技術(shù)創(chuàng)新碳減排 助力雙碳促發(fā)展——記中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所魏寧研究員

減少碳排放來應(yīng)對(duì)氣候變化已經(jīng)變成全球共識(shí)。截至目前，全球已有130多個(gè)國(guó)家做出碳中和承諾，并配套以針對(duì)性的政策與行動(dòng)將承諾落地，最終轉(zhuǎn)化為碳減排的成效。

 

“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略是破解氣候危機(jī)、資源環(huán)境約束、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略，也是我國(guó)主動(dòng)擔(dān)當(dāng)大國(guó)責(zé)任、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的迫切需要。

 

我國(guó)是能源大國(guó)，煤炭與油氣在能源與工業(yè)中的占比畸高;同時(shí)我國(guó)石油對(duì)外依賴度依然超過70%。如何在保障國(guó)家能源安全前提下，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)煤炭與油氣基產(chǎn)業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型和雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，是當(dāng)前我國(guó)亟需解決的問題。

 

為從規(guī)劃、設(shè)計(jì)源頭做好新項(xiàng)目碳排管控，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所魏寧研究員所在的研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)陸地與海域的地質(zhì)特點(diǎn)，從數(shù)據(jù)-指標(biāo)-經(jīng)濟(jì)-方案多維度率先構(gòu)建起陸海領(lǐng)域碳排放源頭管控技術(shù)體系，為落實(shí)碳排放“雙控”做出重要貢獻(xiàn)，引領(lǐng)了行業(yè)在該領(lǐng)域的發(fā)展。

 

扎根領(lǐng)域 科研不輟

 

2006年，魏寧于武漢大學(xué)巖土工程專業(yè)博士畢業(yè)后，進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，加入了溫室氣體減排的研究隊(duì)伍。此后，他主要從事二氧化碳在巖土介質(zhì)中滲流規(guī)律、新型CGUS(二氧化碳地質(zhì)利用與封存)科學(xué)技術(shù)與宏觀戰(zhàn)略層面的研究。

 

什么是CGUS?就是指二氧化碳的捕集、利用與封存(Carbon Capture, Utilization and Storage)是指將二氧化碳從能源與工業(yè)生產(chǎn)等排放源或空氣中捕集分離，并輸送到適宜的場(chǎng)地開展利用或封存，最終實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的過程。據(jù)魏寧介紹，CCUS技術(shù)具有規(guī)?；⒓夹g(shù)成熟度較高與傳統(tǒng)化石能源結(jié)構(gòu)相融等特點(diǎn)，甚至可將二氧化碳資源化，能產(chǎn)生資源和環(huán)境協(xié)同效益，同時(shí)能夠降低綜合碳減排成本和減緩能源結(jié)構(gòu)巨變帶來的沖擊，為碳中和目標(biāo)托底，因此成為世界各國(guó)科學(xué)家與能源企業(yè)深入研究的對(duì)象和前沿技術(shù)。

 

魏寧在CCUS技術(shù)上深入探索研究近20年，積累了深厚的理論知識(shí)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，作為主要技術(shù)支撐專家之一，支撐與協(xié)助了國(guó)內(nèi)外多個(gè)全流程CCS項(xiàng)目，包括：中國(guó)首個(gè)10萬噸/年規(guī)模的國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯全流程CCS項(xiàng)目及后續(xù)擴(kuò)大、華能150萬噸全流程CCUS項(xiàng)目、國(guó)家能源集團(tuán)榆林百萬噸/年二氧化碳地質(zhì)封存工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行、中海油千萬噸CCUS集群等項(xiàng)目。這些項(xiàng)目通過整合不同領(lǐng)域的專家、打通了不同碳排放源中開展二氧化碳捕集、運(yùn)輸與地質(zhì)封存的全鏈條技術(shù)體系與協(xié)同優(yōu)化體系。在其中形成了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，如：陸相低滲地層內(nèi)安全高效注入技術(shù)、場(chǎng)地篩選技術(shù)、場(chǎng)地綜合評(píng)價(jià)、項(xiàng)目與集群規(guī)劃、二氧化碳封存過程與資源增采協(xié)同技術(shù)、深地安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)等，為規(guī)?；瘻p排技術(shù)貢獻(xiàn)自己的力量。

 

