CCS在澳大利亚过去20年的研究发展与部署

工程3（2017）477研究清洁能源综述CCS在清洁能源未来的研究开发和部署：澳大利亚过去20年Peter J. 库克CO2CRC Ltd.Peter Cook Centre for Carbon Capture and Storage Research，The University of Melbourne，VIC 3010，AustraliaARt i clEINf oA b s tRAC t文章历史记录：2017年5月15日收到2017年6月24日修订2017年7月9日接受2017年8月16日在线发布保留字：二氧化碳碳捕获和储存Otway澳大利亚人们普遍认识到碳捕获和储存（CCS）作为一种碳减排技术的重要然而，部署速度与全球气温保持在2 °C以下所需的速度不虽然有些人认为实现CCS的广泛应用的障碍几乎是不可逾越的，一个更乐观的看法是，通过研究，演示和部署，现在已经知道了很多关于CCS我们知道如何做到这一点;我们有信心可以安全有效地做到这一点;我们知道这一点的成本;我们知道成本正在下降，并将继续下降。我们也知道，只要国家、公司和社区继续使用化石燃料作为能源和工业过程，世界就需要CCS。缺乏的是必要的政策驱动因素，以及一种技术中立的方法，以具有成本效益的方式及时减少碳排放，同时保留随时获得可靠和安全的电力和能源密集型工业产品的好处。本文件以澳大利亚为例，介绍了过去20年来在CCS方面开展的工作，特别是在研究和示范方面，但也介绍了国际合作方面。澳大利亚在大规模部署CCS方面的进展过于缓慢。然而，作为高更液化天然气（LNG）项目的一部分，世界上最大的储存项目将很快在澳大利亚投入运营，目前正在调查几个温室气体技术合作研究中心（CO2CRC）奥特韦项目，这是目前澳大利亚唯一的业务存储项目的组织和进展，讨论了一些细节，这一点是，有空间的建设，这奥特韦活动，以更广泛地调查（通过拟议的奥特韦第3阶段和深地球能源和环境计划（AusDEEP））的作用，在碳减排的地下。如果要像国际能源机构（能源机构）和政府间气候变化专门委员会（气专委）等机构认为必要的那样广泛地部署CCS，前面还有挑战。为迎接这一挑战，必须在CCS方面开展更密切的国际合作© 2017 The Bottoms.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是CC BY-NC-ND下的开放获取文章许可证（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍大量证据表明，大气中人为温室气体，特别是二氧化碳（CO2）还有一个令人信服的理由可以说，为了将全球气温上升幅度控制在远低于2 ℃的水平，必须有深层次的减少排放，特别是使用化石燃料产生的排放。更高的能源效率，大大改善的能源储存，可再生能源的大规模部署，更多的核电，以及更多的碳捕获和储存（CCS）或碳捕获，利用和储存（CCUS）都将是全球需要的。与此同时，有必要采取更全面的方法来解决获得负担得起的、安全的和低排放的能源的问题。电子邮件地址：pjcook@co2crc.com.auhttp://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2017.04.0142095-8099/© 2017 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。 这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng478P. J. Cook /工程3（2017）477许多国家和区域正在审查如何最好地实现这三个目标，每个国家和区域显然将选择适合其具体情况的技术组合。那么，为什么本文只关注CCS一个主要原因是，正如政府间气候变化专门委员会（IPCC），国际能源署（IEA）和其他机构所表明的那样，如果不部署CCS，保持远低于2 °C温度上升的成本将增加一倍以上。事实上，在没有CCS的情况下，全球温度上升不可能尽管如此，CCS技术的部署速度远远低于要求。全球碳捕集与封存研究所（GCCSI）记录了目前正在运营的16个商业CCS设施，每年储存约3000万吨二氧化碳，另有6个正在建设中。到2020年，这22个设施每年将储存总计4000万吨二氧化碳。这一数额并非微不足道。