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特高压输电：解决电力资源时间、空间分布不均

特高压指的是电厂把电制造出来以后，先将电压提升到很高后再往外传送，从而减少能源传输过程中的损耗。如果是交流特高压，电压需要加到1000kV，直流特高压则是±800kV。目前中国在特高压输电领域走在世界前列，并向世界输出特高压标准。

2010年，我国第一条从山西长治到湖北荆门的特高压线路正式运行。根据《国家电网有限公司2020社会责任报告》，国家电网已累计建成投运“十四交十二直”26项特高压工程，在运在建线路总长度达4．1万公里，累计送电超过1．6万亿千瓦时。

要想用特高压技术把电输送出去，需要对电网进行整体性的改造，而且在特高压输电条件下，需要采取措施保障人和设备的安全。由于这些因素，从2015年开始，虽然我国特高压工程线路总长一直在增加，但增速相对放缓。目前业内估计建设一个相对完善、能够覆盖全国的特高压输电网至少需要五到十年时间。短期来看，我们不太能指望“特高压输电＋陆上风能”的方案较好地解决东南沿海地区风能枯竭的问题。上文介绍的海上风能相关技术值得重点关注。 以上我们为大家介绍了各类清洁能源的发展现状和未来趋势。尽管各类型新能源发展势头喜人，但是我们必须认识到，对很多行业来说，单独依靠降低碳排放的方式很难大规模地削减碳排放量，更不可能将排放量降为“0”，因此需要采用一系列的技术增加碳的吸收，实现碳的“负排放”。

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碳捕捉、利用和封存（CCUS）：难度高但不能放弃的技术探索

CCUS这几个字母分别代表着对二氧化碳进行捕捉、利用和封存。IEA测算，从现在到2060年的累计减排总量中，CCUS将贡献8％。碳中和初期，CCUS主要用于碳捕捉设备改造，以减少电力和重工业领域现有设备的碳排放，在此之后CCUS将会重点关注从大气中直接移除二氧化碳（DAC），抵消减排困难部门的碳排放。

目前在碳捕捉、碳利用和碳封存中，碳捕捉相对成熟；碳封存已经有了一些方案，但可靠性还有待长时间验证；碳利用方面案例不多，尚未见到大规模的应用。我们接下来为大家依次介绍三个领域：

1． 碳捕捉主流的碳捕捉方法主要分为三个方向：燃烧后捕捉、燃烧前捕捉和富养燃烧捕捉。目前世界上大量碳捕捉项目，包括我国已经进行试验的项目，都是工厂端的项目：把碳捕捉设备放在生产线上，吸收自己生产过程中排的碳（也即实现燃烧后捕捉）。

在中国，采用不同技术方法捕捉每吨二氧化碳的成本不同：燃烧前捕捉36－62美元（250－430元），燃烧后捕捉43－65美元（300－450元），富氧燃烧捕捉43－58美元（300－400元）。我国政府已经制定了目标，到2030年预计将捕集成本降低30－40％，到2050年降低60－70％。

1．1 燃烧后捕捉燃烧后捕捉，是在燃烧化石能源的燃烧室之后再接一段吸收分离装置，用一些化学方法吸收燃烧产生的二氧化碳，随后再通过一系列物理化学反应将二氧化碳释放、搜集、储存大容器中。比如我国华能上海石洞口第二电厂从2010年就开始应用燃烧后捕捉技术。

华能上海石洞口第二电厂的碳捕捉设备（图中的两个球体）

燃烧后捕捉的优点是技术难度不大，而且对工厂不需要做过多改造，但缺点是捕捉过程本身耗能较大。目前改进的方向是调整二氧化碳吸收剂的配方，以及优化气体释放、搜集和储存相关工艺。

1．2 燃烧前捕捉碳捕捉的另外一个方式是燃烧前捕捉。这种方式在工程成熟度上落后于燃烧后捕捉，主要应用在煤电厂。具体来说，燃烧前捕捉在煤炭燃烧前对其进行去二氧化碳处理，将燃料转化为氢气和二氧化碳的气体混合物，从而促进清洁燃烧。在燃烧后，气体中的二氧化碳被压缩后、运输。但是，这种技术不适合应用于传统煤电厂，因为对煤粉做了预处理后，燃烧环节与传统煤电厂的操作有很大不同，因此目前这项技术主要应用于新建电厂和化工厂，尤其是生产氢气的化工厂。

1．3 富氧燃烧捕捉这项技术指的是对空气进行预处理，提升含氧量，从而提升燃烧后的气体混合物中二氧化碳的浓度，同时减少氮氧化物的排放。但是，富氧燃烧的缺点也非常明显：富氧条件下的燃烧反应温度远高于普通的燃烧反应，一般的锅炉设备无法承受这样的高温。另外考虑到前段工序还要建设氧气提纯的设备，富氧燃烧捕捉的整体成本居高不下，目前应用规模也远没有燃烧后捕捉大。

