能源行業專題報告：碳捕集利用與封存技術CCUS助力加速邁向碳中和

科技 06-13

（報告出品方/作者：海通證券，吳傑）

1. CCUS是實現凈零碳排放的關鍵手段

1.1 CCUS是實現凈零碳排放的核心技術之一

碳捕集利用與封存技術（CCUS）是指通過地質利用、化工利用和生物利用等資源化利用手段，將化石能源利用或工業過程排放的CO2以及從空氣中捕集的CO2 進行封存或轉化為燃料和化工產品的技術手段。

1.2 CCUS 技術流程及分類示意

CCUS按技術流程分為捕集、輸送、利用與封存等環節。近十餘年來， CCUS技術種類不斷增多並日趨完善。已形成的 CO2捕集技術覆蓋了主要的碳排放源類型，CO2 利用與封存技術在石油、化工、煤炭和電力等行業都有工程實踐。

1.3 全球CCUS行業總體保持增長勢頭

目前全球CCUS行業總體保持增長勢頭。據Global CCS Institute，2010—2020 年間全球有60個CCUS項目投入運營，是1990—2000年間的1.71倍。美國、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯酋等國家均在加速推進CCUS項目的工業化。

1.4 CCUS長期發展潛力大

較大的理論封存容量空間在一定程度上說明CCUS長期發展助力全球碳減排具有可行性。根據《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》，全球陸上理論碳封存容量為6~42萬億噸，海底理論碳封存容量為2~13萬億噸。

1.5 CCUS將為全球凈零排放貢獻15%減排量

國際能源署（IEA）評估，全球利用碳捕集技術捕集的 CO2總量將從2020 年的約4000萬噸增至2050年的約76億噸，增幅超過一百倍；在可持續發展情景中，全球2070 年實現凈零排放， CCUS 將貢獻 15% 的累積減排量。

2. CCUS技術流程及應用案例

2.1 CO2捕集：技術概述

CO2 捕集：將 CO2 從工業生產、能源利用或大氣中分離出來的過程，主流技術包括燃燒前捕集、燃燒後捕集和富氧燃燒。

2.2 CO2運輸：技術概述

CO2輸送：將捕集的CO2運送到可利用或封存場地的過程。根據運輸方式的不同，可以分為管道、船舶、公路、鐵路運輸等等。

2.3 CO2利用與封存：技術概述

CO2利用：通過工程技術手段將捕集的CO2實現資源化利用的過程。根據工程技術手段的不同，可分為CO2地質利用、CO2化工利用和CO2生物利用等。

CO2封存：通過工程技術手段將捕集的CO2注入深部地質儲層，實現CO2與大氣長期隔絕的過程。現階段確定的三類主要地質封存儲層有枯竭油氣藏、煤層和鹹水層。據《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》，深部鹹水層封存佔據主導位臵，其封存容量佔比約98%。

2.4 CCUS技術發展階段

目前國內外CCUS各技術環節均取得了顯著進展，部分技術已經具備商業化應用潛力。 CO2捕集：國內外燃燒前物理吸收法已經處於商業應用階段；其它大部分捕集技術處於工業示範階段。 CO2運輸：國外罐車運輸、船舶運輸和管道運輸均已實現商業應用，國內罐車運輸和船舶運輸技術已達到商業應用階段，主要應用於10萬噸/年以下規模CO2 輸送。

3. 高昂成本制約CCUS規模化發展

3.1 現階段CCUS技術成本偏高，經濟性較差

現階段CCUS技術成本偏高，暫不具備較強的經濟性實現大規模推廣應用。電力、水泥是我國減排成本較高的行業，凈減排成本分別為300~600RMB/噸CO2、 180~730RMB/噸CO2。煤化工和石油化工領域的一體化驅油示範項目凈減排成本最低可達到120RMB/噸CO2。 CCUS技術的普及和推廣還受到地質條件和應用場景等約束。

