欧洲CCUS技术发展现状及对我国的启示/发展现状/路径规划
欧洲 CCUS 技术发展现状及对我国的启示
欧洲发展 CCUS 技术的机遇与挑战
现代工业化进程的加速导致CO2排放量大幅增 长,全球气候变暖。因此,采取有力措施控制温室 气体排放、减缓温室效应已成为全球关注的热点。碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术是全球范围内实现碳减排目标 的重要途径。CCUS 技术是指能将 CO2 从工业、能 源生产等排放源或空气中捕集分离,并输送到适 宜的场地加以利用或封存,最终实现 CO2 减排的技 术。主要的 CO2 排放源包括发电厂、钢铁厂、化 工厂、水泥厂等,主要的捕集方式包括燃烧前捕集、 燃烧后捕集以及富氧燃烧捕集,主要的利用方式包 括化学利用、地质利用和生物利用。国际能源署 (International Energy Agency,IEA)的调查结果显 示:要实现全球温升控制在2 ℃以内的巴黎协定目标, CCUS 需要贡献累计 14%的 CO2减排量;到 2050 年, 利用 CCUS 技术捕集的 CO2 总量预计需达到 56.35 亿 t,其中利用量 3.69 亿 t,封存量 52.66 亿 t。
作为经济发展水平最高的大洲,欧洲一直处于 温室气体减排的先锋地位。2019 年 12 月,欧盟委 员会发布《欧洲绿色协议》,旨在到 2050 年将 欧洲建成第一个实现碳中和(人为 CO2 排放量与人 为 CO2 去除量在一段特定时期内达到平衡)的大 陆,CCUS 技术将在欧洲 2050 年实现碳中和的目 标中发挥重要作用。Butnar 等人预测的全球升 温 1.5 ℃的情景中,欧洲境内 2030 年捕集 CO2 的 中位数为 230 万~430 万 t/a,2050 年将增至 930 万~ 1 200 万 t/a。《欧洲绿色协议》中明确提到,CCUS 技术是实现欧洲温室气体净零排放气候目标的必 要手段之一,是欧洲脱碳进程中不可或缺的组成部 分。《欧洲绿色协议》还强调了欧洲要实现 2050 年 碳中和的目标,必须在近 10 年加速推进 CCUS 项 目的开发和部署以及相关基础设施的建设。
我国于 2020 年提出到 2030 年实现碳达峰, 2060 年实现碳中和的“双碳”战略目标。CCUS 技 术是我国2060 年实现碳中和目标不可或缺的关键技 术,其减排贡献预计在 2050 年将达到 6 亿~16 亿 t CO2。鉴于 CCUS 技术对实现碳减排目标的重要 作用,本文深入总结了欧洲 CCUS 的发展现状,介 绍了欧洲在发展 CCUS 技术方面的资金激励、税收 政策、法律法规和技术创新政策,总结了欧洲在发 展 CCUS 技术的过程中面临的机遇和挑战,以期为 我国 CCUS 技术发展、实现 CCUS 技术规模化部署 提供参考和借鉴。
欧洲现有的 CCUS 项目主要部署在北海地区, 包括挪威 1996 年投运的 Sleipner 项目和 2008 年投 运的 Snøhvit 项目,这 2 个项目的 CO2 封存能力为 170 万 t/a。截至 2021 年 11 月,欧洲境内所有运 行、在建和计划的 CCUS 项目总共 70 个,预计到 2030 年可实现封存 CO2 能力 6 000 万 t/a。除了挪 威的 Sleipner 和 Snøhvit 项目外,目前欧洲正在运 行的 CCUS 项目还有克罗地亚的 CO2 EOR Project Croatia 项目和爱尔兰的 Hellisheidi 项目。
除了传统的 CCUS 技术外,多种新形式的 CCUS 技术正在开发,比较典型的是生物质能碳捕 集与封存(bioenergy with carbon capture and storage, BECCS)和直接空气碳捕集与封存(direct air carbon capture and storage,DACCS)。BECCS 指通过“生 物质利用+CCUS”的技术组合,将生物质燃烧或转 化过程中产生的CO2进行捕集、利用或封存的过程, 可实现从生物质原料产生到利用全过程的负排放。DACCS 指直接从大气中捕集 CO2 并进行封存的技 术。越来越多的国家在长期气候政策中选择 CCUS 技术作为碳减排手段,并通过 BECCS 和 DACCS 来 进行碳移除。在国际能源署的可持续发展情景中, 2050 年后,BECCS 和 DACCS 将发挥更突出的作 用。到 2070 年,欧洲境内电力部门捕集的 CO2 中 将有 2/3 与 BECCS 有关。
截至目前,欧洲境内主要的 BECCS 项目是瑞 典 ExergiKVV8 项目。该项目是欧洲最大的生物质 热电联用电站,每年可从大气中去除 80 万 t 的 CO2, 目前处于试点阶段。欧洲目前运营着世界上最大的 DACCS 项目 Orca,该项目于 2021 年 9 月在冰岛投运,捕集后的 CO2与水混合,注入地下岩层中。另 一 个 有 代 表 性 的 DACCS 项 目 是 苏 格 兰 的 Dreamcatcher 项目,该项目每年预计可捕集 50 万~ 100 万 t 大气中的 CO2,目前处于建造阶段。
欧洲CCUS项目的规划方式在过去一段时间发生了很大变化。
