燃煤电厂碳捕获、利用与封存项目综合效益核算研究

闫 晶， 薄明会

（东北电力大学， 吉林 吉林 132012）

0 引言

气候变化是21 世纪人类面临的最重大的生存和发展问题之一。CO2捕获、利用与封存（Capture，Transportation,Utilization and Storage，CCUS）技术指将CO2从工业或其他排放源中分离出来，并运输到特定地点加以利用或封存，使被捕获的CO2与大气隔离。采用CCUS 技术，有望实现CO2的净零排放。同时，CCUS 技术还可以将CO2资源化，产生经济效益。近年来，我国也积极关注CCUS 技术的发展，燃煤电厂作为高耗能行业，如果不采用CCUS 技术，仅依靠提高能效这类传统的减排方式，将导致全球整体减排成本上升一半以上。采用CCUS 技术可以有效降低电力部门碳排放，提高能源利用率。

1 CCUS 项目成本分析

通过构建全过程成本核算模型，将经济成本分为固定投资成本和全流程运行维护成本，固定投资成本主要指CCUS 项目碳捕获设备、压缩设备和管道建设等一次性投入成本。生产运行维护成本主要包括设备监管监测成本和维护成本。

1.1 CO2 捕获成本

本文采用增量成本计算原则，核算电厂进行CCUS 项目改造及运营时增加的成本。将成本分为初期一次性投资成本和年运行增量成本。此环节主要研究应用较广泛的燃烧后捕获。

碳捕获投资增量成本计算公式如下：

式中：Cei为设备增加成本；Cer为原有设备改造成本；Cec为土建成本。

式中：AYE为年发电量；λ 为等额支付资金回收系数，为贴现率；n为折旧年限。

1.2 CO2 运输成本

本文将运输成本分为固定投资成本和年运行维护成本。在现有CCUS 示范工程技术水平下，输送大量CO2主要选择管道运输，管道投资成本与管道直径和管道输送量成正相关。

路上管道建设投资成本模型如下：

式中：Cp为管道材料的成本；Dpi为管道壁厚，m；Din为管道内径，m；L为管道长度，km；fm为材料成本系数。

1.3 CO2 封存成本

钻井和碳封存管网成本计算模型如下：

式中：Nwell为井的数目。

(1)临终关怀事业在中小城市资金来源少。临终关怀事业具有一定公益性，决定了相关产业自身不以盈利为目的发展特点。由于我国中小城市经济实力不强，临终关怀的发展无法得到与其他大城市水平相当的政府资金支持与专项拨款；又因为大众对相关事业的了解程度较低等原因，临终关怀机构在中小城市收到的社会援助较少，令不少开设临终关怀服务的医疗机构资金周转困难，在市场经济背景中陷入了进退两难的境地。

1.4 CCUS 项目总成本模型

通过上文分析可知，CCUS 的总成本由各个环节共同影响，包括CO2的捕获成本、运输成本、封存成本和利用成本。总成本模型构建如下：

式中：Ceqi为运营维护成本，按投资的4%计算。CCUS项目的运营期成本[1]包括折旧费用、贷款利息、维护和监测费用等。考虑项目的运行年限，项目成本采用等额年度化分期偿还成本法，即将新增固定投资成本总资本支出融入到现金流中，成本如下：

式中：φ 为系统维护因子；f为年度化偿还因子；Cccus，t为CCUS 项目总投资。

式中：p为建造时间；d是贷款还款期；j为利率；IR为通货膨胀率。

2 CCUS 项目效益分析

收益方面，燃煤电厂CCUS 项目在运行时可以通过驱油利用或者进行碳交易的方式获得利润。本文从经济、环境两个角度确定综合效益，包括经济效益和环境效益。

2.1 经济效益

1）CO2—EOR 收益。在驱油利用方面，100 元/t 的来源成本绝大部分油田都能承受[2]。本文在进行成本测算时，以100 元/t 的价格为CO2利用阶段所能获得的额外收益。