然而，如果CCS要在减少全球排放和实现商定的排放目标方面发挥必要的作用，这远远低于所需的水平。在IEA的2 °C情景（2DS）中其中，近14千兆吨是通过生物能源与CCS（BECCS）的负排放形式，剩下80千兆吨用于电力和工业部门的大规模排放源。按照目前CCS减排的速度，到2050年，我们将储存略高于1 Gt的二氧化碳。换句话说，CCS的部署需要比今天的数字增加两个数量级，以便将温度上升控制在远低于2 °C的水平这是一项艰巨的任务。然而，考虑到CCS或CCUS在世界各地的一些发展，情况是否可能不像表面上那么黯淡？在过去的20年里，我们通过诸如挪威国家石油公司的Sleipner（挪威）项目等商业项目对CCS的理解取得了很大进展Boundary Dam（加拿大）和Petra Nova（美国）项目成功地将CCS与发电结合起来。此外，近年来在世界各地开展的许多试点和示范项目，如在澳大利亚（Otway）、中国（延长）、日本（Toma-komai）、德国（Ketzin）开展的项目，以及在美国和加拿大开展的区域碳固存伙伴关系项目，都为加速CCS奠定了坚实的知识基础。这些项目以及基于实验室的研究使人们相信，CCS的部署没有不可逾越的技术障碍尽管如此，障碍仍然存在，比如降低成本和增加对技术的信心。所有这一切的基础是需要解决政治家、行业领导人、官僚、非政府组织和广大公众的担忧，他们还没有被说服CCS是安全的、实用的和必要的。在此背景下，本文简要概述了澳大利亚的能源背景，其中CCS和相关问题正在考虑;它还回顾了澳大利亚在CCS在过去20年的一些2. 澳大利亚澳大利亚占全球温室气体排放量的不到2%它已经签署了缔约方会议（COP）21巴黎协定，并将在未来几年内大幅减少其绝对和人均排放量，以满足其国际温室气体排放量义务澳大利亚将通过一系列措施来实现这一目标，包括增加可再生能源的比例，减少能源密集型工业基地，关闭燃煤发电站。立法和法规一直是变革的主要驱动力，包括强制性的可再生能源目标（RET），这导致了风能和屋顶太阳能系统的加速采用由于澳大利亚然而，澳大利亚气候政策的一个主要缺陷澳大利亚拥有丰富的能源资源，包括煤炭，天然气和铀（它没有核电）。它是世界与此同时，它正面临着一个越来越有争议的问题，即如何确保澳大利亚的电力是负担得起的、可靠的和低排放的。在过去一年左右，由于电力和天然气价格飙升，国内市场天然气供应的不确定性增加，以及重大停电，这一问题已成为焦点。最近结束的国家电力市场（NEM）审查中全面讨论了这一问题和相关问题[3]。除其他结论外，审查指出，应采取一种更加技术中立的方法来减少排放。澳大利亚的NEM成立于20世纪90年代，旨在提供廉价可靠的电力，而不是减排。 然而，在过去的十年中，澳大利亚的能源和气候战略主要是减少排放的政策，更多的是在能源结构中引入越来越多的可再生能源，而没有充分考虑后果。由电池存储支持的可再生能源将有助于家庭和地区层面的能源安全，但在未来一段时间内不太可能在电网层面上发挥任何作用。水力发电，包括抽水蓄能，将有助于提高能源安全，尽管澳大利亚的机会有限。因此，必须以技术中立的方式考虑可与可再生能源一起工作并能够解决能源安全问题的其他可靠、具有成本效益、低排放的电力模式。燃煤发电目前为澳大利亚的电网提供了很大的为了应对减排的需要，近年来澳大利亚高效低排放（HELE）燃煤发电比目前的临界或亚临界燃煤发电更适合提供较低的排放电网稳定性。然而，如果单独使用，HELE燃煤发电的每兆瓦时排放量仍将此外，虽然天然气比煤炭清洁，但它仍然产生大量温室气体排放。生物质可用于提供基本负荷电力，并且可能是碳中性甚至碳负性的。然而，如果继续使用煤炭、天然气或生物质来提供具有成本效益和安全的电力，那么只有CCS才能为未来的低排放和安全的能源组合带来所需的大幅减排。正如芬克尔的报告所概述的那样通过一系列措施提供，具有不同程度的成功。有增无减的燃煤或燃气发电仍然主导着电力生产，并为电网提供必要的惯性;然而，它这样做的碳强度很高，这与政府的温室气体政策不一致P. J. Cook /工程3（2017）477479胸肌可再生能源、智能电网、需求管理、电池和其他形式的储能（如抽水蓄能）将得到更广泛的应用。然而，在电池能够提供全电网备用之前还有一段路要走，电池作为大规模工业用户的备用的前景不大。此外，虽然成本会下降，但增加间歇性能源的储存3. CCS的潜在作用部署CCS有可能保持煤炭或天然气（或生物质）的能源安全利益，同时避免其当前使用的环境影响，并以具有成本效益的方式这样做。