中国水泥行业碳捕集、利用和封存技术部署的碳-能-水耦合
原文信息
原文标题:
The carbon-energy-water nexus of the carbon capture, utilization, and storage technology deployment schemes: A case study in China's cement industry
作者:
Yihan Wang, Zongguo Wen*, Mao Xu, Vorada Kosajan
原文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626192400374X
发表期刊:
Applied Energy
发表时间:2024.5
关键词:水泥,碳捕集、利用和封存、源-汇匹配、碳-能-水耦合、排放清单
引用信息:
Yihan Wang, Zongguo Wen, Mao Xu, Vorada Kosajan, The carbon-energy-water nexus of the carbon capture, utilization, and storage technology deployment schemes: A case study in China's cement industry, Applied Energy, Volume 362, 2024, 122991, ISSN 0306-2619
文章导读
碳捕集、利用和封存(CCUS)技术在水泥行业的低碳排放转型中发挥着至关重要的作用, 然而该项技术也导致了大量的能源和水的消耗。为了制定适当的 CCUS 部署策略,需优化CCUS技术的空间部署并探究其引发的碳-能-水耦合关联。本研究将中国水泥点源排放清单与碳汇资料相结合,开发源-汇匹配模型,以确定不同减排目标情景下的最佳CCUS部署方案,并评估了方案对能源和水资源消耗影响的空间分布以及碳-能源-水耦合关联。通过揭示CCUS对经济成本、能源消耗和水资源消耗的多维度影响,为规划最优CCUS部署方案提出独到见解,并为中国水泥行业实现深度脱碳提供支撑。
关键结论
若要实现中国水泥行业 20%、40% 和 60% 的碳减排目标,需在229、445 和 627 家水泥厂部署 CCUS。三个情景的技术部署成本分别为794、1679和2695亿元人民币,给水泥行业带来了巨大的经济压力。碳捕集技术的选择显著影响了CCUS部署方案的碳-能源-水耦合关联,净能源和水资源消耗为271.5至2410.9 PJ和 -0.285至8.724亿立方米。如采用水耗最低的碳捕获技术,共有13-15个省份可实现碳减排和水资源获取的共生效益;然而,无论采用什么技术,碳减排和能耗目标之间都存在冲突关系。
研究图表
1. 中国水泥行业分省产量及碳排放水平:
本研究基于已有企业数据库,核算中国水泥行业约4000条生产线的产量及碳排放现状。
Fig. 1 The cement production output (points) and carbon emissions (columns) of China’s cement industry by province
2.最优方案下需部署CCUS技术的水泥企业:
为实现通过CCUS技术减少当前中国水泥行业碳排放20%、40%和60%的目标,分别需对229、445和667家企业部署水泥。
Fig. 2 The spatial distribution of the selected carbon sources under S3 scenario
3.CCUS管线布置距离及经济成本:
为实现通过CCUS技术减少当前中国水泥行业碳排放20%、40%和60%的目标,需铺设的碳输送管线长度为4513.6公里、17069.6公里和40126.3公里,单位固碳成本为333.4-376.9元/吨CO2。
Fig. 3. The pipeline distances and economic costs of the optimal CCUS deployment schemes under a S1, b S2, and c S3 scenarios
4.中国水泥行业CCUS部署的碳-能-水耦合关联:
为实现通过CCUS技术减少当前中国水泥行业碳排放20%、40%和60%的目标,最优CCUS部署方案随采取的碳捕集技术的不同,能耗分别介于271.5-643.0 PJ, 742.7-1485.7 PJ,和1296.6-2410.9 PJ之间;水耗分别介于0.12-312亿立方米,-0.08-5.92亿立方米和-0.29-8.72亿立方米之间。若采用低水耗的碳捕集技术,有14个省份可实现碳减排和水资源获取的协同;但无论采用何种技术,碳减排和能耗目标始终呈现冲突关系。
Fig. 4. The carbon-energy-water nexus of the CCUS deployment schemes by province in a-c low and d-f high energy and water intensities in carbon capture
第一作者简介
王奕涵
清华大学环境学院博士毕业生,研究方向为典型部门能源与环境系统分析
通讯作者简介
温宗国
清华大学环境学院长聘教授,循环经济产业研究中心主任,伦敦大学学院荣誉教授。主要研究方向为固废资源化与循环经济、能源与环境系统工程。
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清华大学环境学院循环经济产业研究中心(Tsinghua CICE)重点开展循环经济与节能减碳领域的管理政策分析、关键技术研发与产业化应用。