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碳捕獲與油藏封存CO2氣源途徑經(jīng)濟性比較方法分析論文
0 引言
中國油田大多數處于三次采油階段，由于水驅采收率遞減及其他提高采收率方法的適用限制與效果有限，CO2驅油方法逐漸進(jìn)入人們視野。使用CO2驅油始于1952 年whorton 等人申請的第一項CO2開(kāi)采原油專(zhuān)利。經(jīng)過(guò)二十世紀五六十年代美國與蘇聯(lián)嘗試，20 世紀70 年代CO2驅油項目開(kāi)始商業(yè)化運作。20 世紀80 年代后該技術(shù)日趨成熟，并得到廣泛應用。2008 年CO2-EOR( CO2-Enhance Oil Recovery) 項目產(chǎn)量達到全球總提高采收率產(chǎn)量的15. 1%，2009 年CO2驅油項目數量占全球提高采收率項目數量的33. 79%。其中，美國是使用該技術(shù)最多、最成功的國家，其CO2驅油項目產(chǎn)量在2008 年是美國EOR 總產(chǎn)量的38%。中國CO2驅油研究起步較晚，至今仍處于礦場(chǎng)試驗和擴大試驗階段。
近年來(lái)，迫于國內能源需求與CO2減排的雙重壓力，CO2驅油逐漸受到國家及各大油田重視，開(kāi)始積極開(kāi)展國家層面的科學(xué)研究及企業(yè)層面的技術(shù)實(shí)踐。然而，由于我國沒(méi)有大型CO2氣田投入開(kāi)發(fā)，只能依靠從工業(yè)副產(chǎn)物中捕獲取得，氣源受到嚴重限制[7]。而從工業(yè)副產(chǎn)物中捕獲CO2成本高昂，使CO2-EOR 項目經(jīng)濟性受到公眾的廣泛質(zhì)疑。因此，本文對CO2-EOR 項目中CO2獲得途徑進(jìn)行了考察，對同一項目不同氣源途徑選擇時(shí)需考慮的因素進(jìn)行了分析，研究了不同CO2獲取途徑的經(jīng)濟性比較方法，構建了比較指標及其計算模型，對不同途徑公式中經(jīng)濟要素的構成進(jìn)行討論，然后采用上述方法對中國現運行的3 個(gè)CO2捕集項目進(jìn)行了實(shí)例分析，最后給出結論及推動(dòng)中國CO2-EOR 發(fā)展的規劃建議。
1 CO2氣源途徑
國內一直有小型CO2氣源供應，主要為制氫和化肥廠(chǎng)尾氣，以滿(mǎn)足我國生產(chǎn)碳酸飲料、焊接、化工和制冷等行業(yè)需求。制氫裝置與化肥廠(chǎng)尾氣CO2濃度高，提純工藝成熟且經(jīng)濟，但規模不大，無(wú)法滿(mǎn)足油田注氣要求。因而，實(shí)施CO2驅油項目必須尋找更為龐大的CO2氣源�？赡艿腃O2大型氣源主要有: CO2氣田、高含CO2天然氣處理裝置尾氣和大型高能耗企業(yè)廢氣。
1. 1 CO2氣藏
我國10 多個(gè)省市的30 多個(gè)地區發(fā)現了CO2氣田，多數純度達95% 以上，最高達99. 88%。戴金星院士認為氣藏中CO2含量達60% 以上，即可以稱(chēng)為CO2氣藏。
1. 2 含CO2天然氣藏
中國存在大量高含CO2天然氣田，氣田產(chǎn)出的天然氣中含有大量CO2。CO2等雜質(zhì)的存在會(huì )影響天然氣燃燒，在銷(xiāo)售天然氣之前，必須將CO2等雜質(zhì)分離出來(lái)。由于CO2含量高，所以分離出的氣體雜質(zhì)幾乎是純的CO2氣。這部分氣體沒(méi)有很好的用途，基本都被排放到大氣中，不僅造成對環(huán)境的污染，也是對CO2資源的浪費。如果這類(lèi)氣田附近恰好有油田存在，可將分離出的CO2注入到附近油藏中，不僅可以驅動(dòng)原油的流動(dòng)，提高采收率，還可以減少CO2向大氣中的排放。
1. 3 工業(yè)廢氣中捕獲