目前的数据表明，改造CCS可能比新建CCS便宜得多（温室气体技术合作研究中心（CO2CRC）[4]和Hooper[5]提交给FinkelCCS已经在美国（Petra Nova）和加拿大（Boundary Dam）的燃煤发电中进行了商业部署，在那里它可以去除90%的二氧化碳排放以及SOx，NOx和颗粒物。迪凯特（美国伊利诺斯州）将其应用于生物燃料，在澳大利亚采用该技术没有不可逾越的技术障碍（见本文后面的讨论）。CCS经常被批评为“太贵”和“不适合”“在仁慈上可行，”在回应这一问题时，必须问：“与什么相比？”新建CCS的平准化电力成本（LCOE）大于风力发电;它与屋顶太阳能在同一范围内，但比具有存储的太阳能热便宜[6]。如果能量存储的成本（例如，如果将可再生能源包括在间歇性可再生能源中，那么使用CCS的煤/天然气/生物质发电可能比风能和太阳能发电便宜。此外，BoundaryDam和最近Petra Nova改造的CCS的成本计算表明，由于多种原因，改造CCS可能比新建CCS便宜得多，成本有望进一步降低（Petra Nova2016年每兆瓦的成本约为2014年Boundary Dam的一半）。尽管现有电厂的CCS改造具有高度的现场/项目特定性，但Bongers等人[4]、GCCSI（2017）[7]和Hooper[5]最近对CCS改造的成本计算都在大致相同的成本范围内（表1）。值得注意的是，这些都是在大致相同的成本范围内的间歇风，所以- 因此，支持了这样一种观点，即改造CCS在提供低排放和安全的电力方面具有潜在的成本效益。可以采取各种途径进行改造表1来自各种澳大利亚研究的一系列低排放技术的LCOE（由Hooper汇编，UNOTech个人通讯）。技术LCOE$·（MW·h）−1源煤-新-CCS（PCC）150–200参考文献[6]美国煤-现有改造CCS（PCC）GCCSI（2017）80–130参考文献[七]《中国日报》UNO技术（2017）90–130参考文献[5]《中国日报》CO2 CRC-有限的FGD/DeNOx（黑煤和褐煤）105–140参考文献[4]美国CO2 CRC-全烟气脱硫/脱硝（黑煤和褐煤）105–165参考文献[4]美国天然气-新建造CCS（PCC）125–150参考文献[6]美国天然气-现有CCS改造（PCC）75–115参考文献[5]《中国日报》风-间歇性90–120参考文献[6]美国太阳能-间歇125–175参考文献[6]美国FGD：烟气脱硫; PCC：燃烧后捕集。在其他方法中，使用部分捕获（如表2所示）提供了一种根据情况需要平衡LCOE和减排量的方法。由于煤炭和液化天然气出口对国民经济的重要性，CCS对澳大利亚具有额外的意义。就液化天然气而言，如果天然气取代煤炭，进口国将受益于其排放强度的降低;然而，如果不采用CCS，澳大利亚煤炭排放是其在进口国使用的结果，因此没有出现在澳大利亚的温室气体清单中（尽管煤炭开采活动产生的散逸性排放出现在清单中）;当然，这些排放仍是全球排放的一部分。在一个碳约束日益严格的世界里，各国将选择减少煤炭和天然气的使用，除非有一种可行的、具有成本效益的碳减排技术--即CCS。此外，澳大利亚是世界上最大的炼钢用冶金煤和铁矿石出口国，这一过程产生了世界上很大一部分人为排放。在减少这些工业过程的排放方面，没有任何替代CCS的办法澳大利亚可以从CCS的全球部署中获得很多经济利益。因此，毫不奇怪，澳大利亚是CCS研究开发和示范的主要参与者4. CCS在澳大利亚的澳大利亚于1998年开始CCS研究，首次评估了澳大利亚大陆的CO2储存潜力（图1）。 1），这是通过二氧化碳地质处置（GEODISC）项目发生的[8]。该项目汇集了一个由地质学家、地球化学家、地球化学家和水文地质学家组成的才华横溢的团队，表2部分捕集采用一种选择，即最初安装一个完全捕集工厂，将按减排水平的比例减少表1中的LCOE部分捕获LCOE $·（MW·h）−1无捕获5825%捕获率6450%捕获7475%捕获率8690%捕获率94使用提交给国家电力市场审查的褐煤改造数据[5]。图1.一、澳大利亚的沉积盆地和CCS活动的地点。† 胡珀个人通讯。480P. J. Cook /工程3（2017）477澳大利亚石油合作研究中心（APCRC）是一个由大学和研究机构组成的研究机构。该项目提出的主要问题是：“二氧化碳的地质储存是否有潜力大幅削减澳大利亚的排放量？”