閆 晶， 薄明會(huì)

（東北電力大學(xué)， 吉林 吉林 132012）

0 引言

氣候變化是21 世紀(jì)人類面臨的最重大的生存和發(fā)展問題之一。CO2捕獲、利用與封存（Capture，Transportation,Utilization and Storage，CCUS）技術(shù)指將CO2從工業(yè)或其他排放源中分離出來，并運(yùn)輸?shù)教囟ǖ攸c(diǎn)加以利用或封存，使被捕獲的CO2與大氣隔離。采用CCUS 技術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)CO2的凈零排放。同時(shí)，CCUS 技術(shù)還可以將CO2資源化，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。近年來，我國(guó)也積極關(guān)注CCUS 技術(shù)的發(fā)展，燃煤電廠作為高耗能行業(yè)，如果不采用CCUS 技術(shù)，僅依靠提高能效這類傳統(tǒng)的減排方式，將導(dǎo)致全球整體減排成本上升一半以上。采用CCUS 技術(shù)可以有效降低電力部門碳排放，提高能源利用率。

1 CCUS 項(xiàng)目成本分析

通過構(gòu)建全過程成本核算模型，將經(jīng)濟(jì)成本分為固定投資成本和全流程運(yùn)行維護(hù)成本，固定投資成本主要指CCUS 項(xiàng)目碳捕獲設(shè)備、壓縮設(shè)備和管道建設(shè)等一次性投入成本。生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)成本主要包括設(shè)備監(jiān)管監(jiān)測(cè)成本和維護(hù)成本。

1.1 CO2 捕獲成本

本文采用增量成本計(jì)算原則，核算電廠進(jìn)行CCUS 項(xiàng)目改造及運(yùn)營(yíng)時(shí)增加的成本。將成本分為初期一次性投資成本和年運(yùn)行增量成本。此環(huán)節(jié)主要研究應(yīng)用較廣泛的燃燒后捕獲。

碳捕獲投資增量成本計(jì)算公式如下：

式中：Cei為設(shè)備增加成本；Cer為原有設(shè)備改造成本；Cec為土建成本。

式中：AYE為年發(fā)電量；λ 為等額支付資金回收系數(shù)，為貼現(xiàn)率；n為折舊年限。

1.2 CO2 運(yùn)輸成本

本文將運(yùn)輸成本分為固定投資成本和年運(yùn)行維護(hù)成本。在現(xiàn)有CCUS 示范工程技術(shù)水平下，輸送大量CO2主要選擇管道運(yùn)輸，管道投資成本與管道直徑和管道輸送量成正相關(guān)。

路上管道建設(shè)投資成本模型如下：

式中：Cp為管道材料的成本；Dpi為管道壁厚，m；Din為管道內(nèi)徑，m；L為管道長(zhǎng)度，km；fm為材料成本系數(shù)。

1.3 CO2 封存成本

鉆井和碳封存管網(wǎng)成本計(jì)算模型如下：

式中：Nwell為井的數(shù)目。

(1)臨終關(guān)懷事業(yè)在中小城市資金來源少。臨終關(guān)懷事業(yè)具有一定公益性，決定了相關(guān)產(chǎn)業(yè)自身不以盈利為目的發(fā)展特點(diǎn)。由于我國(guó)中小城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力不強(qiáng)，臨終關(guān)懷的發(fā)展無法得到與其他大城市水平相當(dāng)?shù)恼Y金支持與專項(xiàng)撥款；又因?yàn)榇蟊妼?duì)相關(guān)事業(yè)的了解程度較低等原因，臨終關(guān)懷機(jī)構(gòu)在中小城市收到的社會(huì)援助較少，令不少開設(shè)臨終關(guān)懷服務(wù)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)資金周轉(zhuǎn)困難，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)背景中陷入了進(jìn)退兩難的境地。

1.4 CCUS 項(xiàng)目總成本模型

通過上文分析可知，CCUS 的總成本由各個(gè)環(huán)節(jié)共同影響，包括CO2的捕獲成本、運(yùn)輸成本、封存成本和利用成本?？偝杀灸Ｐ蜆?gòu)建如下：

式中：Ceqi為運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，按投資的4%計(jì)算。CCUS項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)期成本[1]包括折舊費(fèi)用、貸款利息、維護(hù)和監(jiān)測(cè)費(fèi)用等。考慮項(xiàng)目的運(yùn)行年限，項(xiàng)目成本采用等額年度化分期償還成本法，即將新增固定投資成本總資本支出融入到現(xiàn)金流中，成本如下：

式中：φ 為系統(tǒng)維護(hù)因子；f為年度化償還因子；Cccus，t為CCUS 項(xiàng)目總投資。

式中：p為建造時(shí)間；d是貸款還款期；j為利率；IR為通貨膨脹率。

2 CCUS 項(xiàng)目效益分析

收益方面，燃煤電廠CCUS 項(xiàng)目在運(yùn)行時(shí)可以通過驅(qū)油利用或者進(jìn)行碳交易的方式獲得利潤(rùn)。本文從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境兩個(gè)角度確定綜合效益，包括經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2.1 經(jīng)濟(jì)效益

1）CO2—EOR 收益。在驅(qū)油利用方面，100 元/t 的來源成本絕大部分油田都能承受[2]。本文在進(jìn)行成本測(cè)算時(shí)，以100 元/t 的價(jià)格為CO2利用階段所能獲得的額外收益。