針對(duì)我國(guó)陸海地質(zhì)條件復(fù)雜、傳統(tǒng)技術(shù)難以統(tǒng)籌規(guī)劃的難題，在國(guó)際上首次構(gòu)建起“數(shù)據(jù)-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-策略”四維一體CCUS決策系統(tǒng);1)公里級(jí)數(shù)字孿生平臺(tái)：集成地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)與沉積盆地?cái)?shù)據(jù)，形成1 km×1 km精度陸海封存數(shù)字底板，分辨率較國(guó)際主流模型提升10倍;2)分級(jí)場(chǎng)地容量-場(chǎng)地適宜性-經(jīng)濟(jì)性-空間匹配多維評(píng)估方法體系：并首次對(duì)中國(guó)陸地與海域咸水層與油田的碳封存資源量與場(chǎng)地適宜性，煤電、鋼鐵、水泥與化工等煤基工業(yè)與能源行業(yè)，大型央企(電力與油氣企業(yè))和近二十個(gè)CCS工程開展了系統(tǒng)評(píng)估;3)CCUS系統(tǒng)評(píng)估與源匯匹配算法群：開發(fā)管網(wǎng)自動(dòng)尋優(yōu)模型，基于多要素成本曲面自動(dòng)形成CCUS集群拓?fù)浼凹夹g(shù)經(jīng)濟(jì)特征，大幅度提升二氧化碳管網(wǎng)與CCUS 集群的求解效率與空間分辨率。

 

創(chuàng)新突破 建樹頗豐

 

近年來，隨著我國(guó)海洋油氣產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)海洋領(lǐng)域綠色低碳開發(fā)進(jìn)程也開始起步了，魏寧與研究團(tuán)隊(duì)聚焦于油氣增產(chǎn)和降碳減排，在“碳排放源頭管控技術(shù)體系創(chuàng)建與應(yīng)用”中取得了工程-數(shù)據(jù)-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-策略等多維的成果創(chuàng)新。

 

首先，團(tuán)隊(duì)針對(duì)現(xiàn)有國(guó)家/行業(yè)溫室氣體統(tǒng)計(jì)分析方法以通用性為主，缺乏領(lǐng)域特點(diǎn)的針對(duì)性的問題，開展了碳排放統(tǒng)計(jì)分析方法的研究，與中海油北京研究總院團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)首次建立了規(guī)范海洋油氣生產(chǎn)溫室氣體數(shù)據(jù)排放統(tǒng)計(jì)分析方法，健全海上油氣田生產(chǎn)碳排放數(shù)據(jù)體系，提升統(tǒng)計(jì)工作效率及準(zhǔn)確性。針對(duì)油氣行業(yè)碳排放受儲(chǔ)量、地質(zhì)特征、海域環(huán)境條件等多種因素影響，碳排放指標(biāo)難界定的問題，開展油氣開發(fā)項(xiàng)目碳排放約束性指標(biāo)分析模型的研究和適用于行業(yè)/企業(yè)特點(diǎn)的內(nèi)部碳經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法技術(shù)研究，創(chuàng)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和多因素關(guān)聯(lián)的碳價(jià)格預(yù)測(cè)模型，首次建立了企業(yè)內(nèi)部碳價(jià)格參數(shù)體系。

 

團(tuán)隊(duì)針對(duì)我國(guó)海上CCUS項(xiàng)目實(shí)施較少，對(duì)于海洋地質(zhì)封存潛力與實(shí)施策略認(rèn)識(shí)不足，對(duì)于陸海統(tǒng)籌的全流程方案的系統(tǒng)性研究缺乏的現(xiàn)狀，從陸海統(tǒng)籌規(guī)劃降碳的角度開展CCUS源匯匹配評(píng)價(jià)技術(shù)的研發(fā)，構(gòu)建海域二氧化碳地質(zhì)封存場(chǎng)地適宜性、分級(jí)封存容量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、源匯匹配、集群規(guī)劃、政策影響等算法與技術(shù)，建立全海域的盆地-區(qū)帶-場(chǎng)地多尺度的海上二氧化碳封存地質(zhì)條件與潛力評(píng)價(jià)方法，同時(shí)構(gòu)建中國(guó)海域碳地質(zhì)封存數(shù)據(jù)庫，并完成了中國(guó)及毗鄰區(qū)域主要海域盆地封存潛力的評(píng)價(jià)分析。最終形成了基于預(yù)可研尺度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與陸海一體化CCUS 全鏈條技術(shù)經(jīng)濟(jì)與集群研究系統(tǒng)，建立全流程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性與CCUS集群分析與規(guī)劃方法。建立沿海碳源數(shù)據(jù)庫及中國(guó)近海CCUS場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)庫，提出管線路由自動(dòng)尋優(yōu)模型，可基于地貌、城市、鐵路、公路、生態(tài)紅線、水深等“工程-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”多約束要素下的成本曲面與管網(wǎng)自動(dòng)尋優(yōu)方法。開發(fā)CCUS項(xiàng)目規(guī)劃評(píng)價(jià)系統(tǒng)，基于成本最優(yōu)的原則可實(shí)現(xiàn)集群式CCUS 項(xiàng)目規(guī)劃評(píng)價(jià)以及單源單匯和多源多匯項(xiàng)目集群模式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)。該項(xiàng)在國(guó)內(nèi)首次建立的陸海統(tǒng)籌的CCUS源匯匹配方案評(píng)價(jià)技術(shù)，全面服務(wù)于海上CCUS項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)，為項(xiàng)目源頭減碳提供技術(shù)依據(jù)，同時(shí)全面支撐國(guó)家在海上CCUS 領(lǐng)域的整體布局和戰(zhàn)略研究。

