導(dǎo) 讀

二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)是國(guó)際認(rèn)可的實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)所必需的負(fù)碳技術(shù)。CCUS技術(shù)減排的核心在于地質(zhì)封存的安全性與實(shí)際地質(zhì)封存量的核實(shí)、量化與驗(yàn)證，這是重點(diǎn)排放企業(yè)盤(pán)查實(shí)際減排量、確定碳配額、進(jìn)入碳市場(chǎng)交易、標(biāo)定碳足跡和獲取政府補(bǔ)貼的重要依據(jù)。文章針對(duì)CCUS全流程項(xiàng)目，從直接排放、間接排放、全生命周期排放三種核查邊界方式，分析了CO2捕集、運(yùn)輸、注入與封存系統(tǒng)的核算邊界，討論了可能的排放和泄漏源，針對(duì)性地提出了各系統(tǒng)的核算方法，構(gòu)建適合我國(guó)的CCUS全流程碳排放核算方法體系。

本文引用信息

高 煒，白 平，王 鴻，王浩璠，馬勁風(fēng)，李琳，趙季中，CCUS項(xiàng)目的溫室氣體排放核算方法學(xué)思考[J].中國(guó)國(guó)土資源經(jīng)濟(jì),2022，35（4）:12-21.

0

引言

二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)作為國(guó)際能源署（IEA）和聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）等國(guó)際機(jī)構(gòu)認(rèn)可和推崇的，能大規(guī)模實(shí)現(xiàn)低碳和凈零排放最有效且必需的技術(shù)手段之一，對(duì)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，必然會(huì)在碳達(dá)峰碳中和的變革中找到立足之處并做出貢獻(xiàn)。因此，碳中和目標(biāo)下CCUS技術(shù)發(fā)展亟需重新定位。CCUS技術(shù)對(duì)整體碳減排的實(shí)際貢獻(xiàn)量也需要盡快核算和報(bào)告。開(kāi)展CCUS技術(shù)實(shí)際減排量的量化、核算與驗(yàn)證研究，建立CCUS全流程碳核查方法體系，是檢驗(yàn)減排效果、開(kāi)展碳市場(chǎng)交易、兌現(xiàn)政府激勵(lì)及懲戒違規(guī)排放的基礎(chǔ)。

2007年12月，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第13次締約方大會(huì)達(dá)成的《巴厘島路線圖》中，明確提出各國(guó)氣候變化減緩行動(dòng)要符合“可測(cè)量或可監(jiān)測(cè)、可報(bào)告、可核查”（MRV）要求，這是氣候變化國(guó)際談判的重要議題之一。對(duì)我國(guó)開(kāi)展CCUS的企業(yè)來(lái)說(shuō)，碳排放MRV體系則是構(gòu)建碳市場(chǎng)的最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是企業(yè)對(duì)內(nèi)部碳排放水平和相關(guān)管理體系進(jìn)行系統(tǒng)摸底盤(pán)查的重要依據(jù)。良好的MRV體系可以為碳交易主管部門(mén)制定相關(guān)政策與法規(guī)提供數(shù)據(jù)支撐，可以提高溫室氣體排放數(shù)據(jù)質(zhì)量，為配額分配提供重要保障，同時(shí)有效支撐企業(yè)的碳資產(chǎn)管理。

