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當(dāng)可再生能源遇到二氧化碳？部分解決碳“匯”問(wèn)題

2021-03-08 14:00:58來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》

2月初

，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，開(kāi)展二氧化碳捕集

、利用和封存(簡(jiǎn)稱CCUS)試驗(yàn)示范

。“國(guó)際上普遍認(rèn)為，CCUS技術(shù)是應(yīng)對(duì)氣候變化不可或缺的重要技術(shù)

，而捕集后的二氧化碳如何有效利用

，是推廣CCUS技術(shù)的關(guān)鍵。”中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所(簡(jiǎn)稱武漢巖土所)研究員張力為一直在思考這一問(wèn)題——他將目光瞄向了可再生能源

。

于是，在武漢巖土所二氧化碳地質(zhì)封存課題組研究員李小春和李琦的指導(dǎo)下

，張力為和團(tuán)隊(duì)成員甘滿光提出了二氧化碳捕集利用—可再生能源發(fā)電調(diào)峰耦合的設(shè)想

。

“簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是以燃煤電廠捕集的二氧化碳作為可再生能源發(fā)電的‘調(diào)峰介質(zhì)’

。”張力為在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示

，他們已論證其可行性，并希望推動(dòng)相關(guān)企業(yè)加以應(yīng)用。

從“兩難”到不難

我國(guó)要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)

，方法之一便是發(fā)展可再生能源。根據(jù)2020年12月發(fā)布的《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書(shū)

，我國(guó)清潔能源占能源消費(fèi)總量比重達(dá)23.4%

，比2012年提高8.9個(gè)百分點(diǎn)，水電

、風(fēng)電

、太陽(yáng)能發(fā)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模均居世界首位。

然而

，盡管我國(guó)正在積極開(kāi)發(fā)可再生能源

，但當(dāng)前能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主

，且短期內(nèi)難以改變

。特別是可再生能源消費(fèi)占比難以進(jìn)一步提高。

“突出問(wèn)題是風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電均存在調(diào)峰難

、并網(wǎng)難

。”張力為介紹，以風(fēng)能發(fā)電為例

，在用電負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)能發(fā)電量較大

，“棄風(fēng)”現(xiàn)象突出;風(fēng)能發(fā)電資源分布不均

，沿海地區(qū)用電量大而風(fēng)能資源匱乏

，北部、西部地區(qū)用電量小而風(fēng)能資源豐富

。

短期內(nèi)

，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)難以改變和可再生能源消費(fèi)占比難以提高的“兩難”問(wèn)題，該如何解決?

長(zhǎng)期從事二氧化碳地質(zhì)利用

、封存相關(guān)技術(shù)研發(fā)與推廣研究的張力為認(rèn)為

，二氧化碳是聯(lián)結(jié)燃煤電廠和可再生能源發(fā)電廠的關(guān)鍵，可變“兩難”為不難

。為此，他們研發(fā)了二氧化碳捕集利用—可再生能源發(fā)電調(diào)峰耦合技術(shù)

。

他向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》解釋道

，該技術(shù)通過(guò)二氧化碳?jí)嚎s儲(chǔ)能、二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸等高能量化合物以及二氧化碳作為攜熱介質(zhì)3種手段

，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠捕集的二氧化碳在可再生能源發(fā)電廠的有效利用

，以期解決可再生能源發(fā)電調(diào)峰難題

。

部分解決碳“匯”問(wèn)題

政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)第五次評(píng)估報(bào)告指出，如果沒(méi)有CCUS

，溫室氣體減排目標(biāo)將無(wú)法達(dá)成，進(jìn)而導(dǎo)致到21世紀(jì)末限制升溫相對(duì)于工業(yè)化前水平低于2℃的目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)

。更為關(guān)鍵的是

，沒(méi)有CCUS技術(shù)，溫室氣體減排成本將會(huì)成倍增加

，估計(jì)增幅平均高達(dá)138%

。國(guó)際能源署發(fā)布的《CCUS在低碳發(fā)電系統(tǒng)中的作用》也指出，如果沒(méi)有CCUS技術(shù)

，要實(shí)現(xiàn)全球增溫控制目標(biāo)可能需要關(guān)閉所有化石燃料發(fā)電廠

。

顯然

，關(guān)閉所有化石燃料發(fā)電廠是不可能的

，對(duì)其改造是最為切實(shí)可行的措施。

“如果我國(guó)每年能夠?qū)?0%的燃煤電廠改造為部署有二氧化碳捕集裝置的燃煤電廠

，則每年可減排二氧化碳約3.5億噸

。”張力為介紹道。也就是說(shuō)

，每年可減排相當(dāng)于100個(gè)600 兆瓦規(guī)模燃煤電廠排放的二氧化碳。

在燃煤電廠部署二氧化碳捕集裝置后

，大量捕集的二氧化碳如何處置是必須解決的問(wèn)題。如果不解決與之對(duì)應(yīng)的“匯”的問(wèn)題

，則捕集的大量二氧化碳將無(wú)處消化

，燃煤電廠低碳排放改造必將難以推進(jìn)。

甘滿光表示

，將帶有二氧化碳捕集裝置的燃煤電廠與可再生能源發(fā)電廠耦合起來(lái)

，利用二氧化碳滿足可再生能源發(fā)電廠發(fā)電調(diào)峰、熱能提取的需求

，可以部分解決“匯”的問(wèn)題

。

具體而言

，一是將捕集的二氧化碳?jí)嚎s儲(chǔ)能

，在可再生能源不利發(fā)電條件下，利用二氧化碳體積膨脹做功釋放能量發(fā)電

，補(bǔ)充發(fā)電量不足;二是將捕集的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸等高能量化合物

，實(shí)現(xiàn)過(guò)剩發(fā)電量的儲(chǔ)存

，在可再生能源不利發(fā)電條件下，將其作為燃料電池發(fā)電原料產(chǎn)生電能

，補(bǔ)充發(fā)電量的不足;三是將捕獲的二氧化碳作為地?zé)岚l(fā)電廠的攜熱介質(zhì)

，減少水資源消耗，提高地?zé)岚l(fā)電效率

。

碳市場(chǎng)需要它

碳市場(chǎng)在我國(guó)的發(fā)展完善被認(rèn)為可有效促進(jìn)燃煤電廠碳減排改造。2月1日

，《碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》正式施行

，加上之前發(fā)布的《2019—2020年全國(guó)碳排放權(quán)交易配額總量設(shè)定與分配實(shí)施方案(發(fā)電行業(yè))》和《納入2019—2020年全國(guó)碳排放權(quán)交易配額管理的重點(diǎn)排放單位名單》，我國(guó)首次從國(guó)家層面將溫室氣體控排責(zé)任壓實(shí)到企業(yè)

。

在張力為看來(lái)

，根據(jù)電價(jià)、碳交易價(jià)格和負(fù)荷需求

，安裝碳捕集相關(guān)設(shè)施的發(fā)電企業(yè)可以采用二氧化碳捕集利用—可再生能源發(fā)電調(diào)峰耦合技術(shù)

，與周邊的可再生能源發(fā)電廠建立聯(lián)系

，形成一體化系統(tǒng)

，從而靈活調(diào)整其發(fā)電量、二氧化碳捕集量和捕集能耗

，將整體碳排放強(qiáng)度維持在較低水平

。

因此他認(rèn)為，合理部署二氧化碳捕集利用—可再生能源發(fā)電調(diào)峰耦合技術(shù)

，制定調(diào)度策略

，同時(shí)兼顧減排要求，是一種使碳捕集燃煤電廠碳捕集設(shè)備利用效率最大化的方法