到2002年，答案显然是考虑到这一点，APCRC的CCS或CCUS）。CO2CRC成为并将继续成为澳大利亚随 后 的 澳 大 利 亚 CCS 倡 议 包 括 联 邦 科 学 和 工 业 研 究 组 织（CSIRO）、澳大利亚地球科学和大学的个别研究活动。通过联邦政府的CCS旗舰计划，政府为三个示范规模CCS项目的早期评估提供了支持，并通过澳大利亚国家低排放煤炭研究与开发（ANLEC RD）为旗舰相关研究提供了行业和政府联合资助&。GCCSI成立于2008年2012年，墨尔本大学在力拓、维多利亚州政府和CO2CRC的支持下成立了彼得·库克CCS研究中心多年来，该行业通过澳大利亚煤炭协会低排放技术（ACALET）单独资助了一些CCS活动（通过对煤炭征税），如Callide氧燃料项目和苏拉特盆地的储存活动BHP认识到CCS的重要性和采取全球观点的必要其中包括在加拿大萨斯-卡彻万建立CCS知识中心;在北京大学开展CCS在钢铁工业中的应用研究;以及最近由墨尔本大学、斯坦福大学和剑桥大学开展的关于CO2捕集机理的国际合作研究澳大利亚还没有一个先进的商业提案，该项目是与电力相关的CCS项目，但维多利亚州的CarbonNet项目、昆士兰州的碳运输和储存公司（CTSCo）项目以及西澳大利亚州的西南项目正处于不同的评估阶段迄今为止，澳大利亚最重要的商业CCS开发是世界上到目前为止，澳大利亚CCS研发的重点一直是在盐岩层中的储存，鉴于澳大利亚地质的性质和盐岩层中丰富的储存容量，这是合适的，不仅在澳大利亚，而且在二氧化碳的有益利用范围有多大？正如Mac-Dowell等人最近指出的那样。[9]，利用CO2作为限制气候变化的手段的潜力相当有限，CO2强化采油（EOR）是大规模利用CO2的唯一机会，主要在北美。不幸的是，亚太地区提高采收率的机会似乎有限[9];尽管如此，它们确实存在于东南亚。这些机会在澳大利亚很少受到关注。总体而言，澳大利亚产油和产气盆地的性质似乎为EOR提供了有限的范围，但需要进一步考虑。枯竭油气田的储存和提高天然气采收率可能会为澳大利亚提供更多的机会，如吉普斯兰盆地。从硅酸盐矿物中生产有用的碳酸盐矿物也受到了一些商业关注，并可能提供一个有用的利基机会，但同样不可能达到使其成为一个重要的缓解选择的规模与BECCS相关的负排放是许多全球减缓模型的组成部分澳大利亚正在进行一些关于BECCS的工作[10]，但该主题值得更多关注。5. 通过CO2CRC交付CCS研发5.1. 结构通过GEODISC和APCRC，早在1998年就开始了CO2储存的基础研究在这项工作的基础上，CO2CRC于2003年正式成立，是一家非法人合资企业，拥有来自工业、政府、大学和研究组织的约30名澳大利亚和国际成员。它的职责是在捕获和储存方面进行具有商业意义的研发。它进行的早期开拓性研究之一是评估在拉筹伯山谷和邻近的吉普斯兰盆地建立CCS中心的范围。这项工作为壳牌公司、英美资源集团以及最近的碳网公司随后对该地区CCS潜力进行的一系列详细评估提供了基础（见第4节）。自成立以来，CO2CRC的主要目标是：在澳大利亚开展一个具有商业意义的试点存储项目。2003年有几个类似的项目，主要是在北美，可以从中吸取经验教训。例如，很明显，如果与商业EOR项目一起进行，则进行存储研究项目是复杂的，尤其是同样明显的是，尽管有些自相矛盾，但对于以前的一些项目来说，确保足够的二氧化碳供应是有问题的，而且费用昂贵。最后，很明显，尽管有一个完全一体化的CCS项目是理想的，例如，从一个具有CO2捕获功能的燃煤发电站中提取CO2，但这种情况在澳大利亚并不存在，至少在十年内不太可能这样做由于不可能等待那么长时间，因此决定CO2CRC需要自己的设施，自己的场地和自己的CO2来源。2003年决定，CO2CRC现场实验的目的是获得安全和负担得起的CO2供应。因此，CO2CRC在维多利亚州西南部的Otway盆地购买了一口高二氧化碳气井（扶壁1）。与此同时，CO2CRC有机会购买相关的石油资源，包括枯竭的气田、优质的储集岩、令人满意的密封、构造和地层圈闭，以及从以前的石油和天然气勘探活动中获得的宝贵数据库。虽然没有完美的研究场所，但Otway的机会非常接近理想。CO2CRC现在拥有自己的生产CO2井和枯竭气田，这在研究机构中可能是独一无二的[11]早期的决定是将CO2 CRC的工作重点放在Otway现场;然而，有必要首先建立一个正式的责任和风险管理系统，这是CO2 CRC董事会可以接受的。