工程7（2021）1692意见和评论碳中和目标下中国燃煤电厂CCUS集群优化布局的激励政策比较陈文辉a，b，卢Xib，c，雷亚林a，陈建锋da北京化工大学经济管理学院，北京100029b清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084c清华大学环境前沿技术北京实验室，北京100084d北京化工大学化工学院，北京1000291. 介绍中国已宣布将采取强有力的政策和措施，努力在2030年前实现二氧化碳（CO2）排放峰值，并在2060年前实现碳中和-这些目标与将升温限制在1.5 °C的目标基本一致[1]。实现这一目标需要中国整个经济的深度脱碳2019年中国然而，现有煤炭基础设施的巨大规模使得不可能完全淘汰运营不到15年且剩余寿命超过30年的CFPP[4]。因此，应在电力部门的脱碳战略中考虑避免因提前淘汰CFPP而导致的资产搁浅的高风险在这种情况下，碳捕获、利用和封存（CCUS）是在这些现有CFPP中实现巨大减排潜力的不可或缺的选择[3]。截至2020年，国际上有65个商业化的大型CCUS设施正在运营或开发中，涉及众多大型发电项目[5]。这意味着一些CCUS技术已经达到商业开发阶段[6]。目前，中国的工程能力已具备大规模捕集和封存CO2的能力，并正在积极筹备全流程 CCUS产业集群[7]。但CCUS基础设施建设成本高、相关配套政策缺乏仍是CCUS商业化面临的主要挑战。推广其他低碳技术的经验[8]证明了政府支持CCUS技术开发和部署此外，CCUS部署战略将重点从大型独立设施转移到CCUS产业集群的建设，支持CCUS的发展因此，有必要研究促进CFPPCCUS产业集群建设的最优激励策略，以实现成本效益，CO2减排要求，以实现碳中和目标.实现1.5 °C的目标需要大规模部署CCUS，以在2050年之前每年减少CFPP产生的超过7.1亿吨CO2[9]。为了实现这一目标，本文提出了多种方法，重点是制定促进CFPP CCUS的最佳激励策略。基于CFPP和CO2封存点的分布格局，应用最优源汇匹配评价模型，对1.5 °C气候目标下CCUS的优先布局进行了为了通过规模经济降低单位成本，采用层次聚类分析（HCA）和最小生成树（MST）相结合的方法，对需要CCUS改造的CFPP进行了CCUS簇-枢纽的识别和CO2这项研究还评估了CFPP与CCUS以及三项政策激励措施（即，汽车价格，上网电价，和存储补贴），以探索最佳的激励方案。研究结果对于识别大规模CO2枢纽和CCUS集群，以及提出实现CCUS部署目标的优化激励机制具有重要的实践指导意义。2. CCUS技术经济分析及源汇优化在实现中国碳中和目标的道路上根据最佳源汇匹配评估结果（附录A注1），选择装机容量约为159 GW的128个电厂（267台机组）作为CCUS布局的最终样本。综合环境控制模型（IECM），这是由卡内 基梅 隆大 学[11] 开发 的， 被用 来计 算成 本的 选择 CFPP 与CCUS。（有关燃煤发电厂的数据来源及筛选准则的详情载于附录A注2。本研究应用已发表的基于组件的https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.11.0112095-8099/©2021 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。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engW. Chen，X.Lu，Y.Lei等人工程7（2021）16921693·学习曲线理论[12]来估计技术改进对CO2捕集成本的影响。图中的结果。 1（a）表明到2050年，潜在的CCUS项目可实现7.1亿吨/年的CO2减排，总成本为每吨CO2（tCO 2）53 - 87美元。中国CFPP燃烧后CO2捕集成本在40 ~ 70USD·tCO2- 1之间，平均捕集成本为57USD·tCO2-1，约占平均总成本的80%。此外，随着技术的改进，与目前的捕获技术相比，CO2捕获成本将降低近30%[13，14]，降低到32 - 46美元/吨CO2- 1。关于CO2的运输和储存，source–sink matching results (此外，与塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、苏北盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地和吐哈盆地相匹配的CO2管道平均长度为实现单一源汇匹配，需建设约29 490 km的输送管道，2020-2050年总输送当量为1 141 Gt km，这可能导致较高的输送成本。因此，有必要发展CCUS中心，通过规模经济降低单位成本，并使CCUS技术能够更早地部署。3. CCUS集群的优先布局与碳减排潜力基于源-汇匹配结果，HCA被用来分类CCUS集群枢纽。接下来，应用MST方法在通过HCA确定的“枢纽”中找到成本最低的二氧化碳运输网络。（HCA和MST的详情载于附录A注3和4。通过发展具有共享CO2运输的工业枢纽（图2），总管道长度可以减少到8708 km（平均管道长度为85 km），平均CO2运输成本可以从10.62至4.26USDCO2- 1。假设工厂设计寿命为45年，这些工厂的累计二氧化碳采用CCUS的CFPP总量为11.596Gt，其中65.4%封存于深部盐层，33.6% 用 于 CO2-EOR 。 华 北 地 区 20 座 CFPP （ 49 台 ） ， 装 机 容 量26.4GW，可与渤海湾流域平均67 km范围内匹配，2050年CO2减排潜力巨大，达到119.6Mt/a，累计减排潜力236.4Gt。东北地区11座CFPP（19台机组），总装机容量9.18GW，在松辽盆地内平均80km的范围内，累计可封存CO2 5.32Gt以上。在华东地区，超过36个CFPP（75台），装机容量为57.65吉瓦，可以分为三个枢纽，输送到苏北盆地进行CO2封存，平均在60公里内。