过去主要是独立的全链条规划方案,即 CO2 排 放源、运输管道和封存点均独立建设(点对点模 式),这种模式适合大型封存点与单个大型工业排 放源之间距离合理的情况。CCUS 设施仅涉及 1 个 碳源、1 个碳汇和 1 条管道,这种分散型的封存模 式成本较高,且存在相互依赖的风险。目前,以 CCUS 枢纽和集群为基础的规划方案备受青睐,许 多碳排放设施集中在同一区域,因此,可以从多个 CO2 排放源进行捕集,并利用 CO2 运输共享基础设 施和封存网络来进行 CO2封存。典型的 CCUS 枢纽 和集群的特点包括:1)多个 CO2 工业点源连接 到 CO2 运输和封存网络;2)大规模的地质封存资 源;3)枢纽和集群通过规模化可大幅降低 CO2 封 存单位成本,形成商业合力,降低投资风险。目前 欧洲境内正在运营或开发的 CCUS 集群主要包括荷 兰的鹿特丹港和阿姆斯特丹港、比利时的安特卫普 港以及英国的亨伯和蒂赛德地区。主要的 CCUS 枢 纽和集群项目见表 1 。
表 1 欧洲境内主要的 CCUS 枢纽和集群项目
图 1 挪威北极光项目建设现场
通过共享 CO2 集群的基础设施,将来自不同排 放源的 CO2在枢纽统一进行汇集、压缩和运输,可 以有效降低压缩和管道运输的成本,从而降低单个 CCUS 站点的封存成本。全球碳捕集与封存研究 院(GCCSI)2021 年的年度报告中关于管道成本的 估算显示,小流量的 CO2 会升高 CO2 的管道输送 成本。一旦 CO2 气相流量超过 25 万 t/a,就可以实 现大部分的规模经济。因此,CCUS 工业集群与运 输网络可以为 CO2 地质封存提供经济的、必不可少 的基础设施,且可激活较小规模(约 20 万 t/a 或更小规模)的 CO2 捕集项目。孙亮基于数学规划 和优化高级建模系统(GAMS)的 CCUS 源汇匹配 动态规划模型研究了CO2捕集与封存累计量的管网 建设与成本问题。结果表明,与静态规划相比,动 态规划下的运输管网更加成熟,管网的连通性增 强,运输能力得到提高。该模型可有效确定 CO2 捕 集与封存位置及相应量值、运输管道拓扑结构及管 径。管道单位运输成本跟 CO2运输量及 CO2 管网规 模密切相关,CO2 捕集规模、排放源位置、CO2 封存场地位置等因素对管道运输成本都有显著影 响。根据统计结果,在大规模运输(3 000 万 t/a) 条件下,欧洲管网的运输成本约为 1.40 美元/t;在小容量运输(300 万 t/a)条件下,欧洲管网的运 输成本约为 11.74 美元/t。我国 CO2 管道运输的 成本和欧洲类似。京津冀地区 CO2 捕集量在 0~ 1.8 亿 t/a 变化时,源汇匹配单位总成本约为 181~ 260 元/t(折合成 25.59~36.76 美元/t)。当 CO2捕集 量为 4.6 亿 t/a 时,管道的单位 CO2 运输成本约为 89 元/t(折合成 12.58 美元/t)。当 CO2 捕集封存量 在 2.88 亿~28.86 亿 t/a 变化时,单位 CO2 运输成本 降至 7~12 元/t(折合成 0.99~1.70 美元/t)。综上所 述,CO2 的运输成本与 CO2 的捕集量密切相关, CO2 集群与运输网络的形成可以有效激活较小规 模的 CO2 捕集项目,降低 CO2 封存项目的关停风 险,大幅增大 CO2 的捕集量,从而降低单位 CO2 的运输费用。
欧洲在 CCUS 的发展部署和政策制定方面主要 有以下特点:1)颁布 CCUS 技术发展路线图, 明确不同时期的技术方向和研发重点,加强国家层 面的技术政策指导和宏观协调;2)加大政府公共 投入,引导私有投资,加快开展全流程 CCUS 项目 示范,推动 CCUS 技术商业化;3)建立跨行业、 跨领域的 CCUS 合作平台,加强技术成果转化,加 强知识与经验共享;4)除了在技术方面开展 CCUS “硬技术”研发和示范以外,同时对技术标准、法 律法规、管理制度和规范等进行技术应用的“软环 境”建设。
其中,在“软环境”建设方面,欧洲对 CCUS 制定的政策主要是通过资金激励、碳税税收政策、 法律法规以及技术创新政策推动 CCUS 技术的发 展,以下将进行简要介绍。
2.1 资金激励政策
有学者指出,未来 CCUS 项目的部署将更多地 取决于碳市场的开发以及 CCUS 项目融资的复杂 性,而不是与地下储存 CO2 有关的技术问题。IEA指出,目前 CO2 所需商业激励为 40 美元/t;若加以充分利用,通过现有低成本的 CCUS 项目 可捕集、利用和封存多达 4.5 亿 t CO2,为推广 CCUS 的部署奠定坚实基础。根据《巴黎协定》的预测,为有效减少排放,到 2020 年碳价应定位在 40~80 美元/t,到 2030 年碳价应达到 50~100 美元/t。