3.2 CO2捕集成本佔CCUS總成本70%~80%

因捕集過程的高能耗，捕集成本約佔總成本的70%-80%。CO2捕集成本因CO2來源的不同而有很大差異。根據楊文潔《碳捕獲使用與埋存（CCUS）技術路徑的成本分析研究》，電力部門部署CCUS的凈減排成本為425.83~597.88RMB/噸 CO2。按度電CO2排放1100g計算，度電成本將增加0.47~0.66RMB/KWh。

3.3 CO2管道運輸成本隨著運輸容量增多降低

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）、歐洲零排放化石燃料發電廠技術平台（ZEP）和美國能源部（USDOE）分別在不同時間發布了關於不同CO2運輸容量的陸上和海上管道的運輸成本的估計。

3.4 CO2利用能夠實現一定經濟收益

由於利用模塊所涉及的領域十分廣泛，對於CO2利用技術的成本收益數據整合難以展開，技術的成本收益取決於產品價格、利用效率等多方面因素。

根據王堯《基於鋼鐵廠碳捕集的CCUS-EOR全流程項目技術經濟評價研究》，影響鋼鐵廠CCUS-EOR項目內部收益率的主要因素包括油價、驅油比、碳價、國家資金支持和運營成本。在油價60USD/bbl，驅油比3.5：1，碳封存補貼0元/ 噸，運營成本按照100%計算，碳交易價格為0元/噸的基準情景下，基於鋼鐵廠碳捕集的CCUS-EOR全流程項目的總投資約為55億元，可實現內部收益率 12.9%。

3.5 碳封存單位成本隨著CO2存儲量增加下降

CO2封存成本主要由儲層質量和整個項目生命周期內注入的二氧化碳質量決定。存儲的單位成本隨著所存儲的CO2的質量增加而降低。

3.6CCUS未來整體降本趨勢

隨著市場的增長、技術的發展、融資成本的下降、規模經濟的實現以及CCUS設施建設和運營經驗的積累，CCUS經濟性有望顯著提高。（報告來源：未來智庫）

3.7 不同版本報告降本趨勢比較

通過比較《中國碳捕集利用與封存技術發展路線圖（2019 版）》和《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》中披露的未來CCUS降本趨勢，可以發現：

CO2捕集成本： ①2030-2040年是實現CO2捕集技術成本下降和實現大規模商業化應用的關鍵時期。兩份報告均認為2040年的CO2捕集成本約將下降為2030年的一半。因此，我們認為實現碳達峰目標之後的十年，是CO2捕集成本下降的關鍵時期。由於CO2捕集成本佔CCUS總成本70%~80%，整體來看2030-2040年也是CCUS技術降本的關鍵時期。

②富氧燃燒技術在2040年後才將逐步具有經濟競爭力。2019年報告將CO2捕集成本分為高濃度捕集和低濃度捕集，對照2021年報告中燃燒前、燃燒後及富氧燃燒三種技術的成本趨勢，我們認為：由於CO2捕集的富氧燃燒技術路線的成本較高，2040 年前，無論是高濃度還是低濃度CO2捕集均主要圍繞燃燒前和燃燒後技術，富氧燃燒技術難以投入大規模商業化應用。2040年之後，富氧燃燒的成本持續下降，更具經濟競爭力。

3.8降本趨勢下，CCUS逐步實現規模化部署

根據Greig和 Uden（2021）的研究結果，不同氣候政策情景下，到2050年全球CCUS項目碳減排量集中在50- 150 億噸/年左右。

3.9 伴隨CCUS降本，碳價或出現向下拐點

2021年以來，歐洲碳交易市場十分活躍，歐盟碳價在2021年12月達到了90EUR/ 噸CO2區間。據江蘇節能網援引標普全球普氏分析公司預測，歐盟碳價從2022 年起就不會低於60EUR/噸CO2，到2030年將維持在100EUR/噸CO2左右。長期來看，CO2減排成本將決定碳價。伴隨著CCUS技術進步以及成本下降，我們預計歐洲碳交易價格或將在2030年後迎來降價拐點。

