可再生能转化氢实现大范围优化配置Litleivstenisdetaturalgasnfrucrtarhyn.利用新能源尖峰出力制，利用天然气管道或气管道进行输送缓解电网外新源的压力。 21Thank you！