西北地区42座CFPP（82台），装机容量45.61GW，平均56km内可累计捕集CO2 307.1GtCO2，输往鄂尔多斯盆地封存。在准噶尔盆地、确定适合CCUS改造的CFPP，并遵循符合碳中和目标的CCUS集群部署最佳方案，将为政策制定者制定CCUS大规模应用的相关激励政策提供科学依据。4. CCUS集群布局的补贴激励比较由于CCUS技术的部署和商业化面临巨大的成本压力，政府需要提供财政支持以克服经济障碍，特别是在早期阶段。在借鉴世界各国激励政策的基础上，考虑了碳价格、上网电价和储能补贴三种不同的补贴方案，考察了政府激励对CCUS技术投资的影响，并基于各种政策选择的相互作用，确定了最优的政策激励。（激励政策分析模型及数据详情载于附录A附注5及表S1。）128个具有CCUS的CFPP在不同情景下的三种激励措施的盈亏平衡值（图1）。 3）表明平均临界碳价格将达到72.42美元/吨CO2- 1Fig. 1.成本效益结果，到2050年储存的CO2量，以及与储存地点相匹配的CFPP的运输距离。(a)碳捕集、运输和储存成本与年累积容量;x轴表示到2050年每年储存在地层中的CO2量;y轴表示有/没有技术改进的CO2捕集、CO2管道运输和储存的估计成本。(b)到2050年的累计CO2输送和储存量与碳输送距离的关系;x轴表示平均CO2输送距离;y轴表示到2050年的累计CO2输送和储存量W. Chen，X.Lu，Y.Lei等人工程7（2021）16921694图二、CFPP的CCUS簇和总寿命累积CO2封存量。没有任何政府补贴的二氧化碳捕获，运输和储存（CCS）技术。CO2-EOR和技术创新（TI）产生的收入可以抵消CCUS的成本，分别将平均临界 碳 价 格 降 低 14% 和 29% 。 如 果 电 价 补 贴 设 定 为 22 美 元 / 吨（MW·h）-1（0.015 CNY吨（kW·h）-1），则临界平均碳价可降至25.00-50.98美元/吨CO2 - 1。20美元/吨CO2 - 1的封存补贴可以进一步将临界碳价降至9 -33美元/吨CO2 - 1，仍高于目前7美元/吨CO2 - 1（49 CNY/吨CO2 - 1）的平均碳价。由于不成熟的国家排放交易体系（ETS）激励不足，政府需要提高电价补贴和储能补贴来触发CCUS部署，以实现碳减排潜力目标。为了避免前所未有的财政支出，碳价格作为一种市场化的政策工具，需要提高CCUS项目的价值更具体地说，碳价格对其他关键补贴水平有重大影响图3表明，随着CO2价格的上升，临界上网电价和储能补贴都可能减少。因此，政府会大幅下降。因此，政府可以适当提高碳价格，发挥碳价格对CCUS型CFPP发展5. 结论和建议为达致电力部门的碳中和目标，CCUS必须对现有128座CFPP（267台）（装机容量约159 GW）进行改造。通过发展具有共享的CO2运输和储存基础设施的工业CCUS型CFPP群主要分布在华北、东北、华东和西北地区，可与渤海湾盆地、松辽盆地、苏北盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地和吐哈盆地相匹配CCUS可减少的CO2排放量为11.596Gt，其中65.4%可被DSFs封存，33.6%可用于CO2驱油。图三. 128个具有CCUS的CFPP在不同情景下三种激励措施的盈亏平衡值。(a)关键碳价格;（b）关键上网电价;（c）关键储存补贴。CCS：DSFs中的CO2捕集、运输和储存;CCS-EOR：CO2捕集、运输和利用CO2EOR; TI：考虑CCUS的技术创新W. Chen，X.Lu，Y.Lei等人工程7（2021）16921695×碳价格、上网电价和储能补贴等三种补贴方案可以激励CCUS的部署，其中碳价格可以直接实现CCUS技术的经济可行性，并显著降低政府的财政支出。此外，CO2-EOR和CCUS技术创新的经济效益可以作为这些激励措施的关键补充，减轻政策负担。因此，建立成熟的碳交易机制，加大CCUS技术研发投入，开展大规模CCUS集群示范，是CCUS技术体系向碳中和发展的关键。未来的研究可以考虑不同商业模式下政府对全链CCUS部署的各种激励措施。致谢本工作得到了中国工程院重大咨询研究项目“碳封存与资源化利用战略研究”、教育部人文社科项目的支持（21YJC 630009）、国家自然科学基金（72104116、72025401、71974108、71690244）、清华大学可持续发展基金附录A.补充数据本文的补充数据可在https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.11.011上找到。引用[1] Duan H ， Zhou S ， Jiang K ， Bertram C ， Harmsen M ， Kriegler E ， et al.AssessingChina's efforts to pursue the 1.5 °C warming limit. 科 学 2021;372（6540）：378-85。[2] 电力工业基础：发电[互联网]。北京：中国电力企业联合会; 2020 [引自2020年8月8日]。可从：https://english.cec.org.cn/menu/ index.html？263.[3] 国际能源署。能源技术展望2020-清洁能源创新特别报告。巴黎：国际能源署，2020年。[4] [10] CuiRY，Hultman N，Cui D，McJeon H，Yu S，Edwards MR，et al. 中国逐步淘汰燃煤电厂的逐厂战略。Nat Commun2021;12（1）：1468。[5] Page B ，Turan G ，Zapantis A ，Consoli C ，Erikson J，Havercroft I，et al.Globalstatus of CCS：2020.墨尔本：全球碳捕获和储存研究所有限公司; 2020年。[6] Bui M，Bardow A，Anthony EJ，Boston A，Brown S，et al. 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