4. 中國CCUS行業成長空間可期

4.1 CCUS能為中國「雙碳」目標提供有效支撐

我們認為CCUS與新能源等技術是競爭融合關係，化石能源 CCUS與新能源互補將為「雙碳」實現提供有效支撐。

4.2 中國正有序部署CCUS技術研發和應用

為加快推動CCUS技術支撐碳達峰、碳中和目標實現，中國目前正在有序部署 CCUS技術的研發與應用。

4.3 「雙碳」目標下，中國CCUS成長空間可期

根據全球能源互聯網合作組織《中國2030年前碳達峰研究》，中國將在2028年實現全社會碳排放量達峰，屆時CCUS將移除0.6億噸的碳排放量，僅佔全社會總排放量（102.3 13 0.2=115.5億噸）的0.5%。2035年，CCUS將貢獻1億噸的減碳能力，佔全社會總排放量（77.1 11 0.2=88.3億噸）的1.1%。

根據《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》，中國CCUS 的減排潛力將在2040年後實現明顯突破。2040/2050/2060年，中國CCUS整體減排潛力將分別達到3.7~13億噸/年， 6~14.5億噸/年以及10~18.2億噸/年，其中，電力行業減排需求潛力較大，在2040-2060年間維持在2.2~6億噸/年。

伴隨著技術進步和規模化應用，CCUS利用和封存潛力空間不斷釋放。根據《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》，2040/2050/2060年，中國CCUS整體利用與封存潛力將分別達到6.2~11.7億噸/年，9.6~19.9億噸/年以及12.2~29.2億噸/年。

5. 火電 CCUS為電力行業深度脫碳提供重要技術選擇

5.1 火電行業是當前中國 CCUS 示範的重點

充分考慮電力系統實現快速減排並保證靈活性、可靠性等多重需求，火電加裝 CCUS是電力部門具有競爭力的重要技術手段，可實現凈零碳排放，提供穩定清潔低碳電力，平衡可再生能源發電的波動性，並在避免季節性或長期性的電力短缺方面發揮慣性支撐和頻率控制等重要作用。因此，火電行業是當前中國CCUS示範的重點。

5.2 基於源匯匹配的中國火電CCUS減排潛力

CCUS源匯匹配主要考慮排放源和封存場地的地理位臵關係和環境適宜性。基於源匯匹配中國火電 CCUS減排潛力，可以發現準噶爾盆地、吐魯番-哈密盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地和渤海灣盆地是火電行業部署 CCUS 技術（包括 CO2-EOR）的重點區域，適宜優先開展 CCUS早期集成示範項目，推動CCUS技術大規模、商業化發展。

5.3 海外火電目前面臨較高的環保成本

根據IEA發布的《Projected Costs of Generating Electricity 2020》中披露的不同發電技術全生命周期度電成本，可以發現部署CCUS將導致海外火電發電成本上升約20USD/MWh; 根據2021年美元兌人民幣平均匯率6.45折算，測算由於部署 CCUS 技術，海外火電發電成本將上升約 0.129 RMB/KWh；

2021年，歐盟排放權配額（EUA）價格為53.59EUR/噸CO2，根據2021年度歐元兌人民幣平均匯率7.63，度電CO2排放1100g折算，海外火電發電所需額外支付的碳排放成本為0.450RMB/KWh；

因此，若部署CCUS技術進行碳減排，海外火電可以降低0.321RMB/KWh （0.450-0.129=0.321RMB/KWh）的發電成本，該成本即為目前海外火電的環保成本。

5.4 降本趨勢下，火電CCUS組合更具競爭力

伴隨CCUS降本趨勢的延續，火電CCUS組合在電力系統中將更具經濟競爭力。根據北極星碳管家網，我們估算到2025~2027年，火電CCUS度電CO2減排成本約為 0.34RMB/KWh。

根據《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）》披露的2025- 2060年 CCUS成本變化趨勢，按照度電 CO2排放 1100g計算，我們預測了 2025~2060年火電CCS的度電CO2減排成本，預計到2030年，度電碳減排成本為 0.12~0.54RMB/KWh，到2060年，度電碳減排成本為0.03~0.18RMB/KWh。