这不是一件容易的事情; CO2 CRC由许多成员组织组成，每个组织对风险和责任都有不同的态度，这是勘探公司经常处理的问题，但对研究组织来说是不寻常的因此，有必要成立一个由10家资源公司组成的独立公司，这些公司同意作为股东聚集在一起，以承担任何地下作业可能产生的财务和其他责任。与资源公司的密切合作为CO2CRC提供了勘探和生产专业知识，确保遵循最高标准的健康、安全和环境管理，并遵守法规和许可条件。CO2CRC还成立了一家单独的公司来持有和利用知识产权。这一安排提供了一个明确的行政结构，成功地管理了一系列CCS现场和工厂实验，这些实验将在数年内进行。然而，随着研究需求的变化和运营变得更加资本化，P. J. Cook /工程3（2017）477481由于CO2CRC的业务活动非常密集，因此有必要进行一些改革，以加强其在Otway现场的业务活动。自2012年以来，CO2CRC通过墨尔本大学进行了越来越多的捕获研究。此外，其与降低捕获成本有关的知识产权（包括溶剂工艺、设备设计和工艺/热集成）于2014年转让给一家澳大利亚公司UNO Technologies Pty。2015年，财务、现场运营、研究协调和财产所有权的任何剩余责任从非法人合资企业（随后关闭）转移到法人公司CO2CRC Ltd.，其独立董事会和首席执行官塔尼亚·康斯特布尔女士。CO2CRC Ltd.继续得到澳大利亚和海外政府、行业、大学和研究机构的支持。5.2. CO2CRC Otway项目2003年，CO2CRC与其合作组织一起几年来，CO2CRC成功地在Hazelwood燃煤发电站运营了一个试点规模的燃烧后捕集工厂，这为工厂整合和将CCS改造为现有发电厂的机会以及这样做的经济性提供了重要的见解。碳酸盐溶剂的使用受到了特别的关注，开发了一种闭环吸收-汽提系统，该系统使用高效沉淀碳酸钾洗涤法从工业气流中除去CO2与该过程相关的IP转移至UNO Technol- ogies Pty。公司2014年，如前所述2017年，CO2CRC在Otway现场建立了一个试验工厂，以测试从天然气中分离CO2的新技术，使用高CO2支撑气作为起点。然而，在过去的14年里， CO2CRC该公司一直致力于存储，主要侧重于通过位于维多利亚州西部的CO2CRC Otway项目测试和监测具有商业意义的存储。在这段时间里，CO2CRC及其合作组织花费了超过100万美元，1亿美元用于开发，钻探和检测Otway站点以及开展重大科学计划。预计从现在到2019年，CO2CRC将额外花费4100万美元，以进一步检测和监测该站点，并开展更多前沿的CCS科学。CO2CRC的优先事项是证明CCS到2005年，已获得必要的批准然后，CO2 CRC开始铺设天然气管道，并钻一口注入井，深度约为2000米;换句话说，CO2 CRC开始了一个完全商业化的CCS项目所需的活动，尽管Otway第一阶段（现在被称为）纯粹是一个研究项目。在2008年3月至2009年9月期间，65445吨超临界CO2（富含CO2的气体）在2053 m深度注入新CRC-1井的Waarre C地层;该地层是枯竭气田内的均质砂岩储层在此期间，出现并解决了以下问题：某些井下设备不能正常工作;开始时注入能力较低;必须调整测量和取样计划，以免干扰活动当地农场。在这段时间结束时，CRC-1井的活动暂停，以等待项目的后续阶段，尽管继续在现场进行维护和监测。（项目的第二阶段和第三阶段如下所述。虽然该项目尚未关闭，但未来的项目将包括成功放弃和关闭程序。Otway第1阶段项目取得了重大成功，并产生了重大发现，如下所述：CO2CRC Otway项目已经证明，在枯竭气田中储存CO2是可以设计和安全实现的。监测表明，储存的二氧化碳对土壤、地下水或大气没有可测量的影响。地震监测地质和流体取样证实了动力学和地球化学模型。监测技术对几千吨/年表面泄漏率达到这种敏感性表明，商业规模的存储计划可以有效地监测，以确保气候减排的实现。（Jenkinset al. [12]）Stalker 等 人 报 告 了 该 项 目 的 其 他 关 键 科 学 成 果 。 [13] ，Underschultz et al.[14]和库克[15]。2008年，CO2 CRC开始计划一系列新的实验（Ot- way阶段2A，2B和2C），将在现场进行几年，再次关注商业CCS。盐岩层是全球最丰富和最广泛的潜在储存机会;然而，为了确保监管和社区接受，必须更好地了解在CO2羽流迁移过程中起作用的各种捕集机制（图2）[2]，必须成功监测CO2羽流，并且必须验证羽流稳定性。