大气治理

北达科他州公用事业公司 欲建造世界最大碳捕获设施

2020-07-10 09:13:30 IEEE电气电子工程师 作者:Sandy Ong

靠近北达科他州中心镇的Milton R.Young Station和燃煤电厂一样不起眼。但如果它的所有者Minnkota Power Cooperative有办法,这家工厂很快就会闻名全球。

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总部位于Grand Forks的电力合作组织发起了Tundra项目,该项目旨在建设世界上最大的发电厂碳捕获设施,最早将于2022年开工建设。如果Minnkota Power筹集到该项目所需的10亿美元,它计划用合作公司宣称的技术改造该电站,将捕获该电站大型发电机(455兆瓦机组)排放的90%以上的二氧化碳。这一效果相当于缩减掉60万辆汽油汽车的排量。

“公司非常致力于寻找一种方法来保持这座燃煤电厂的运转,”从事Tundra项目的顾问David Greeson说。“但他们也同样致力于寻找解决二氧化碳排放问题的方法,这也是他们花钱开发这个项目的原因。”

碳捕获——在二氧化碳释放到大气中之前,将其从排放源中分离出来的过程,作为解决全球变暖问题的一种方法,越来越受到人们的关注。为了让世界实现2015年巴黎气候协议中提出的2摄氏度的目标,需要与二氧化碳作斗争,二氧化碳是主要的温室气体,约占排放量的四分之三。据估计,到2050年,碳捕获可以帮助减少近10%的碳排放。

为了从Young station中分离二氧化碳,Tundra项目将利用与德克萨斯州Petra Nova电厂和加拿大Boundary Dam电厂现有的两个碳捕获和储存(carbon capture and storage,CCS)设施相似的技术。

二氧化碳的去除过程开始于将烟气通过洗涤器,以去除杂质并降低其温度。然后气体进入吸收器,吸收器中含有一种与二氧化碳结合的液态胺溶液。加热释放胺中的气体,然后压缩提取的二氧化碳。Tundra项目将液态二氧化碳泵入砂岩中,砂岩位于附近褐煤煤矿下方一英里处,在那里将被永久储存。

Tundra是全球51个大型CCS项目之一(其中19个项目正在运行,其余项目正在建设或处于不同的开发阶段),四年前启动时,各方褒贬不一。一些专家,如能源经济与金融分析研究所(Institute for Energy Economics and Financial Analysis,IEEFA)资源规划分析主任David Schlissel认为,“增加碳捕获只是“拯救那些陈旧、昂贵、效率低下的煤电厂”的一种方式。”

美国一半以上的燃煤电厂都有40多年的历史。这座年轻的电站建于上世纪70年代,完全属于这一类。Schlissel在他与人合著的2018年报告中指出,将它们升级以适应CCS改造的花费将是昂贵的。

此外,他说,由于寄生负荷的增加,与CCS技术相结合的燃煤电厂运行成本可能更高。一个燃煤电厂使用其发电量的百分之五到九来支持其运行所需的设备。但是,他说,增加碳捕获,一个能源和水资源密集型的过程,将这种寄生负载推高到33%。

根据IEEFA的估计,这使一个燃煤电厂的发电成本增加了两倍多,从每兆瓦时30美元增加到了96美元。因此,煤炭在太阳能和风能发电方面的竞争力变得更弱,太阳能和风能发电目前的价格分别低至35美元和21美元每小时。

Schlissel说,这在该国一些非常适合使用可再生能源的地区尤其如此。例如,北达科他州拥有大量的风能,可以以非常低的市场价格向电网供电。他说:“因此,从煤电厂购买电力的实体的纳税人支付的费用要比其他实体多得多。”

“Are we looking for perfect or are we looking for good?”

—James Mulligan, World Resources Institute

但世界资源研究所(World Resources Institute)的James Mulligan说,用可再生能源取代煤炭和其他化石燃料并不是一个简单的解决方案。问题变成了:“在政治来看,真的有这样做的机会吗?”他说。

在该国许多地区,对煤炭工业的支持依然强劲。尽管美国对煤炭的依赖稳步下降,但燃料供应仍接近美国电力需求的四分之一。从全球范围来看,这一数字接近40%,亚洲许多国家因煤炭的可获得性和低成本而青睐煤炭。

Mulligan说:“捕获二氧化碳肯定比让它继续保持不变要好。我们究竟是在寻找完美还是在寻找美好?”

他说,像Tundra这样的碳捕获项目,是美国为实现2050年碳中和目标(即每年仅排放20亿吨二氧化碳)而需要采取的多管齐下方法的一部分。

但Schlissel说,减少美国碳足迹的方法成本更低。CCS项目的业绩不佳,主要是因为建造这些项目的成本高得离谱。在能源部高级化石能源研究计划(Department Of Energy's advanced fossil Energy research program)在2010年至2017年间资助的9个示范项目中,总计花费约11.2亿美元,而其中只有一个发电厂项目至今仍在运营:240-MW Petra Nova。

即使是未来的项目,包括Tundra和新墨西哥州的San Juan发电站,似乎也没有希望。“这每一个项目看起来似乎都没有经济可行性,”Schlissel说。

Greeson不同意。Tundra项目已经从能源部获得980万美元,北达科他州lignite research fund获得1500万美元。他相信,随着45Q税收抵免计划(tax credit scheme)的追加资金,该项目将可获得开工所需的资金。

根据该项目,资者每隔离和储存一公吨二氧化碳将获得50美元。Tundra项目每年捕获350万吨二氧化碳,补贴将持续12年。Greeson说:“因此,这项工程的税收抵免额为21亿美元,建设成本将达到10亿美元左右。”

为此,Tundra项目团队与北达科他大学的合作者和两个行业合作伙伴一起,目前正在努力获得许可证,并制定详细的工程计划,以便他们能够向潜在投资者提供全面的风险评估。Greeson估计,需要两年时间筹集所需资金,另外三年时间用必要的技术改造工厂。如果是这样,Young Station最早可能在2025年成为世界上最大的基于电厂的碳捕获设施。

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