 

在陸地與海洋規(guī)?；疌CS項(xiàng)目技術(shù)支撐方面，開發(fā)了場(chǎng)地尺度精細(xì)建模、評(píng)價(jià)與篩選方法、井場(chǎng)布局與高效注入工藝等技術(shù)、多資源與碳封存協(xié)同工藝、深井多參數(shù)與多相流體保真取樣技術(shù)、多參數(shù)監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等技術(shù)，為百萬噸/年規(guī)模及以上項(xiàng)目的高效與安全實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

 

聯(lián)合企業(yè) 廣泛應(yīng)用

 

2024年9月27日，中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)在北京召開“海洋油氣領(lǐng)域碳排放源頭管控技術(shù)體系創(chuàng)建與應(yīng)用”項(xiàng)目成果評(píng)價(jià)會(huì)，專家組同意該項(xiàng)目通過科技成果評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為該項(xiàng)目成果整體達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

 

目前，該項(xiàng)研究成果顯著、應(yīng)用廣泛，為CCUS 領(lǐng)域的發(fā)展做出了實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)，在企業(yè)、行業(yè)和國(guó)家層面均產(chǎn)生了極高的影響力。

 

在企業(yè)層面，成果在新增產(chǎn)能的碳排放影響評(píng)價(jià)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)溫室氣體的排放統(tǒng)計(jì)分析、企業(yè)內(nèi)部碳經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)機(jī)制的建立、海上CCUS項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、碳中和油氣田的建設(shè)等領(lǐng)域得到了全面的應(yīng)用，為碳排放管控提供了基礎(chǔ)核心性技術(shù)支撐。

 

該研究整體從數(shù)據(jù)-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-策略四個(gè)維度率先構(gòu)建起海洋油氣領(lǐng)域碳排放源頭管控技術(shù)體系，在我國(guó)海上油氣開發(fā)領(lǐng)域得到了全面應(yīng)用，累計(jì)支持近1億噸二氧化碳排放總量的新項(xiàng)目投資決策，為企業(yè)新增產(chǎn)能的源頭碳排放管控提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

 

在行業(yè)層面，基于研究成果形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用到陸地與海域封存場(chǎng)地，引領(lǐng)影響了行業(yè)在該領(lǐng)域的發(fā)展。目前，與企業(yè)形成團(tuán)隊(duì)開展《海域二氧化碳地質(zhì)封存容量評(píng)估》《海域二氧化碳地質(zhì)封存場(chǎng)地篩選》的標(biāo)準(zhǔn)編制，將研究成果推廣應(yīng)用至整個(gè)行業(yè)，以建立和規(guī)范油氣行業(yè)包括陸上和海上油氣企業(yè)的新增產(chǎn)能的碳評(píng)價(jià)技術(shù)要求。構(gòu)建陸地與海域二氧化碳地質(zhì)封存標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)整個(gè)行業(yè)該領(lǐng)域的發(fā)展。

 

在國(guó)家層面，該研究中對(duì)于海上CCUS封存場(chǎng)地評(píng)價(jià)方法和潛力的研究為多項(xiàng)國(guó)家級(jí)重要報(bào)告和研究的編制和開展提供了依據(jù)，為我國(guó)海上CCUS領(lǐng)域的整體布局規(guī)劃做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)?；诒狙芯康某晒?，研究團(tuán)隊(duì)參與/承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家CCUS領(lǐng)域重要研究和報(bào)告編制，包括國(guó)家科技部牽頭的《中國(guó)二氧化碳捕集利用與封存路線圖》、生態(tài)環(huán)境氣候司的《東營(yíng)碳捕集利用與封存技術(shù)產(chǎn)業(yè)路線圖》等國(guó)家和其他區(qū)域路線圖的規(guī)劃，為我國(guó)CCUS領(lǐng)域的整體布局規(guī)劃做出了實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。

 

據(jù)魏寧介紹，目前開發(fā)的部分技術(shù)成果已應(yīng)用于國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯煤制油CCS現(xiàn)場(chǎng)、中聯(lián)煤二氧化碳增采煤層氣示范現(xiàn)場(chǎng)、華能隴東二氧化碳地質(zhì)封存項(xiàng)目中，共計(jì)22項(xiàng)，關(guān)鍵技術(shù)自主可控，系統(tǒng)分析技術(shù)成果支撐了國(guó)家科技部21世紀(jì)中心、生態(tài)環(huán)境部氣候司、中國(guó)科學(xué)院等戰(zhàn)略咨詢，社會(huì)效益顯著，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

 

科研路漫漫，任重而道遠(yuǎn)，碳封存技術(shù)從現(xiàn)在的研發(fā)與示范到未來商業(yè)化，還有很長(zhǎng)的路，仍需砥礪前行。魏寧表示，他們將繼續(xù)基礎(chǔ)科學(xué)突破、創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推廣，助力“雙碳”目標(biāo)，讓我們拭目以待。(文/陳偉)