欧洲 CCUS 技术的投资环境持续改善。2005 年 1 月,欧盟开始实施温室气体排放许可交易制度 (EU-ETS),旨在以经济高效的方式促进温室气体 减排。其运行模式是采取总量交易的形式确定纳入 排放交易体系的企业免费获得或者通过拍卖有偿 获得欧盟排放配额(EUA),而实际排放低于所得配 额的企业可以在碳交易市场出售,超过则须购买 EUA,否则遭受惩罚。EU-ETS 不仅进行 EUA 的交 易,还与全球的碳减排有着紧密的联系。《京都议定 书》对发达国家规定了具有法律约束力的量化减排 目标,确立了温室气体减排的灵活机制:联合履约 (joint implementation,JI)、清洁发展机制(clean development mechanism,CDM)和排放权交易 (emission trading,ET)来协助发达国家履行减排 义务,同时鼓励发展中国家采取自愿性减排行动的 机制。依照《京都议定书》的设定,CDM 引导发达 国家和发展中国家合作开展减排项目,实现的减排 量经认证后获得核证减排量(CER),可用于冲抵发 达国家合作方的排放;JI 则规范发达国家间减排项 目的合作以及减排成果的认定、转让与使用。与 CDM 和 JI 基于项目的机制不同,以 EU-ETS 为代表 的碳排放配额交易市场以排放配额(EUA)作为交 易标的,由政府部门设定配额总量并向企业分配, 企业根据自身实际排放情况选择减排或在市场上 购入配额,以实现减排任务。因此,EU-ETS 覆盖下 的企业除了通过自主减排或购买配额的方式完成 减排任务之外,还可以使用 CDM 产生的“CER” 或 JI 产生的“减排单位(VER)”以抵减自身排放。将 CDM 和 JI 市场与 EU-ETS 市场连接,为欧洲以 外的地区推进减排提供了现实激励,在全球产生了 显著的碳减排效应。因此,EU-ETS 加速了欧洲 国家之间以及欧洲国家与欧洲以外地区之间的 CCUS 项目合作与交流,构建了知识共享网络,促进了 CCUS 技术的发展。
EU-ETS 是欧盟的主要碳减排工具,而欧洲部 分国家也建立了自身的碳排放权交易体系。比如, 为了补充 EU-ETS 涵盖的行业以外的碳排放,德国 于 2021 年全面启动碳排放权交易系统并实施固定 价格,2021—2025 年 CO2 的固定价格为 25、30、 35、45、55 欧元/t。从 2026 年开始,CO2的价格将 固定在 55~65 欧元/t。德国的国家排放交易与欧盟 排放交易体系存在差异,欧盟的排放交易体系主要 针对工业、发电厂和空中交通出现碳排放的区域;而德国的国家排放交易体系要求燃料供应商以购 买证书的形式获得污染权,企业需要为未来的燃料 燃烧产生的温室气体排放而付费。若一些企业因其 交易领域而被 2 种排放交易体系同时覆盖,有 2 种 机制可防止其承担双倍的责任:1)燃料供应商向 已加入 EU-ETS 的企业出售燃料时可减少应缴纳的 费用,以消除燃料设备产生的 CO2 成本;2)企业可 向德国排放交易管理局申请补偿。此外,英国于 2021 年 5 月正式实施碳交易市场,这标志着英国彻 底离开欧盟碳排放交易市场。与欧盟碳排放交易市 场不同,英国启动了碳交易底价保证机制,设定 CO2 不低于 22 英镑/t 的底价,并承诺将逐步提高碳成 本,到 2030 年将增至 70 英镑/t。期间如果 CO2 价 格上涨过快,政府可以通过成本控制机制进一步释 放碳排放配额,以确保碳市场平稳运行。不过,由 于体量较小、流动性弱以及运营经验不足,英国碳 交易市场易引发价格波动性风险,给企业等市场参 与者带来经济压力,从而降低市场竞争力。
第一个为欧盟CCUS项目提供财政资助的专门 政策机制是 2009 年 8 月推出的欧洲经济复苏计划 (European Economic Recovery Plan,EERP)。EERP 的主要目标是经济复苏、能源安全和温室气 体减排,已为 CCUS 项目拨款 10 多亿美元,旨在 降低 CCUS 技术的运营成本,加快监管和许可 CCUS 项目计划的制定和实施。此外,在调整 EUETS 的过程中,欧洲委员会设立了欧洲最大的 CCS 基金——创新基金(The Innovation Fund)。该基金 为整个欧盟 CCS 项目的规划、建设和运行提供了主 要资金来源。根据碳价差异,创新基金将在 10 年内 为 CCUS 以及可再生能源、能源密集型产业和储能 等领域的突破性技术提供超过 250 亿欧元的资金支 持。英国计划在 2030 年底前将温室气体排放量减 少 68%。为了实现这一目标,英国政府宣布了一项 10 亿英镑的 CCUS 基础设施基金,旨在 2030 年前 建立 4 个 CCUS 工业集群,CO2 捕集能力达 1 000 万 t/a。其他的激励方式还包括直接资本赠款、 税收抵免、碳定价机制、运营补贴(例如电价补贴)、 从配备 CCUS 的工厂公共采购低碳产品、风险缓解 措施(贷款担保、风险分担机制、CO2 责任所有权) 以及为 CCUS 技术研发提供资金等。
欧盟委员会预计 2022 年欧元区平均通胀率将 高达 7.6%,通胀集中表现为能源推动型物价上涨, 这主要是由于传统能源的供给不足以及新型能源 对传统能源的替代不充分所致。因此,欧盟将加 速绿色能源的转型,并计划到 2030 年将欧盟的可 再生能源在最终能源消耗总量中的份额提高到 45%。与美国 45Q 条款最终法规所规定的税收抵 免不同,欧洲主要通过碳交易系统对 CO2的碳价进 行调节,较高的碳价让一些工业排放主体考虑将 CCUS 应用作为减碳计划的选项。