工業(yè)廢氣是全球溫室氣體排放量增加的主導因素。對CO2驅油項目來(lái)說(shuō)，它也是巨大的CO2氣源。2006 年，白冰等人對中國8 類(lèi)企業(yè)CO2排放量進(jìn)行了調查分析，發(fā)現中國CO2排放量最多的行業(yè)依次是火力發(fā)電( 63%) 、水泥制造業(yè)( 19%) 和鋼鐵制造業(yè)( 10%)。Hendriks C 等人建立了世界9 類(lèi)企業(yè)的CO2排放源數據庫，這9 類(lèi)企業(yè)的排放量構成。中國CO2排放構成與世界基本一致。對CO2捕獲應從火電、水泥、鋼鐵、合成氨和煉油等CO2排放比例較大行業(yè)入手，不僅可以減少大量CO2排放，也可以為CO2-EOR 項目提供充足的氣源。
2 不同氣源途徑經(jīng)濟性比較方法
本部分構建了比較不同途徑經(jīng)濟性的指標及其計算模型，對計算方法中不同途徑所涉及到的經(jīng)濟要素構成進(jìn)行了分析。
2. 1 經(jīng)濟性比較方法
不同獲得途徑產(chǎn)出物均是CO2，不同的是為了獲取CO2發(fā)生的投入，所以對不同途徑的比較只需對不同途徑投入要素進(jìn)行分析比較。其中，投入主要包括項目投資與運營(yíng)成本。因此，本文提出了單位氣費用現值和單位氣費用年值兩個(gè)指標，作為衡量不同途徑經(jīng)濟效果的判斷標準。通過(guò)這兩個(gè)指標可以比較不同壽命期、不同規模CO2捕獲項目的經(jīng)濟可行性。
不同途徑投入要素進(jìn)行分析比較。其中，投入主要包括項目投資與運營(yíng)成本。因此，本文提出了單位氣費用現值和單位氣費用年值兩個(gè)指標，作為衡量不同途徑經(jīng)濟效果的判斷標準。通過(guò)這兩個(gè)指標可以比較不同壽命期、不同規模CO2
3 結論與建議
1) 文中構建的CO2氣源途徑經(jīng)濟性比較指標P1、P2和其經(jīng)濟要素的計算方法，可以為計劃實(shí)施的CO2-EOR 項目氣源途徑選擇決策提供方法支持和指導。其中，P2指標可以與購買(mǎi)CO2市場(chǎng)價(jià)格直接進(jìn)行比較，從而判斷捕獲項目開(kāi)展與購買(mǎi)哪個(gè)更加經(jīng)濟。
2) 對不同CO2氣源途徑投入要素分析發(fā)現，在CO2-EOR 項目各種氣源途徑中，從已開(kāi)發(fā)天然氣藏天然氣處理尾氣中捕獲CO2最經(jīng)濟。在CO2-EOR 技術(shù)發(fā)展尚不成熟，中國推廣CO2-EOR 技術(shù)初期，應首先從該種途徑氣源著(zhù)手。其他氣源途徑經(jīng)濟性無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單分析取得，需利用文中研究方法進(jìn)行具體分析比較。
3) 通過(guò)對中國現行捕獲示范裝置采用上述方法進(jìn)行分析比較發(fā)現，當假設項目壽命期為20 年，折現率為10%時(shí)，重慶合川電廠(chǎng)和上海石洞口第二電廠(chǎng)的單位氣費用年值分別為556 元/t 和573 元/t，比中國重慶地區600 元/t 的售價(jià)略低，有一定利潤空間。華能北京熱電廠(chǎng)CO2捕獲項目單位氣費用年值為1397 元/t，遠遠高于重慶CO2市場(chǎng)價(jià)格。但中國不同地區CO2售價(jià)有很大區別，所以捕獲項目與購買(mǎi)相比的經(jīng)濟情況需要根據項目所在地區CO2市場(chǎng)價(jià)格確定。
4) 對三個(gè)捕集示范項目敏感性分析顯示，華能北京熱電廠(chǎng)項目對投資更加敏感，說(shuō)明項目投資超出了正常范圍，這也是該項目不經(jīng)濟的主要原因。重慶合川電廠(chǎng)和上海石洞口第二電廠(chǎng)CO2捕集示范工程投資與成本處于正常范圍，其對成本更為敏感。說(shuō)明在CO2捕集項目中，成本是決定項目經(jīng)濟效果的關(guān)鍵，技術(shù)條件限制和運營(yíng)成本的居高不下是制約CO2捕集項目商業(yè)化推廣的重要因素。因此，中國應認識到CO2氣體減排迫切需要，加大CO2捕集技術(shù)研發(fā)投入，從而降低CO2捕集成本，為CO2捕獲與減排提供技術(shù)和經(jīng)濟基礎。
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