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CCUS美国最新进展及典型项目环境风险评估

杨晓亮 WRI

时间:2018-09-30 16:28     作者:admin      点击:

WRI杨晓亮博士讲解了“CCUS美国最新进展及典型项目环境风险评估”。

首先说一下WRI是什么样的机构,WRI是1982年在美国成立的环境和能源的研究机构,到现在全球有700多人,研究方向是水、粮食、森林、能源、城市、气侯,WRI2008年来到中国,到现在有29个人,这是WRI的网站,大家有兴趣可以看一下。

 

WRI在美国是最早做CCUS相关工作的研究机构之一,2013出版了年美国第一个CCUS项目指南,后来在中国和清华大学一起做了中国第一个实施二氧化碳捕集与封存项目的参考意见,我们一方面是知识的生产工同时也是搬运工,做了很多中美知识共享的工作。

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报告分三个部分:美国CCS进展,环境风险识别,以及案例的呈现。

说到CCUS的进展就必须要说说美国在这方面的相关工作,因为美国政府在这方面不仅花钱最多,而且支持的大型全流程示范项目也是最多的,封存的二氧化碳也是最多的。从1997年以来,美国能源部化石能源办公室就开始研发,到现在一共批了43亿美元做能源研发,另外奥巴马还额外在美国经济振兴法案下批了34亿美元。到现在为止封存了1600万吨,目前是一个国家封存CCUS最大的量。

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在研发示范中,美国政府的资金分配大概为捕集占了73%,压缩11%,运输3%,封存8%,监测占了5%,CCS全链条成本占了90%左右,运输和封存占10%左右。

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2017财年,5000万用做革命性CO2捕集项目研发,600万做捕集的可行性研究,1000万给了利用项目。2018年3500万做捕集,3000万做国家碳捕集中心的发展。

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美国今年出了新的支持CCS发展的工业政策,通过税收的补贴,来支持CCS项目发展的积极性。补贴是给予二氧化碳捕集方的,如果捕集的CO2用于驱油,会给予35美元每公吨CO2的补贴。用于地质封存每公吨给50美元补贴。一旦项目开始正式运营, 政府会给12年的补贴 。项目需要在2024年1月1日前开始建设。几个要求对项目的具体要求,比如从电力捕集,每年要捕获50万吨以上,工业要10万吨,空气捕集最低要求是至少10万吨一年。

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美国的Air Products CCS项目是2013年开始运行的捕集项目,每年捕集差不多100万吨,捕集的二氧化碳运到德克萨斯的东部油田驱油。美国每个大的项目背后都有来自政府的支持资源,美国也同样用工业支持政策来支持相关技术的发展。比如这个项目,美国政府就给了2.84亿美元支持。工业捕集一般成本很低 。

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Petra Nova CCS项目是燃烧后二氧化碳电厂捕集技术,捕集后也是用来驱油。该项目2017年初开始运营,每年计划捕集140万吨CO2,也是用作驱油。

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第三个是乙醇CCS项目,每年捕集100万吨二氧化碳,项目政府投了很多钱,项目周期为三年,每年捕集100万吨,目标是300万吨。前面两个项目用来驱油,这个是用来封存咸水层。

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美国今年一个革命性的CCS项目,Net  Power project,直接用超临界二氧化碳发电,在整个过程中,已经形成了很高浓度的二氧化碳,就没有了捕集的成本,二氧化碳可以直接到这个地方用来驱油,现在全世界对这个项目非常重视。上个月已经点火成功。

 

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国际上对CCS监管的环境法律框架大概有,一是京都议定书,二是马拉喀什协定,三是伦敦议定书,四是东北大西洋环境保护公约。

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美国还没有专门的CCS法律法规,欧美有二氧化碳地质封存指令,英国有能源法,澳大利亚有一系列的法律法规,美国主要是清洁空气法、清洁水法、清洁基金法、安全饮用水法等,加拿大也有环境保护法和碳捕集与封存法律修正案。

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首先把整个CCUS工程分为三个阶段,操作前、运行阶段还有关闭后。

第一张是说水的。里面的东西还是非常多的,WRI花了大量的时间总结国外文献,大家可以看一下。我就不一一讲了。

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CCUS对地下水水质、海水水文和海底形态和海水质量的影响。

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CCUS对土壤、地质的影响。

CCUS对当地的空气质量的影响。

CCUS对区域、全球空气质量,以及农业和渔业的环境影响。

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CCUS对健康和安全的影响。

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 CCUS对健康和安全的影响。

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接下来和大家分享一个典型案例。美国最大的工业领域捕集的CCS项目-ADM的乙醇捕集项目。该项目每天捕集3000吨,每年注入和封存量差不多为100万公吨。主要参与单位是业主ADM,是全球最大的农业生产,加工及制造公司 、然后美国国家能源实验室,还有斯伦贝谢油田服务公司,最后还有一个当地的大学,和伊利诺伊州地质调查局 。正是由于各个企业的通力合作,各司其职才有了最后项目的成功运行。

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该项目二氧化碳纯度非常高,达到99.9%,捕集成本20美元/吨,通过四级压缩与脱水,然后超临界二氧化碳管道运输1.6公里,然后注入2100米深度,460米厚的砂岩,其孔隙度小于20%。大家可以看到该项目相对于电力行业捕集成本低,运输距离也很近。

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这是现场监测分布的状态,CCS为他们注入的井口,图中两个注入井,两个VW监测井。

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监测方案主要有两部分,最重要的是对深部的监测,还有一个近表的监测。近表主要为土壤和渗流带,深部主要监测地下水,盖层和注入层。

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环境监测近地表监测包括用红外航空图象拍摄评估植物的压力,土壤中CO2流量的监测 。

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这是深部地下监测包括深度压力/温度监控,分布式温度传感,分布式震动传感,多级流体采样等手段

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地震监测有14个地面监测站,项目操作5个,美国政府还帮助建了9个地面监测站。

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最后他们做了一个大数据的整合,将所有的监测数据汇集到终端服务器。

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企业把二氧化碳注入之后,在美国需要负责多少年呢? 现在美国EPA的第六类井管理条例很严,规定如果是做二氧化碳咸水层封存,那监管的年限是50年,比如2016年封井,到2066年还要对这个负责,其中准许企业申诉。ADM公司正在申请封井后只监测10年。

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接下来是一些具体的监测技术,我就不一一讲了。适用于CCS项目的测量技术和参数:引入的与天然的示踪剂,水的监测,地下压力。

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适用于CCS项目的测量技术和参数:测井技术,3D地震成像,垂直地震剖面与井间地震。

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适用于CCS项目的测量技术和参数:监测被动源地震,电气和电磁技术,延时重力测量。

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适用于CCS项目的测量技术和参数:地表变形,卫星或飞机的可视化和红外成像等。

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