此外,开展 CCUS 技术实际减排量的量化、核 算与验证,建立 CCUS 全流程碳核查方法体系,是 检验减排效果、开展碳市场交易、兑现政府激励及 惩戒违规排放的基础。在 CCU 的减排核算方法 方面,Lee 等人通过开发新的 CO2减排计算方法 预测了安装在运行的 500 MW 燃煤电厂的 2 MW CCU 装置(CO2的 CCU 能力为 40 t/d)的 CO2 减排 效果,结果表明,在监测期间的 22 h 内 CO2 减少了 16.54 t。假设该设备每天运行 24 h,连续运行 300 天, 每年可减少 CO2排放 5 413 t。
2.2 税收政策
碳税作为解决 CO2 大量排放的有效手段,在欧 洲许多国家取得了卓有成效的减排成果。芬兰、瑞 典、挪威、丹麦和荷兰是世界上最早推出碳税的国 家,而且将碳税作为单独的税种进行征收。意大利、 德国和英国则是将碳排放因素引入已有的税种,形 成潜在的碳税。比较典型的利用碳税解决 CO2 排 放的国家是挪威。挪威自 1990 年落实碳税政策,于 1991 年开始征收碳排放税,是世界上最早征收碳税 的国家之一。1991 年,挪威对离岸采油作业征收 CO2 税。在该税收政策刺激下,挪威国家石油公司 在 Sleipner 油田的深部地层中封存 CO2,成功打造 世界首个利用深部咸水层作为CO2地质封存场地的 CCS 商业案例。根据挪威《石油活动 CO2 税法》, 对燃烧的天然气、石油和柴油排放的 CO2征收碳排 放税。2022 年,税率为每立方米(标准状态)天然气或每升石油或凝析油 0.16 欧元。对于天然气的燃 烧,相当于每吨 CO2 68.48 欧元。此外,英国的 气候变化税政策规定,实施 CCS 项目的企业可获得 80%的税收抵免。
2021 年 7 月,欧盟提出了“Fit to 55”(承诺 在 2030 年底温室气体排放量较 1990 年至少减少 55%)的立法提案,概述了 CCUS 相关的一揽子 计划,核心是对 EU-ETS 的修改。该措施将会增加 相关碳减排的补贴,以实现欧盟 2030 年的碳减排 目标;此外,提案将添加一个新的碳边界调整机制, 将碳税施加到进口的目标产品,如钢铁和水泥等, 以避免“碳逃逸”。
2.3 法律法规政策
法律法规政策对 CCUS 技术的推广至关重要, 没有强有力的、持续的政府政策和法律法规支持, CCUS 很难得到充足的投资。对 CO2 运输影响较大 的法规是 1996 年颁布的《伦敦议定书》,这是一 项管理在海洋环境中倾倒废物的国际海洋协议修 正案。该议定书最初禁止缔约方跨境运输用于地质 封存的 CO2。但是,缔约方于 2009 年通过了一份修 订案以解决这一问题,允许对封存在海床以下岩层 的 CO2暂时实施《伦敦议定书》修订案。若缔 约方接受修订案,则可对用于 CCUS 的 CO2进行跨 境运输,以有效缓解 CO2排放。如果一个国家封存 潜力有限,那么邻近国家可以代为封存该国的 CO2。该修订案的制定为CO2跨境运输网络的形成奠定了 基础。
欧洲是 CCUS 制度化和规范化的积极倡导者。欧盟于 2009 年制定了世界上第一部关于 CCS 的详 细立法《CCS 指令(Directive/2009/31)》(以下简称 “《CCS 指令》”),该指令为 CCUS 链条中的 CO2 地 质储存部分提供了一个立法框架,通过适当的项目 设计来指导欧盟成员国的 CCS 项目,以确保 CO2 永久和安全封存,从而为 CO2 地质封存建立一个监 管制度。《CCS 指令》是在全球范围内建立 CCUS 技术法律和监管制度的重要第一步,解决了 管理复杂 CCUS 链条的主要困难,特别是与 CO2地 质封存相关的地质风险和长期责任的问题。《CCS 指令》对 CCS 项目的可用存储容量和技术经济可行 性进行评估,促进了研究项目、示范项目和针对 CCS 部署的跨界合作项目的发展。2014 年 5 月, 欧盟委员会启动了《CCS 指令》的审查程序,对其 有效性、相关性和效率进行了评估,由于缺少实际 的经验以及《CCS 指令》的可操作性,提出了不对 其进行重大修订的建议。虽然《CCS 指令》为 CCS 项目建立了一个框架,但并没有解决 CO2跨界运输 问题。CO2的跨界运输引发了跨国或跨区域 CCS 项 目所没有面临过的国际法律问题,这将要求欧盟会 员国就 CO2运输达成一个法定框架,解决国际、国 家和地方各级的法律问题。因此,关于跨欧洲能源 基础设施指导方针的法规《跨欧洲能源基础设施条 例》(简称“TEN-E 条例”)应运而生。该条例提供 了促进战略能源基础设施互联互通和发展的机制, 为欧洲的基础设施现代化设定了框架。考虑到 CO2 捕集和封存的跨境部署,CCS 作为 TEN-E 条例优 先发展的主题领域,需要在成员国之间以及与邻国 第三国之间发展 CO2运输基础设施,从而形成交通 运输网络。英国政府于 2008 年通过《气候变化 法案》并公布了具体的气候治理路线图,提出设立 公民个人信用碳排放账户,为约束碳排放提供了强 有力的法律保障。该法案于 2019 年完成修订,补充 完善了实现净零碳排放目标的相关政策,使英国成 为国际上第一个以立法形式设立碳排放治理中长 期目标的国家。