2）國(guó)家碳封存補(bǔ)。政府補(bǔ)貼指政府對(duì)CCUS 項(xiàng)目提供的一定比例資金投入。目前，我國(guó)碳市場(chǎng)處于初步建設(shè)階段，大批示范性項(xiàng)目也確實(shí)依靠政府的資金支持，政府補(bǔ)貼是開展CCUS 項(xiàng)目的前期主要資金流入。

2.2 環(huán)境收益

考慮CCUS 項(xiàng)目綜合效益，本文定義CO2凈減排量[3]等于捕獲CO2量減去全流程過程中泄露的CO2作為環(huán)境收益變量，環(huán)境收益可以通過碳排放權(quán)交易市場(chǎng)和未來碳交易所（CCER）實(shí)現(xiàn)。

碳交易收益為CO2凈捕獲量與單位減排量?jī)r(jià)格的乘積[4]，在碳交易體系市場(chǎng)中各行各業(yè)包括電廠都能參與其中買賣CO2配額。碳交易量計(jì)算公式如下：

式中：Mct為第t年總的CO2捕獲量；Ct為第t年系統(tǒng)CO2釋放量；Pc，rt為第t年單位減排量?jī)r(jià)格。

在未來碳價(jià)格未知的情況下，分析項(xiàng)目未來收益，要先設(shè)置一個(gè)合理的貼現(xiàn)率i來對(duì)未來價(jià)值進(jìn)行估算。CCUS 項(xiàng)目第n年碳交易收益可表示成：

2.3 CCUS 項(xiàng)目綜合效益模型

項(xiàng)目綜合收益主要包括兩部分，一部分是經(jīng)濟(jì)效益，另一部分是環(huán)境收益。在確定CCUS 項(xiàng)目總成本模型及總收益模型后，CCUS 項(xiàng)目綜合收益可以用下列公式測(cè)算：

式中：CBccus為CCUS 項(xiàng)目綜合效益現(xiàn)值；Rot為項(xiàng)目t年原油銷售收益；Cst為政府碳封存補(bǔ)貼。

3 案例分析

對(duì)國(guó)內(nèi)多處燃煤電廠CCUS 項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)CCUS 項(xiàng)目發(fā)展現(xiàn)狀，本文選取某省年捕獲量為100 萬t/a 的燃煤電廠火電機(jī)組進(jìn)行研究。

捕集方式：采用燃燒后捕獲。

輸送條件：采用高壓高壓氣相管道運(yùn)輸。

封存場(chǎng)地：地處華北平原，為一大型沉積盆地的一部分。

封存方式：低滲透油藏油田驅(qū)油封存。

運(yùn)輸工藝：采用超臨界輸送，最大輸送量為100萬t/a，線路管道鋼管材質(zhì)為L(zhǎng)360。

CO2注入：注配站高壓加注泵增壓后注入。

根據(jù)可行性研究報(bào)告的內(nèi)容，本項(xiàng)目規(guī)劃期為20 a（建設(shè)期為1 a，運(yùn)行期為19 a）。

3.1 項(xiàng)目投資當(dāng)年成本核算

投資當(dāng)年碳捕獲成本為500 元/tCO2，碳捕集率為90%，根據(jù)表1 項(xiàng)目參數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算投資當(dāng)年碳捕獲增量成本（含設(shè)備改造成本）為5.79 億元。從燃煤電廠到封存地建設(shè)管道全長(zhǎng)約150 km，CO2流量為100 萬/t，管道建設(shè)總投資1.07 億元。采用上文資本回收系數(shù)，計(jì)算出管道年運(yùn)輸投資為0.46 億元，封存成本為0.68 億元，設(shè)備運(yùn)行維修成本約為0.277 億元，投資當(dāng)年總成本約7.207 億元。

表1 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)參數(shù)

3.2 項(xiàng)目投資當(dāng)年效益核算

采用CCUS 技術(shù)，CO2總減排量現(xiàn)值為：

投資當(dāng)年碳價(jià)為43 元/t，其中，政府補(bǔ)貼占初始投資20%，將上一節(jié)計(jì)算的項(xiàng)目投資總成本進(jìn)行等額年度化計(jì)算，投資當(dāng)年效益為-43 305 萬元，為虧損狀態(tài)?？紤]碳價(jià)因素計(jì)算項(xiàng)目投資回收期，預(yù)計(jì)2030 年碳價(jià)約為110～120 元/t。該項(xiàng)目投資投資回收期為4.32 a，運(yùn)行年限為19 a，可見項(xiàng)目盈利狀況良好，投資回收期較快。隨著CCUS 技術(shù)的不斷發(fā)展，項(xiàng)目運(yùn)行維護(hù)成本將逐年下降，經(jīng)濟(jì)性良好，項(xiàng)目可行性非常高。

4 結(jié)論與建議

結(jié)合我國(guó)“雙碳”目標(biāo)對(duì)CCUS 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀提出如下建議：

1）加快構(gòu)建CCUS 技術(shù)體系。明確碳中和目標(biāo)下CCUS 技術(shù)需求，針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)碳運(yùn)輸、驅(qū)油利用等成熟技術(shù)的使用，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

2）加快碳交易市場(chǎng)建立，碳稅納入國(guó)家碳交易市場(chǎng)，制定碳減排目標(biāo)，擴(kuò)大市場(chǎng)需求。鼓勵(lì)政府與企業(yè)與高校建立合作，加強(qiáng)相關(guān)人才培養(yǎng)。