1．4 直接碳捕捉（DAC）直接碳捕捉指从空气中直接吸收或吸附二氧化碳。其原理是通过吸附剂对二氧化碳进行捕捉，完成捕捉后的吸附剂通过改变热量、压力或温度来恢复原状并用于再次捕集，而纯二氧化碳则被提取并储存起来。

直接碳捕捉的优势是可以对数以百万的小型化石燃料燃烧装置以及交通工具等分布源所排放二氧化碳进行捕捉和处理，方式和布置地点更为灵活。在2021年，微软投资了一家瑞士DAC公司Climeworks。该公司的项目去年9月已经开始运行，目前已经从空气中永久移除了超过140万吨二氧化碳。

目前而言，DAC在工业领域的发展还处于初步阶段，这一技术所面临的主要挑战之一就是成本过高。DAC设备一般由空气捕捉模块、吸收剂或吸附剂再生模块、二氧化碳储存模块三部分组成。要想降低成本，可以从吸附吸收材料和捕捉装置两个角度进行技术研发。在材料方面，需要开发兼具高吸附容量和高选择性的吸附材料。与此同时，从吸附剂中释放吸收到的二氧化碳的过程也必须简单、高效、耗能少，使得吸收吸附材料能够多次循环使用；在吸收装置方面，主要有捕集装置、吸附或吸收装置、脱附或再生装置。一般来说，对吸附装置以及脱附装置的改进和研究是降低成本的关键。

一个应用DAC思路是将DAC设施建立在具有低成本可再生能源或核电电力设施周边，以及具备二氧化碳封存资源的地区。目前看来，中国的四川盆地同时拥有水电和二氧化碳封存资源，东北的松辽盆地兼具二氧化碳封存资源和风能、太阳能资源，是DAC的高潜力发展地区。

2． 碳封存

2．1 油田和气田储存油田和气田是天然的气体封存场所，不但严密稳妥，而且存储空间也足够大，在全球的分布比较均匀。根据估计，现有的油田、气田足够在未来几十年支持二氧化碳的封存。另外，利用油田和气田储存二氧化碳可以在使用“二氧化碳驱油”（二氧化碳－EOR）的同时顺便实现：通过注入二氧化碳，人们既能提升开采的石油产量，也能实现对二氧化碳的封存。当前中石油在吉林的二氧化碳EOR项目每年从天然气加工过程中捕集二氧化碳60万吨。我国还在胜利油田和鄂尔多斯盆地建设新的二氧化碳－EOR项目。

目前，最长的二氧化碳封存项目已经有十多年的历史，且未出现泄漏事件。然而需要注意的是，油气田封存理论上是存在一定的泄漏风险的，多是由于油、气田的设计和开采方式所致，地震等地质灾害也可能影响封存效果。

2．2 深部咸水层封存这个封存是指把二氧化碳封到陆地或者海洋的深部咸水层中，让水分能容纳二氧化碳。IEA统计，在除了中国以外的世界其他地区，目前共有五座大型在运深部咸水层封存设施，每年向咸水层注入约800万吨二氧化碳。中国最大的相关示范项目由神华集团于2011－2014年在鄂尔多斯盆地开展，向咸水含水层注入了约30万吨二氧化碳。该项目现已停止二氧化碳注入，但仍在积极开展二氧化碳监测。

据估计，中国有相当大的二氧化碳封存潜力，陆上盆地的理论封存容量超过3250亿吨，海洋盆地为770亿吨。中国CCUS路线图设定的目标是到2030年将咸水层封存成本降低约五分之一，达到5．80－7．25美元／吨（40－50元／吨），到2050年降低一半，达到3．62－4．35美元／吨（25－30元／吨）。

3． 碳利用二氧化碳既可以被直接使用，也可以作为原料被用于制造一系列产品。当今捕捉的二氧化碳大部分被用于二氧化碳驱油和化工产品制造，少量用于电子和食品饮料行业。总体来说，二氧化碳的利用主要分为碳摄取、碳转化和碳矿化三个途径：

• 碳摄取：主要利用藻类等生物的光合作用，将二氧化碳转化成一系列产品，如燃料、化工物质、土壤物质、甚至食物；

• 碳转化：转化途径可以包括热化学、电化学、光化学和微生物介导的方法。通过这一途径，废弃的碳可以转化为合成燃料、化学品、塑料和碳纤维等固体碳产品。

• 碳矿化：二氧化碳与碱性反应物一起矿化以产生无机材料，例如水泥、混凝土、碳酸氢盐和相关的无机化学品。碳酸盐材料可能是一种有效的长期二氧化碳储存选择，尤其是在建筑环境中使用。