此外,2021 年,欧洲国家实施的可再生能源指 令鼓励 CCU 生产燃料,并将 CCU 生成的合成燃料 纳入可再生能源的目标。欧盟委员会还提出了“空 中加油倡议(ReFuel EU Aviation Initiative)”,要求 燃料供应商将越来越多的可持续航空燃料混合到 欧盟机场携带的航空燃料中,包括合成低碳燃料, 即电子燃料(e-fuel,可由 CCU 合成),这将极大促 进 CCU 的发展。新出台的《欧洲绿色新政》和《气 候法》把气候中立(人类活动对气候系统没有净影 响的状态,须考虑区域或局部的地球物理效应) 的政治承诺转变为法律义务,因此也催生了相关支 持 CCUS 的政策。
2.4 技术创新政策
CCUS 技术不是一成不变的,随着世界各国在 减排和去除 CO2的目标越来越高,降低 CCUS 价值 链各个环节的成本成为了人们关注的焦点,这也推 动了全球范围内对更先进、成本更低的 CCUS 技术 的研究和开发。技术发展是推动未来 CCUS 成本降 低的关键因素,技术的突破可以使 CCUS 技术在现 有技术的基础上实现跨越式改进,典型的例子包括 DACCS 和 BECCS。此外,通过材料创新、工艺创 新和设备创新,如开发先进的化学溶剂、高 CO2渗透膜和吸附剂技术等,可有效提高 CO2 捕集性能。
欧洲地平线计划(Horizon Europe)是欧盟 推出的提升欧洲研究和创新水平的资助项目,旨在 解决气候变化问题,实现可持续发展目标。该计划 在 2021 年和 2022 年分别提供 3 200 万欧元和 5 800 万欧元资金资助 CCUS 技术研发,将支持与 CCUS 相关的研究、试点和小规模示范项目,重点 在于展示成熟的CO2捕集技术在工业设施中的集成 链,包括后续的运输、利用和地下封存,重点的资 助方向包括技术(优化捕集装置与工业过程的集 成、灵活性与可伸缩,提高 CO2纯度)、安全性(运 输和封存期间)、财务(CO2 捕集和整合的成本)和 战略性质(商业模式、产业集群和运输网络的构 建)。该计划将促进各领域合作,加强创新在制定、 支持和实施欧盟政策方面的影响,并鼓励入选的项 目加入欧盟 CCUS 知识分享网络。
通过分析欧洲发展 CCUS 技术的相关政策,发 现《CCS 指令》采取了一种相对平衡的方式,允许 在商定的期限之后转移责任。然而,欧盟《CCS 指 令》中关于责任的特殊情况可能使项目开发者面临 高度的不确定性,导致 CCUS 项目开发存在重大障 碍。《CCS 指令》对 CCS 发展提出了明确的实质性 和程序性要求,CCS 项目生命周期内,项目运营商 应对所有环境责任负责且责任转移存在严格的标 准,这给封存站点运营商带来了巨大的负债和成 本。监管机构的风险管理权力与运营商承担的责任 之间存在明显的不匹配,这可能极大地抑制潜在项 目开发商的积极性。欧盟排放交易制度通过市场稳 定储备强化碳定价信号。为避免通过实施补充性监 管措施削弱碳定价信号,欧盟排放交易制度下的限 额和配额分配应充分考虑 CCUS 所带来的减排效 果。此外,支持 CCUS 项目发展的公共资金作用有 限,创新基金下的项目获得可用资金少。由于碳价 格的不确定性,现有政策工具(特别是欧盟排放交 易体系)对私人投资的吸引力不高,因此需要补充 相关金融政策工具来诱导低碳投资。
3.1 欧洲发展 CCUS 技术的机遇
2018 年 11 月,欧洲委员会发布了 2050 年实现 碳中和的愿景,指出欧洲的碳中和需要依靠 CCUS 实现工业脱碳,通过 BECCS 和 DACCS 实现负排 放。2050 年实现碳中和愿景的提出,使 CCUS 技术 在欧洲的发展迎来了重要机遇。
欧盟对CCS和CCUS项目的资金支持力度较大, 主要通过地平线项目和创新基金进行资金扶持。前者的扶持重心是研究和创新领域,预计 2023— 2024 年的工作计划将着重扶持 CO2 运输和封存基 础设施项目。后者则主要扶持能为市场带来突破性 技术的项目,比如能源密集型行业的 CCUS 项目。2020 年 7 月,欧盟投入 100 亿欧元的创新基金开始 接收项目申请。这是全球规模最大的低碳技术推广 项目。该基金已成为整个欧盟 CCUS 项目规划、建 设和运行的主要资金来源。
欧洲金融政策将吸引公共和私人资本更多转 向 CCUS 的投资。EU-ETS 已经通过修订案,将 CO2 捕集、管线运输和 CO2 地质封存涵盖在其活动范围 内。EU-ETS 通常被视为引导私营部门投资 CCUS 技术的关键驱动力,该体系于 2018 年加强了市场 稳定储备这一减少排放配额盈余的机制,从而加快 了碳减排的步伐。此外,欧洲还设立了支持 CCUS 的公共资助项目,关键举措包括欧洲能源回收计划 (European Energy Program for Recovery,EEPR)和 新准入者储备(New Entrant Reserve,NER),这 进一步加速了欧洲 CCUS 技术的发展。
目前,欧洲 CCUS 基础设施的发展有足够的潜 力推动 CCUS 技术大规模应用。大型排放源集群是 创造规模经济的绝佳选择,通过建立共享的 CO2 运 输基础设施,让第三方接入,让多个用户有效使用 CCUS 基础设施,可有效盘活大量的小型碳排放源 捕集项目。此外,欧洲拥有巨大的 CO2 地质封存储 量和海底碳封存专业技术,挪威和英国等国家愿意 与欧盟分享海上 CO2封存设施,从而有效推动临海 欧盟各国开展 CCUS 项目。CO2 工业集群和跨境运 输网络让缺乏良好 CO2 封存资源的国家也能开展 CCUS 项目。例如,法国敦刻尔克、比利时根特和 瑞典哥德堡等工业地区正计划通过挪威的北极光 项目汇集工业 CO2 进行液化并运往北海封存。