2）国家碳封存补。政府补贴指政府对CCUS 项目提供的一定比例资金投入。目前，我国碳市场处于初步建设阶段，大批示范性项目也确实依靠政府的资金支持，政府补贴是开展CCUS 项目的前期主要资金流入。

2.2 环境收益

考虑CCUS 项目综合效益，本文定义CO2净减排量[3]等于捕获CO2量减去全流程过程中泄露的CO2作为环境收益变量，环境收益可以通过碳排放权交易市场和未来碳交易所（CCER）实现。

碳交易收益为CO2净捕获量与单位减排量价格的乘积[4]，在碳交易体系市场中各行各业包括电厂都能参与其中买卖CO2配额。碳交易量计算公式如下：

式中：Mct为第t年总的CO2捕获量；Ct为第t年系统CO2释放量；Pc，rt为第t年单位减排量价格。

在未来碳价格未知的情况下，分析项目未来收益，要先设置一个合理的贴现率i来对未来价值进行估算。CCUS 项目第n年碳交易收益可表示成：

2.3 CCUS 项目综合效益模型

项目综合收益主要包括两部分，一部分是经济效益，另一部分是环境收益。在确定CCUS 项目总成本模型及总收益模型后，CCUS 项目综合收益可以用下列公式测算：

式中：CBccus为CCUS 项目综合效益现值；Rot为项目t年原油销售收益；Cst为政府碳封存补贴。

3 案例分析

对国内多处燃煤电厂CCUS 项目进行数据收集的基础上，针对目前国内CCUS 项目发展现状，本文选取某省年捕获量为100 万t/a 的燃煤电厂火电机组进行研究。

捕集方式：采用燃烧后捕获。

输送条件：采用高压高压气相管道运输。

封存场地：地处华北平原，为一大型沉积盆地的一部分。

封存方式：低渗透油藏油田驱油封存。

运输工艺：采用超临界输送，最大输送量为100万t/a，线路管道钢管材质为L360。

CO2注入：注配站高压加注泵增压后注入。

根据可行性研究报告的内容，本项目规划期为20 a（建设期为1 a，运行期为19 a）。

3.1 项目投资当年成本核算

投资当年碳捕获成本为500 元/tCO2，碳捕集率为90%，根据表1 项目参数数据计算投资当年碳捕获增量成本（含设备改造成本）为5.79 亿元。从燃煤电厂到封存地建设管道全长约150 km，CO2流量为100 万/t，管道建设总投资1.07 亿元。采用上文资本回收系数，计算出管道年运输投资为0.46 亿元，封存成本为0.68 亿元，设备运行维修成本约为0.277 亿元，投资当年总成本约7.207 亿元。

表1 项目经济性评价参数

3.2 项目投资当年效益核算

采用CCUS 技术，CO2总减排量现值为：

投资当年碳价为43 元/t，其中，政府补贴占初始投资20%，将上一节计算的项目投资总成本进行等额年度化计算，投资当年效益为-43 305 万元，为亏损状态。考虑碳价因素计算项目投资回收期，预计2030 年碳价约为110～120 元/t。该项目投资投资回收期为4.32 a，运行年限为19 a，可见项目盈利状况良好，投资回收期较快。随着CCUS 技术的不断发展，项目运行维护成本将逐年下降，经济性良好，项目可行性非常高。

4 结论与建议

结合我国“双碳”目标对CCUS 技术发展现状提出如下建议：

1）加快构建CCUS 技术体系。明确碳中和目标下CCUS 技术需求，针对各个环节开展核心技术攻关，推动碳运输、驱油利用等成熟技术的使用，提高项目的经济性。

2）加快碳交易市场建立，碳税纳入国家碳交易市场，制定碳减排目标，扩大市场需求。鼓励政府与企业与高校建立合作，加强相关人才培养。