进行Otway阶段1是为了测试Waarre C地层中的储存Otway第2阶段的目标是在没有结构封闭的含盐含水层中储存-Paaratte地层，深度为1500 m。奥特韦第二阶段的目的是评估残留和溶解捕获机制在迁移过程中的二氧化碳羽流，成功地监测羽流，并发展能力，预测羽流稳定时会发生。作为Otway Stage 2A的一部分，钻探和广泛取芯，并进行了Paaratte地层的地质特征。开发了一个静态模型，其中填充了用于流动建模的岩石物理特性和用于地震建模的弹性特性[16]。Otway阶段2B残留饱和度和溶解试验图二、二氧化碳的捕获机制[2]。关于CO2CRC的更多信息，请访问www.co2crc.com.au。482P. J. Cook /工程3（2017）4772011年进行并在2013年重复的一系列工作涉及向Paaratte地层注入140吨纯二氧化碳。通过向同一层段注入CO2饱和地层水（高达450吨），将CO2羽流驱动至残余饱和它使用了一种单井方法，可以在工业项目中使用，以具有成本效益的方式扩展和改进近井表征方法还使用了一个仅涉及10吨二氧化碳的相关实验，以便更有把握地确定CCS地质封存期间发生的岩石-流体地球化学反应的范围，包括在存在痕量污染物的情况下的封存[17- 19]。2015-2016年在Paaratte盐水含水层进行了Otway 2C阶段测试。本试验的目的是：准确预测二氧化碳的运动，让碳捕获和储存技术的用户和监管机构相信二氧化碳在永久储存时的行为，以及地震监测的技术能力，以验证这种羽流运动。（Tania Constable，2016）为了测试地震分辨率，注入了15000吨富含二 氧 化 碳 的气体。重要的是，羽流要足够厚和连续，以便通过四维（4D）地震监测对其发展进行可视化;也有必要对其进行充分的横向限制，以使地震可分辨羽流处于合理的监测区域内（约1平方公里）。最后，必须在有限（短）时间内实现稳定。CO2CRC的预测是，在注入后大约2年，即2017年晚 些 时 候 ， CO2 将 阶 段 2C 监 测 仍 在 进 行 中 ， 以 测 试 这 一 预 测（www.co2crc.com.au）。具有成本效益的光纤电缆和高分辨率的地下接收器配备了自动通信设施，使研究人员能够远程访问和操作这种先进的地表和地下监测系统[20- 22]。在第二阶段学习的基础上，CO2CRC于2017年3月下旬启动了Otway第三阶段，预计成本为4000万美元，于2017年 4月钻探了一口新的评价井CRC-3该项目将主要集中在开发一个具有成本效益的该注入量对于建模是必要的 每年400万吨二氧化碳的商业储存项目。该项目的设计可转移到陆上和海上的不同环境中，使其成为一系列行业的宝贵投资。CO2CRC首席执行官Tania Constable表示：“Once installed in the subsurface, the technology will pinpointthe areas of risk faster and be cheaper to operate than我们的仪器位于地下，可能会消除对昂贵且具有破坏性的地面地震勘探的需求，"（Tania Constable（首席执行官），CO- 2CRC新闻稿，2017年3月27日）这些和相关的CCS活动将在Otway现场继续进行，直到2019/2020年，甚至可能更久。5.3. 未来的地下研究机会在澳大利亚和世界各地，顶部4-在碳约束的世界里，沉积盆地对能源未来至关重要。 3）。前面描述的CO2 CRC Otway站点的一系列CO2封存项目在许多方面都非常成功：它们与通过改进监测降低商业CCS项目的成本有关;它们测试了新的地下技术;它们提高了我们对地下过程的理解，特别是CO2迁移和捕获。他们有图3.第三章。 沉积盆地越来越多地成为多种用途，有时是相互冲突的用途，因为资源被开采（紫色），盆地被用于一系列与废物处理或流体注入（红色）有关的活动，包括二氧化碳储存。