3.2 欧洲发展CCUS 技术的挑战
欧洲 CCUS 项目的实施一直充满挑战,许多项 目因经济和财务限制、公众接受度低和缺乏激励措 施而放缓或取消。CCUS 技术发展的主要障碍是部 署成本高,其显著增加了燃煤和燃气发电以及工业 生产过程的设备、运行和维护成本。因此,CCUS 技 术在规模化应用中面临高昂成本的限制,如何降低 成本并推广 CCUS 技术,是目前欧盟面临的重要挑战。此外,欧洲承诺投入 CCUS 的公共资金是否 最终落地、碳定价是否会保持稳定并逐步升高等也 将成为不确定的因素。在引导私人资金方面,相关 的金融政策稳定、透明、明确,并与 CCUS 投资的 目标相关联,让投资者能够在商业条件下量化 CCUS 投资政策创造的机会与风险也是欧洲发展 CCUS 技术面临的挑战。从欧盟 2021 年提交的 共同利益项目(连接欧盟国家能源系统的跨境基础 设施项目)清单来看,欧洲当下具备进入市场条 件的 CCUS 项目数量持续增加,未来 10 年这些项 目有望启动运营。目前迫切需要协调各国的融资机 制以及出台支持 CCUS 技术的政策和金融措施,以 确保这些项目 2030 年前开始运作。
除了上述挑战外,低碳政策机制的发展乏善可 陈,缺乏法律和监管制度激励 CCUS 投资,也是欧 洲 CCUS 面临的挑战。各国不断强调提升政策支持 的必要性,但是重点更应放在制定促进性法律和监 管框架上。目前,应对气候变化的现有政策总体上 仍显不足,在 CCUS 方面的法律和监管普遍乏力, 很少有国家或地区制定专门针对 CCUS 的法律或适 用于整个 CCUS 项目生命周期的法律。CCUS 运营 所适用法规和监管制度的确定性和实用性非常重 要,即使是在已经制定专门的 CCUS 框架的区域, 如果法律体系互不关联的问题没有得以解决,也将 严重阻碍 CCUS 的部署。此外,《CCS 指令》对于 在 CCUS 项目中发生地质风险事件(地表变形、微 震、CO2 泄漏等)的情况下,运营商和国家主管当 局之间的责任分配存在监管上的不确定性,也会阻 碍 CCUS 项目的进一步推广。通过分析《CCS 指令》 发现,CCUS 发展面临的主要障碍是关于泄漏风险 的责任规定、补救问题的不确定性以及从封存场地 运营方到政府主管部门的责任转移。封存场地运营 方长期负担风险责任的现状造成了风险分担的不 平衡,即项目方在估计潜在泄漏造成财务损失方面 存在高度不确定性。因此,不明确的责任规定成为 CCUS 投资和部署的一个重大障碍。法律责任制 度应明确CCUS运营商和政府主管部门之间的责任 分工,并应明确规定责任的性质、范围和期限,以 在法律确定性、安全性和投资收益之间取得平衡。
此外,当前紧张的政治局势加剧了欧洲发展 CCUS 技术的不确定性,俄乌冲突使欧洲国家能源 供应出现重大问题。俄罗斯大幅削减对欧盟国家的 能源出口,给欧盟带来了重大影响。在能源供应不 足的压力下,德国、法国等欧洲国家纷纷宣布重 启燃煤发电或推迟退煤进程,这将加剧大气中 CO2 的排放,对欧洲的碳中和目标造成严峻挑战。因此, 欧盟委员会通过制定 REPowerEU 计划来应对俄 乌冲突引发的能源危机,其目标是结束欧盟对俄 罗斯能源的依赖,加快向绿色能源转型,同时应对 气候变化。
CCUS 技术作为实现“双碳”目标的重要技术 手段,目前备受我国重视。2016 年,原环保部发布 《二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指 南(试行)》,规范和指导 CCUS 项目的环境风险评 估工作;中国“十四五”规划首次提出将建设大规 模 CCUS 示范项目;2021 年 5 月,生态环境部会同 多个部委,宣布支持自由贸易区 CCUS 试点和示范 项目。然而,我国发展 CCUS 技术仍面临诸多挑战, 主要包括相关的法律法规和激励政策不完善,以及 CCUS 工业集群与运输网络建设的滞后性。
CCUS 技术具有鲜明的区域特征,由于发展起 点、资源分布、经济社会发展水平不同,CCUS 的 发展路径和方式有所不同。对于我国而言,要实现 CCUS 技术快速发展,既要借鉴欧洲国家的技术和 政策经验,同时要平衡我国发展过程中的政治、经 济、社会、环境之间的关系。CCUS 项目周期内, 一个完整的政策框架应该是可持续的,需要根据发 展的阶段、具体行业和地区,采取因地制宜的政策 措施。例如,虽然碳排放税在挪威是一种完善的政 策机制,对成熟的 CCUS 技术有很大的激励作用, 但对正处于发展阶段的我国而言,其效果值得商 榷。结合我国的实际情况,欧洲发展 CCUS 技术的 相关经验对我国的启示主要有:
1)加快相关立法,完善 CCUS 技术的法律法 规政策体系 政府是 CCUS 项目的主要监管主体。我国想要实现快速部署 CCUS 项目,就必须消除技 术壁垒,制定支持性的法律和监管模式。目前, 我国还未出台专门针对 CCUS 技术的法律法规,对 CCUS 技术的运输、封存以及泄漏风险对环境的影 响一般参照现有的相关法律。比较典型的有:CO2 的运输参照《危险化学品安全管理法规》进行监管, CO2 封存参照《放射性污染防治法》进行监管与审 批,CO2 封存对环境的影响按照《环境影响评价法》 进行监管。在 CCUS 技术的发展过程中,国家应该出台针对性的法律法规,为规范和促进 CCUS 技术 的发展提供必要的支撑,同时进行有效的监管。CCUS 涉及捕集、运输、利用和封存阶段等多个环 节,目前在基础方法、技术推广、项目建设与管理、 监测、风险管理等多个环节尚无相关标准可以遵 循,严重影响了 CCUS 技术的推广应用。
