二氧化碳减排放方案.doc

二氧化碳减排放方案中国能源网 甘甜 编译 2004-07-23一：摘要: 在京东议定书中，如何减少二氧化碳排量已经放成为全球共同关心的议题。本文从总体上介绍如何使用添埋这种方式来满足京东议定书的要求。填埋有三种基本使用方式，第一种：作为替代能源。第二种：作为季节性热能储存媒体，提高能源使用效率。第三种：使用填埋方式储存CO2气体，提高气体的交换率。 在这三种使用方式下可以发生两种情况： 第一种：存储CO2的过程中没有产生附加的经济效益。第二种：在存储的过程中伴随附加经济效益的产生。虽然使用填埋方式可以减少全球范围内的CO2排放水平，但是在具体使用时，需根据不同的地理特点，采取不同的使用方法。由于中国有着大量的煤炭储备，因此ECBM方式在中国有着良好的前景，同时使用ECBM可以使现有的能源生产式达到零排放的标准。现阶段大部分的使用方法虽然无法带来有效的经济收益，但在将来是一定可以获益的。二：介绍：在东京会议开幕以前，减少CO2排放，控制大气中CO2气体的总体水平，已经成为国际关注的焦点。在东京会议时，许多国家宣布减少CO2气体的排放，并且承诺到2010年为止总排放水平只比1990的排放水平高出8%。减少大气中的温室气体浓度可以通过减少气体排放总量和提高气体循环速度这两种方法实现，但是使用这两种方法都无疑将增加能源生产成本。 减少CO2排放所产生的附加成本和CO2气体的减少量可以在京东议定书中所建立的国际CO2信用市场上得到融资和交易。但是在现阶段国际CO2信用市场还停留在理论的基础上。未来CO2气体排放的价格将从现在的每吨10美元上涨的每吨100美元，根据美国环境保护委员会的最新报告，未来CO2信用市场的价值将达到1亿2千万美元。无论我们采用三种基本使用方式中的具体那一种，最终国际CO2信用市场的完善将决定填埋方法的经济成功。在国际CO2信用市场上非工业化国家可以和工业化国家进行CO2气体排放交易，降低全球CO2气体排放总量，并且在经济上刺激非工业化国家的发展水平。本文从整体上介绍了如何使用填埋方法达到京东议定书的要求。填埋方法有三种基本的使用方式，第一种：作为替代能源。第二种：作为季节性热能的储存媒体，提高能源的使用效率。第三种：使用填埋方法储存CO2气体，提高气体的交换率。这三种基本使用方式我们将在下文中分别描述.三：填埋作为替代能源提高能源效率七十年代爆发的能源危机，暴露了我们对以碳氢化合物为能源的脆弱性。在二十年后的今天，对于环境可持续性发展已经成为寻找和发展可替代能源的主要动力。我们可以通过对替代能源和无碳燃料的使用，大规模的减少CO2的排放水平。地热能源是一种可以提高供热效率减少CO2排放的使用方法。包括地热潜能，地热分析，项目研究，地热井设计在内的地热研究已经在荷兰开展了十几年。通过对地热的研究荷兰已经建立了两个分别为1600米和1800米的地热项目。由于地区供热的经济效果不理想，因此荷兰，在相当长的一段时间内，地热主要用于温室供热的应用。但影响地热在荷兰推广和使用的更主要因素是可观的天然气储量和农业使用天然气税费结构。在天然气消费站主导的农业市场中，地热使用必须跟天然气的使用争夺市场份额。随着科技水平的提高和政府关于减少CO2气体排放的计划的制定，采用地热为能源的地区供热方式必将占据更大的市场份额。在中国，地热能源可以为那些附近缺乏传统能源供应的地区提供替代能源。使用地热能源的投资可以通过减少传统能源的运输成本和国际市场对替代能源使用的奖励而降低。填埋作为替代能源还表现在，它可以提高传统能源生产企业的生产效率。填埋可以储存夜间生产出的能源，调剂白天高峰时所需的能源需求。 通过这种方式，可以有效调剂波峰和波谷间的能量需求。夜间生产出的能量通过地下加压中心，以水或压缩气体的方式存入地下。 在将来更可以通过存储季节性热能用来充当能量缓存的方式提高能源生产效率。1：作为CO2气体的储存媒介。尽管我们已经尽全力去发展可替代能源， 但是在未来的时间中我们不得不依靠传统的能源供应。因此在技术上如何实现在使用传统能源时减少CO2气体的排放有着重大的意义。通常减少CO2的排放有着两种做法: 第一种，增加自然界吸收总量，包括提高陆地和海洋生物总量。第二种，保存工业排放中的CO2排放量并将其存储于地下。将CO2排放到地下的方法可以简单概括为：CO2气体来源于地下必还原于地下。现阶段，相关的研究已经从理论变为现实。任何一种填埋CO2气体的方法，都需要通过压缩气体，运输气体，把气体填埋地下设备等几步完成。最新的成本分析报告显示，当工业排放过程中，如果排放的气体相对纯净，不用近一步的提取和分离时，成本运行是合理有效的，并且运输占据成本中的重用比重。因此，只有在那些同时具有CO2气体排放大户和填埋条件的地点才可以采取填埋处理的方法。两种我们必须认识的情况，第一种:储存CO2同时没有带来附加经济效益。第二种：存储CO2气体的同时伴随产生附加经济效益。我们把地二种方法叫做ECBM方法，考虑到第二种方法在中国有着更大的市场前景，因此ECBM方法将在下文中作具体的论述。把CO2气体填埋到废弃的气井填埋CO2气体最明显方法是将其填埋到产生它们的废弃气井中。