†http://www.co2crc.com.au/15000-tonnes-of-co-2-used-to-make-emissions-reduction-cheaper/‡http://www.co2crc.com.au/41m-emissions-reduction-project-otway-victoria-begins/P. J. Cook /工程3（2017）477483也极大地提高了CCS作为澳大利亚和世界各地的一种迁移选择最后，它们已经成为鼓励来自澳大利亚和国外数十个组织的数百名科学家和工程师进行国家和国际合作的一个很好的澳大利亚和科学界现在在CO2CRC Otway站点拥有一个非常有价值的地下设施，不仅用于与CCS相关的研究，而且用于对能源机会和地下更一般用途的潜在调查。CO2 CRC在Otway现场的投资--地下和相关地表设施的投资总额为1.4亿美元，以及现有的监管批准和社区、地方、州和 联 邦 政 府 对 CCS 活 动 的 支 持 -- 为 开 发 深 地 能 源 和 环 境 计 划（AusDEEP）提供了一个特殊的起点。AusDEEP可以与向下观察4-5公里深度它的目的是扩大我们对“内部空间”的理解-地球的那一部分承载了我们大部分的能源资源。为该计划提出的战略是在Otway和可能的其他地点开发先进的仪器、监测以及三维（3D）和4D多相建模能力，以提高我们评估、利用和保护资源的有效性。为此，AusDEEP将以前所未有的规模和分辨率，绘制一幅100 km3“立方体”沉积盆地的异常全面的图片这100公里3近场立方体将被放置在盆地的背景下，一个500公里3远场立方体与一个较低的分辨率。该设施将确定这些立方体的几何形状、动力学和组成，监测它们内部的自然和人为过程，并确定它们内部运行的通量和路径，时间尺度从日变化到十年变化。AusDEEP在以下领域具有工业和商业相关性的潜力(1) 钻井、测井和井内仪器或井内完井和废弃物的创新可能会降低生产成本和不利影响。(2) 对水力压裂或地下水处理的研究可能被证明是非常重要的，不仅对于提高致密地层的采收率，而且对于告知监管制度和与社会许可有关的问题。(3) 大多数现有的井下技术只能在150 °C的温度下工作;然而，在澳大利亚的一些盆地，工作温度要高得多。能够在高温和高压下工作的仪器对于未来更深层资源的开发将是重要的。(4)二氧化碳的存在大大增加了弃井的复杂性（和成本）;然而，亚太地区没有设施或研究中心来解决这个特殊的问题。因此，AusDEEP可以有助于更好的废弃程序和技术，并可以降低高二氧化碳井的成本(5) 最近的一次研讨会确定了AusDEEP可以做出贡献的一些重要的能源研究优先领域，如压力监测和管理、被动地震研究、储存优化和地球化学屏障生成。因此，CO2CRC Otway站点的范围以及其他相关站点的范围可以逐步扩大，以包括一系列先进的能源研究和技术活动，这些活动将有助于加强CCS相关研究。AusDEEP的现状是，CO2CRC有限公司已向政府提出一项供今后审议和今后可能的供资。如果获得资助，该计划将代表澳大利亚的重大科技投资，并将使我们能够更好地了解，管理和保护我们的能源资源。它将为世界领先的，协作的，多学科的，多机构的，跨学科的，国家地球科学和技术，这将大大有利于澳大利亚和其他国家，使我们能够更好地利用资源，如传统和非传统的天然气，地热能，地下能源储存和二氧化碳储存空间，在更聪明，更经济，更环保的可持续发展的方式，包括减少我们的温室气体排放。6. 结论6.1. CCS研究的国家政策制定由于澳大利亚作为世界上主要的化石燃料出口国之一的重要性，它可以从CCS的国际部署中获得很多经济利益。此外，由于其地质和工业基础，澳大利亚有可能部署CCS，作为履行其国际温室气体义务的一个主要国内缓解办法。然而，除了Gorgon液化天然气项目外，目前没有其他正在开发的澳大利亚CCS项目，尽管有几个项目处于早期（预可行性）考虑阶段。对澳大利亚目前的一些燃煤发电站进行CCS改造最近发布的Finkel向NEM提交的报告以及该报告提出的建议为CCS作为技术中立环境中的清洁能源选择提供了基础。采用CCS的煤炭或天然气被视为未来能源的潜在组成部分，前提是可以满足有关降低排放，电网稳定性和成本效益的期望。这一观点得到了最近为ANLEC研发进行的澳大利亚电网研究中的一个主要结论的在高脱碳水平下，将需要像HELE+CCS这样的可调度电力来提供电网稳定性所需的弹性。它还可以以最低的成本提供最深的脱碳目标。（Boston et al. [23]）与Finkel报告中的建议一起最后，如果澳大利亚事实上，在过去的20年里，已经进行了广泛的CCS研究和示范，这在很大程度上是因为研发界没有等待政策的澄清，而是发展了自己的动力。因此，澳大利亚现在拥有知识和专门知识，一旦制定了正确的政策，就可以大规模地推进CCS6.2. 