作为《伦敦议定书》的签署国之一,我国向海 底注入 CO2的行为将受到相关国际法规的约束,这 意味着未来的国内法规需要考虑《伦敦议定书》的 约束,以避免与国际法发生冲突,任何可能的跨界 CCUS 双边协议也应参照《伦敦议定书》的规定和 要求。目前,我国海底 CO2 封存等问题牵涉较多 主管部门,应考虑到国内各方的协调难度,相关政 策的制定需要整合所有与之相关的部门以及市场、 社会、公众等主体,顶层设计的落地必须依靠自上 而下配套政策体系和监管机制的支持。因此,各部 门之间的协调以及公众参与也是促进 CCUS 项目顺 利实施的关键。此外,我国在 CCUS 示范项目的选 址、建设与运营,封存场地的关闭,关闭后的环境 风险评估、预警和监测等方面均缺乏完整的法律法 规约束,对 CCUS 各个过程的环境影响缺少必要的 监管。
与欧洲相似,我国 CCUS 发展的瓶颈不仅在于 技术研发的滞后,更在于政策支持保障力度不足、 市场公平竞争环境缺失和监督监管机制有限。我国 发展 CCUS 的政策法规需求包括以下内容:形成 CCUS 相关的国家标准体系、碳排放权交易制度、 完善相关碳减排投资和金融政策、规范大型 CCUS 项目商业模式等。我国 CCUS 的发展仍处于研究和 项目示范的早期阶段,主要依靠气候政策和碳中和 目标的推动,尚未纳入国家法律框架。我国还未建 立 CCUS 的具体监管框架,在项目审批和责任条款 方面需要监管透明度,设计合理的成本、效益、责 任分担机制,将 CCUS 全产业链涉及的社会责任、 经济效益、社会效益在相关企业之间进行合理的分 担和分配,以支持 CCUS 的发展。此外,我国需 要在示范项目开发与标准化工作方面加大投入,系 统部署并加快推进 CCUS 标准化工作,尽快与国际 标准制定工作接轨。
在责任规定方面,从欧盟 CCS 指令中吸取的教 训表明,考虑到 CCUS 在我国各地区的发展仍处于 初级阶段,我国应采用相对温和的责任制度,包括 适度的损害补救和合理的责任转移。借鉴欧洲颁布 的关于 CCUS 的法律法规,我国需制定 CCUS 相关 法律,明确行业指导、技术支持、价格控制、成本 分摊、融资方案、监管措施和法律责任,对所有参 与者(排放源工厂、交通运输部门、政府机构、第 三方等)具有较强的可操作性。法规应鼓励第三方 访问 CCUS 基础设施,优先考虑开放技术或开放获 取 CCUS 项目,以实现知识共享收益的最大化。各 省、市、自治区应按照国家要求,根据本地区的实 际情况制定地方性法规,完善地方监督管理制度, 确保中央政策框架在地方生效。
2)完善财政与金融体系,构建良好的 CCUS 融 资环境 主要的财政与金融体系包括:碳排放交易 体系与碳价的机制、税收以及资金激励政策。我 国应该建立多元化的融资体系,包括相关激励和税 收政策,如可以考虑对采用 CCUS-EOR 技术进行采 油的企业根据采出油量进行资源税的部分减免;对 于相关燃煤和燃气电厂,可以考虑对捕集 CO2并封 存的电厂进行税收减免,以刺激 CCUS 技术的大规 模推广。CCUS 技术对工业行业深度脱碳具有重要 意义,但关键技术的创新与发展仍然面临着成本高 昂、投资不足等问题。近年来,欧洲相继出台扶持 CCUS 技术发展的政策,加大 CCUS 变革性新技术 的研发力度。从国内来看,与新能源等相关碳减排 产业相比,CCUS 政策扶持力度亟需加强。我国 在碳排放交易市场成熟度和碳税价格等方面和欧 洲存在一定的差距:2021 年,我国全国碳市场的配 额价格在 40~60 元/t 波动,而欧盟碳市场在 2021 年 底的配额收盘价已涨至 73.28 欧元/t。在缺乏激励机 制的条件下,我国广大企业(尤其是私营企业)对 碳减排的积极性总体有限。德国 TÜV Rheinland 于 2022 年 2 月发布的《探讨中国企业碳中和路径调研 报告》显示,尽管有 73%的受访企业表示 2060 年碳中和目标的提出对其企业的业务产生了影响, 但仅有 12%的受访企业已经制定了具体的减排脱 碳目标和时间表,仍有 30%的受访企业不了解或没 有任何相关计划。我国应通过建立财政激励机制, 吸引社会资本,缓解投资 CCUS 的不确定性,将 CCUS 与碳市场挂钩,推动 CCUS 融资趋向多样化 和灵活化。
在资金激励方面,直接的经济支持如各级政府 的 CCUS 专项资金是 CCUS 部署最有效的驱动因 素。可对捕集电厂产生的电力提供更有针对性的补 贴,以抵消高昂的捕集成本。推广信贷、债券、基金等多种绿色金融产品,为基础设施建设提供充足 的金融保障。同时,建议间接支持 CCUS 项目,例 如在基准电价下分配发电配额较高的 CCUS 电厂, 或在排放交易系统中分配更高的碳配额,以鼓励早 期 CCUS 示范项目。借鉴欧洲先进的碳排放交易 体系,我国应完善碳交易市场制度,对碳排放指标 科学统一定价,稳定碳市场交易秩序,引导各金融 机构充分发挥和利用碳交易的融资作用发展 CCUS 技术,逐步将碳交易市场推向国际社会,与国际碳 交易市场接轨。