这种方法有着如下好处：第一， 因为我们已知废弃的气井在一定地质时期内的存储量，因此在技术上可以实现。第二由于我们知道废弃气井的生产量，所以可以得知具体的CO2存储量，减少填埋过程中风险因素的发生。第三：由于废弃气井经过长时间的开发，许多基础设备已经存在，可以减少投资成本。除用于CO2气体填埋以外，废弃气井同样具有其它的使用方式，如使用废弃气井作为调节能源需求的手段。使用废弃的气井将节省在天然气田附近修建能源分流设备的投资。尤其在那些和气体生产设施相连的分散的离岸地区，成本将进一步降低。除了充当调节工具外，废弃的气井还可以作为战略天然气储备地。对于荷兰这个将要成为欧洲大陆天燃气周转站的国家来说这一点有着重用的战略意义。在废弃气井的用途上有着激烈的竞争，由于每种方法都具有排它性，因此在做最后决定以前必须经过认真的思考和仔细平衡。2：填埋CO2到含水层第二种地下填埋CO2气体的方法是把CO2气体填埋到地下含水层。地下含水层通常是由沙粒构成，因此存在着大量的空间，为CO2气体的填埋提供了良好的条件。现在，Statoil石油公司和其合作伙伴在北海的Norwegian海域开展了第一次的野外试验。他们把在Sleipner油田生产时所产生的CO2气体运送的试验海域，并且注入地下800米深的含水层。试验从1996年十月以每年1百万立方米的速度进行着。试验地点的含水层由厚达200米的Utsira沙粒构成，并由以页岩密封。在气体排放过程中页岩不光起到密封层的作用，而且页岩的传导性决定封存气体的数量。由于以前从没有这种封存方式的使用纪录，存储量仅仅是建立在数学模型的基础上，因此缺乏有效的数据正是这种使用方式的最大障碍。3：把CO2填埋到地下油层，增加石油产量填埋CO2气体到地下油层，增加石油产量的做法已经在世界上得到广泛的应用。CO2气体对石油的可溶性对石油生产带来了两点好处：第一：增加石油颗粒的饱和性，使石油颗粒具有渗透性，加快了其流动性。第二：使石油的粘性降低，加大对石油流动的控制性。当然，把CO2气体注入油层的主要目的是增加石油的产量，但同时也减少了CO2气体的排放量。在Permian盆地的地质条件下，每吨CO2气体可增产3.3桶石油。加拿大的Weyburn油田可以永久封存从300英里以外的美国North Dakota油田产生的180万吨CO2气体，因此可以多增产190万吨原油。4：把CO2气体填埋到地下煤层，增加甲烷产量把CO2气体注入地下煤层的做法起源于美国煤层甲烷公司模仿石油公司注入CO2气体增加石油产量的做法，其原理是使用CO2气体释放煤层中的甲烷气体。这种方法有效的把清洁能源的生产和CO2气体的封存结合在一起，满足了京东议定书的要求。这种做法的好处主要包括：封存CO2气体，减少生产时间，提高生产量。在美国和加拿大的试验证明，每释放一个甲烷分子，需要封存两个CO2分子。当在地下800米时，CO2分子处于临界状态，1:2的封存比例可以进一步的提高。因此在煤炭产区，用煤炭或煤炭甲烷发电可以减少CO2气体的排放水平。这种方法的另一点好处是它可以让那些在传统煤炭使用方式下无法使用的煤层得到有效的利用。因为它可以得到传统方式中无法得到的能源-煤层甲烷，所以我们认为ECBM生产方式是一种清洁能源的生产方式。在现有的四个试验地点，注入CO2气体增加CH4产量的方法已经得到验证。虽然试验的重点偏重在CH4的产量，但是这种方法的封存效果已经得到肯定。ECBM的生产方式无论在技术上或经济效果上对中国来讲都是可行的。如果在中国得到推广不仅可以减少部分地区对能源的单一依赖，更可以减少CO2气体的排放量。但是到目前为止在中国还没有相关专业的研究。由于抉择者没有能得到相关的数据，因此不可能从战略的角度去考虑这种清洁能源在中国的使用。虽然中国有着丰富的煤炭储备，但是在传统的使用方法下大部分地区不具备开采价值。因此在美国和加拿大所取得的试验效果，不能在中国的环境下得到充分的展现。我们很难期望看到像美国和加拿大一样的经济效果。要充分体现ECBM-CO2方法的经济效果必须满足以下几点前提， 第一：地下必须拥有巨大的煤层储备。第二：在地下300米到1200米之间必须拥有10米以上厚的煤层。第三：煤层均匀分布没有受到地质带的打扰。综上所述，我们认为中国山西省的Ordos盆地是最适合使用ECBM-CO2生产方式的地区。中国适合采用一种整体的方法确定未来的试验地点。这种方法包括地质勘测，地质评价，实验室试验，和实地测试等分步。通过这种方法可以为决策者提供真实有效的数据。成本，安全和环境是考虑是否使用填埋方式时所必须考虑的几个重要因素。从成本角度上来说，主要是考虑填埋是否能带来经济效益。毫无疑问ECBM是一种有效的生产方式，因为它在处理CO2气体的同时带来了附加经济效益。四：示例为了测试未来国际信用市场对ECBM-CO2生产方式的影响，我们使用一种特殊的计算方式来进行评估。我们假设可以用来封存的煤层厚达10米，并且每20立方米可以封存1吨CO2气体。现在假设某一地区每平方公里的封存量为2亿六千万立方米。该地区在生产率为40%的情况下可以生产1亿立方米的甲烷气体。根据实验室得出的1：