关于OtwayCO2CRC Otway项目一直是并将继续是澳大利亚首要的CCS研究活动。它与商业规模的操作直接相关，并提供了如何捕获二氧化碳的详细情况。在学习方面也很重要。下文介绍了这一项目中产生重大学习成果的一些关键活动(1) 该项目包括设计一个雄心勃勃的计划;开发一系列技术;培训、开发和实施收集大量数据的活动;证明符合监管要求;以及将大型和不同的数据集汇总在一起。这些活动对于全面了解484P. J. Cook /工程3（2017）477发生在仓库里(2) 研究区域的实际和法律访问需要时间来建立，并涉及与土地所有者谈判许可，处理变更的调查计划，协调访问，并确保调查团队现场访问的安全性。所有这一切都花费了比预期更多的时间和精力需要考虑现场的物理变化;例如，变化导致地下水位高度变化，影响到地震勘测以及土壤气体和土壤通量的测量。(3) 往往没有适当的分析技术确定可靠的流体样品分析方法既费时又困难。示踪剂造成的特殊问题与极低的浓度或测量仪器中的污染和样品的相关污染有关。(4) 在任何实验中，建立可靠的数据误差估计都是一个挑战，即使在实验室分析技术或其他仪器人工制品都很好理解的情况下。例如，地下水数据显示出很大的季节性变化，这可能与环境因素有关，如农民的开采。(5) 监测方案涉及广泛的技能，并已延长了若干年。因此，有必要建立能够承受工作人员更替的强有力的程序(6) 在监测方案的过程中收集了大量数据，但这些数据在类型、数量和相关元数据方面差异很大整理这些数据既非常重要，又具有挑战性。总而言之，奥特威项目不仅对科学界，而且对工业、政府、环境保护和水管理部门和监管机构都具有巨大价值事实证明，它对更广泛的社区很有价值，因为这些社区对CCS及其如何运作知之甚少或一无所知。该项目有助于改进仪器、数据分析和现场程序，并将有助于降低存储和监测成本。最后，它将通过减少风险和不确定性，使利益攸关方对CCS技术安全有效地减少向大气的碳排放的能力有更大的信心，从而6.3. 国际合作通过Otway项目、Callide氧燃料项目、CCS旗舰项目和许多其他以澳大利亚为基地的活动，澳大利亚获得了CCS国际合作的经验（并从中受益），并渴望在未来加强这种合作。澳大利亚还从参与国际活动中获益，如早期参与Frio盐水项目。通过现有的项目，如澳大利亚地球科学局协调的中澳二氧化碳地质封存（CAGS）项目，澳大利亚联邦部的低排放项目， 这些活动包括澳大利亚工业、创新和科学部的项目、澳大利亚联邦科学与工业研究组织的中试规模捕获活动以及必和必拓最近与北京大学合作开展的国际CCS倡议。澳大利亚和中国的许多大学和研究机构已经有了密切的联系。中国、其他国家和其他组织参与未来在CO2CRC Otway站点、AusDEEP或一些拟议的大型CCS旗舰项目的研究将是一个受欢迎的发展。总之，有必要更密切地合作，以解决许多人认为几乎无法解决的问题，即满足对能源和能源密集型产品日益增长的需求在很大程度上，这一挑战将通过研究、开发和演示方面的国际合作并最终通过大规模部署一系列减排技术，CCS是一项关键技术。确认作者感谢他在CO2CRC和墨尔本大学的许多同事的见解，他们的友谊，以及他们对CCS科学的贡献。感谢Tania Constable和BarryHooper对本文的贡献。工业界和政府的支持使奥特韦和本文概述的其他研究活动得以引用[1] 国际能源署。20年的碳捕获和储存：加速未来的部署。巴黎：国际能源署，2016年。[2] 政府间气候变化专门委员会。IPCC关于二氧化碳捕获和储存的特别报告.政府间气候变化专门委员会第三工作组编写。Metz B，Davidson O，de Coninck HC，Loos M，Meyer LA，editors.纽约：剑桥大学出版社，2005.[3] Finkel A，Moses K，Munro C，Effeney T，O'Kane M.对国家电力市场未来安全的独立审查：未来蓝图。堪培拉：澳大利亚联邦; 2017年6月。[4] 放大图片作者：Bongers G，Byrom S.将CCS改造为煤炭：加强澳大利亚的能源安全。墨尔本：CO2 CRC有限公司; 2017年。[5] 胡珀湾提交对国家电力市场未来安全的独立审查。2017.可从以下网址获得：http://www.environment.govau/energy/national-electricity-market-review/submissions.