此外,可以考虑充分利用国家核证自愿减排量 (CCER)机制。CCER 指排放企业需要按照减去自 愿减排量的排放量来进行生产经营活动,如果排放 超额,就要受到处罚;如果不愿受到处罚,则可以 向拥有多余配额的企业购买排放权。在这一机制 下,可以促进企业通过技术升级来减少碳排放量, 从而达到节能减排的效果,同时也可提高生产经营 效率。国内 CCER 项目开发的 16 个专业领域包括 了碳捕集与封存,国内碳排放权交易允许 CCER 作 为抵消限制进入,且使用比例为 5%~10%,作为抵 消机制的CCER进入碳排放权交易市场将会扩大市 场参与并降低碳减排成本。
3)加快 CCUS 工业集群以及 CO2 运输网络的 构建,降低 CO2 运输费用,激励小规模的 CO2 捕集 项目 我国应在碳运输和储存基础设施项目的早 期规划与协调方面发挥主导作用,在源汇匹配条件 较好的区域建立以碳运输和存储基础设施共享为 特色的 CCUS 产业集群,通过对管网和封存基础设 施的共享使用,降低 CO2运输成本,形成规模效应, 提高 CCUS 技术的经济适用性。根据我国的 CO2 源汇匹配分析结果,建议在鄂尔多斯盆地、准噶尔- 吐哈盆地、四川盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、珠 江口盆地等具有较好 CCUS 工业集群建设条件的区 域,积极探索建设以 CCUS 技术为基础的“分散式 CO2 捕集-共享式 CO2 封存净零示范区”,形成泛盆 地的 CO2 运输网络,推动 CCUS 产业化、规模化发 展。借鉴欧洲的 CO2运输网络经验,我国可以 在上述具有较好工业集群建设条件的区域开发 CCUS 项目,从而形成一个泛盆地的 CO2运输网络, 实现 CO2 的跨区域运输与封存。此外,可以借鉴欧 洲的经验,制定一个关于CO2运输网络的法律法规, 明确跨省市的 CO2 管道运输条例,促进 CCUS 基础 设施互联互通机制,建立 CCUS 运输网络框架。CCUS 项目不能作为单一的工程项目来看待,项目 涉及 CO2 捕集、管网运输以及最终的利用和地下封 存。因此,需要政府和社会共同推进,加强相关基 础设施建设。
4)在技术创新方面,大力投资 CCUS 技术研 发与创新,以降低 CCUS 成本 成本的降低是实现 CCUS 大规模商业化发展的关键因素,欧洲部分国 家设有专门的CCUS研发计划并进行了持续的研发 投入以降低成本。我国可围绕 CCUS 各个环节开展 核心技术攻关,如研发低成本和低能耗的先进碳捕 集和 CO2 高价值转化利用技术、开发降低 CO2泄漏 风险的封存技术,并在加大政府投资支持力度的同 时撬动企业的研发投入。借鉴欧洲在技术创新方 面的经验,我国应设立专门的 CCUS 研发资金,为 CCUS 的全流程技术创新投入可持续的研发成本, 降低 CCUS 的运营成本,加快 CCUS 项目的大规模 部署。
总之,与欧洲CCUS 相关国家的政策体系相比, 我国的 CCUS 技术发展存在以下挑战:缺乏可执行 的法律框架、项目运作资料不足、疲软的市场刺激 措施和财政补贴不足。为此,需要对 CCUS 技 术立法,完善 CCUS 政策体系,简化相关政策制度, 提高政策的实用性,激发市场活力,并提供足够的 资金支持。此外,应加强国际合作,深化与欧洲主 要国家和地区开展合作机制,充分借鉴国外先进大 规模全流程 CCUS 项目示范经验,如加强产学研深 度融合,以及建立CCUS 枢纽中心和合作共享机制, 打造大规模 CCUS 产业集群等,从而加快我国 CCUS 发展进度。
近年来,CCUS 技术的发展为世界各国碳中和 目标的实现提供了强有力的工具。欧洲 CCUS 技术 的发展水平处于前沿,本文首先介绍了欧洲 CCUS 的发展现状,并从资金激励、税收政策、法律法规 政策和技术创新政策 4 个角度对欧洲 CCUS 技术的 软激励手段进行了探讨,最后总结了欧洲发展 CCUS 技术的机遇与挑战,并分析了我国发展 CCUS 技术可从欧洲得到的启示。相较于欧洲发达 国家,我国 CCUS 技术的成熟度和配套政策还存在 一定的进步空间,因此,强化国际合作,借鉴欧洲 成熟的技术经验,有利于加速我国 CCUS 技术的发 展。在 CCUS 技术等前沿技术领域,我国和欧洲相关国家可建立专门工作组,定期开展合作交流、分 享 CCUS 技术的实践经验,重点攻关关键核心技术 项目,推动 CCUS 技术在我国的高质量快速发展。
甘满光, 张力为, 李小春, 等. 欧洲 CCUS 技术发展现状及对我国的启示[J]. 热力发电, 2023, 52(4): 1-13.
GAN Manguang, ZHANG Liwei, LI Xiaochun, et al. Development status of CCUS technology in Europe and the enlightenment to China[J]. Thermal Power Generation, 2023, 52(4): 1-13.
文章来源:热力发电