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美国国家碳捕集中心是个什么机构

来源:万米空间作者:一头雾水的熊2021/10/21 9:53:52我要投稿

北极星碳管家网讯:二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和目标所必须的关键技术之一。这一点已经成为国内外科学家和政策制定者们越来越广泛的共识。

由于CCUS技术的实施成本高昂、大规模应用面临许多挑战,因此许多人都在思考同一个问题:如何才能推动CCUS技术从实验室快速走向工业应用?

基于类似考虑,美国能源部(DOE)在十多年前主导建立了美国的国家碳捕集中心(NCCC)并运营至今。在我国大力推动CCUS技术研发的背景下,NCCC的建立和发展进程无疑值得我们探究和思考。

本文简要回答以下四个问题:①美国为什么要建立NCCC?②NCCC能做什么?③NCCC已经做了什么?④NCCC机制对我们有什么启示?

一、NCCC的建立

1996年,为了推动清洁煤基发电技术的研发,DOE在阿拉巴马州的威尔逊维尔(Wilsonville)市,建设了一个被称作“电力系统开发设施”(PSDF)的研究基地。

PSDF由美国南方电力公司(Southern Company)运营,DOE持续资助至2009年1月,累计投入3.8亿美元,企业配套投入0.6亿美元。

作为PSDF的代表性成果,高温气体过滤和低阶煤气化等技术后来被应用于密西西比州肯珀县(Kemper County)的整体煤气化联合循环发电(IGCC)项目。

2005年,强制发达国家减排的《京都议定书》得以生效,国际气候合作不断深化。作为当时全球碳排放量最大的国家,美国虽未签署京都议定书,但面临着巨大的碳减排压力。DOE有关化石能源的研究重心,也逐渐从发电技术转向CCUS技术。

2008年,DOE与南方电力公司再次合作,在PSDF的基础上正式设立NCCC。NCCC的经费仍然主要来自DOE,并由南方电力、美国电力、杜克能源等私人企业提供部分配套资金。

NCCC的管理运营仍由南方电力负责。2008年10月至2014年12月为第一阶段,总经费2.5亿美元,其中DOE资助2.0亿美元,企业配套0.5亿美元。2015年1月—2025年12月为第二阶段,总经费3.48亿美元,其中DOE资助2.53亿美元,企业配套0.95亿美元。

NCCC旨在为二氧化碳捕集技术开发者提供一个独立、灵活、经济的真实工业测试环境和配套基础设施,搭建实验室研究和大规模工业示范之间的桥梁。

二、NCCC的能力

NCCC包括燃烧前捕集测试和燃烧后捕集测试两个区域。燃烧前捕集测试区域沿用PSDF设施。燃烧后碳捕集测试中心(PC4)则依托临近的阿拉巴马电力公司的加斯东(Gaston)电厂新建,2011年建成投运。

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NCCC总体布局

PSDF的气化装置每小时可以产生温度为927°C、压力为1.52MPa的合成气11,340公斤。这些合成气经过降温和过滤后,可以为各种燃烧前捕集技术提供测试用气。

PC4初期主要服务于燃煤发电碳捕集测试,烟气来自加斯东电厂现有的88万千瓦的超临界燃煤机组,引入测试区域的最大烟气量为15,876kg/h。

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NCCC燃烧后捕集布局

PC4很重视溶剂法捕集测试,专门建设有烟气量约为2,300kg/h的中试溶剂测试单元(PSTU)和烟气量约为230kg/h的侧线溶剂测试单元(SSTU)。

除溶剂法外,PC4也测试其它捕集技术,建设有2个烟气量约为4,600kg/h的中试车间(PB),4个烟气量约为460kg/h的台架实验(Bench)场地和若干烟气量不超过23kg/h的实验室规模测试单元(LSTU)。

2020年,NCCC还新增了一台天然气锅炉,模拟燃气发电机组烟气量最高达到18,252kg/h。由此,NCCC的捕集测试可以在燃煤烟气和燃气烟气中快速切换。

三、NCCC的成绩

自2009年建立至今,NCCC累计完成各类二氧化碳捕集技术测试近120,000小时,其中燃烧前捕集超过50,000小时,燃烧后捕集超过68,000小时。

NCCC宣称,其支持过中试或实验开发的各类技术超过60项,实现了化石能源发电碳捕集的预估成本降低约40%。

在燃烧后捕集方面,NCCC已经和计划测试的技术达到46项,来自33个不同的技术开发商,65%为私人企业。其中8项捕集技术已经或具备条件放大至10,000千瓦以上规模。

NCCC累计开展溶剂法捕集测试约39,000小时、膜法捕集测试约27,000小时、吸附法捕集测试约2,500小时。这从侧面反映了不同捕集技术的成熟度。

NCCC还作为共同创始人,创建了专注于CCUS技术开发的国际测试中心网络(ITCN),并与加拿大、中国、德国、印度、日本、挪威、英国等七个国家建立了合作关系。

2020年,NCCC还将业务范围正式扩展至二氧化碳利用和直接空气捕集(DAC)领域,并于2021年7月完成了二氧化碳养护混凝土的首个碳利用技术测试。

四、有关启示

专业化CCUS中试基地是一种有效实现资源共享的研发模式。CCUS技术复杂度高,技术验证和工程放大成本高昂,专业中试基地为私人企业和科研院所搭建了实验室研究与工业应用之间的桥梁,有利于加速推动技术进步。

专业化CCUS中试基地的发展离不开公共资金的持续支持。NCCC自建立起,每年获得超过3500万美元的资金支持,其中DOE占比80%,目前预算已覆盖至2025年。这为NCCC建立起一支超过150人的专业团队和提供高效研发支持提供了坚实保障。

我国许多能源企业和科研院所高度重视CCUS技术研发与示范,陆续建立了不少中试装置。相较而言,国内CCUS中试装置较为分散,通常功能单一,且各自独立运营,资源共享水平较低。

面向未来,我国CCUS技术研发模式急需完善。一要在研发机构之间加强交流,建立现有CCUS基础设施共享机制;二要在大型国有能源企业之间加强协调,探索统筹规划、成本共担、资源共享的CCUS技术研发新模式;三要在政府层面加强规划,建设具有持续资金保障的国家级CCUS技术创新共享基地。


标签:CCUS 碳中和 美国

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