目前在CCUS溫室氣體排放核算領(lǐng)域只有一些指導(dǎo)性的、框架式的規(guī)范或方法指南�！�2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》第2卷《能源》提供了CCUS實(shí)施中的碳排放核算方法指南�！抖�氧化碳捕集、運(yùn)輸和地質(zhì)封存的量化和審核技術(shù)報(bào)告》（ISO/TR 27915：2017）梳理了國(guó)際上幾種關(guān)于CCUS核算的方法學(xué)，并分別討論了它們的差異與適用條件。2018年12月19日，歐盟委員會(huì)出臺(tái)《溫室氣體排放監(jiān)測(cè)和報(bào)告條例》（歐盟EU2018/2066），其中第21至第23條中給出指令2009/31/EC確定二氧化碳捕獲活動(dòng)、運(yùn)輸及地質(zhì)封存產(chǎn)生的溫室氣體排放量。美國(guó)《加州CCUS執(zhí)行報(bào)告》梳理了CCUS技術(shù)在加利福尼亞州的實(shí)施現(xiàn)狀，報(bào)告第5章提到了二氧化碳地質(zhì)封存的監(jiān)測(cè)、驗(yàn)證和報(bào)告（MVR）方法�！栋拇罄麃喸O(shè)施排放評(píng)估技術(shù)指南》中給出了計(jì)算澳大利亞設(shè)施層面排放量的方法，其中包含了CCS各環(huán)節(jié)的泄漏排放量化方法和對(duì)于數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)要求。由澳大利亞政府發(fā)布并于2021年10月1日生效的《2021年碳信用（碳農(nóng)業(yè)倡議-碳捕集和封存）方法學(xué)》中給出CCS各環(huán)節(jié)排放量的初步計(jì)算方法。加拿大Blue Source Canada ULC 2010年發(fā)布《Quest 碳捕集與封存項(xiàng)目》，其中第1卷附錄K《量化Quest碳捕集與封存(CCS)項(xiàng)目的溫室氣體減排效益》中給出Quest項(xiàng)目CCS全流程碳排放核算邊界和核算結(jié)果。Ma等（2018）針對(duì)中石化勝利油田開(kāi)展的CCUS項(xiàng)目，討論了中國(guó)CCUS項(xiàng)目驗(yàn)證和量化地下封存CO2的方法并給出核算步驟。

雖然我國(guó)已建立溫室氣體清單編制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并在多個(gè)領(lǐng)域?qū)嵤�，但因排放因子的行業(yè)性、區(qū)域性差異較大，很多領(lǐng)域缺乏量化的技術(shù)方法而導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)展核算工作。我國(guó)目前頒布的24個(gè)重點(diǎn)行業(yè)溫室氣體排放核算和報(bào)告指南中，只有化工、石化等行業(yè)提到了在核算時(shí)要扣除外供給其他企業(yè)的CO2，此外并沒(méi)有CO2捕集、運(yùn)輸、封存過(guò)程溫室氣體排放量化方法的描述，仍缺乏采用CCUS技術(shù)進(jìn)行減排的溫室氣體量化方法。開(kāi)發(fā)適用于我國(guó)的CO2捕集、運(yùn)輸、封存過(guò)程的排放核算和報(bào)告指南具有重要意義，這對(duì)未來(lái)中國(guó)的商品及國(guó)內(nèi)產(chǎn)品標(biāo)記碳足跡也十分重要。

雖然國(guó)外已有一些對(duì)CCUS全流程碳排放核算方法的初步研究，但仍存在一些問(wèn)題：覆蓋環(huán)節(jié)不完整，普遍缺乏對(duì)利用或驅(qū)油環(huán)節(jié)碳排放核算方法的研究；核算邊界不明確，沒(méi)有對(duì)核算邊界作出易于判斷的界定，更沒(méi)有針對(duì)石化行業(yè)碳捕集活動(dòng)的邊界和排放源給出清晰界定；核算方法不具體，國(guó)際上現(xiàn)有的技術(shù)方法并未對(duì)每一項(xiàng)排放源給出詳細(xì)具體的核算公式。因此，國(guó)外的核算方法尚不能直接用于指導(dǎo)我國(guó)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈中的企業(yè)開(kāi)展CO2排放核算工作。

基于以上原因，在我國(guó)石化行業(yè)開(kāi)展二氧化碳捕集、運(yùn)輸、利用及封存過(guò)程的碳排放核算方法研究，并形成石化行業(yè)CCUS全流程的溫室氣體排放核算方法，對(duì)準(zhǔn)確量化CCUS技術(shù)的減排效果，為后續(xù)采用CCUS技術(shù)的石化企業(yè)提供減排量的量化標(biāo)準(zhǔn)十分必要。在石化企業(yè)納入碳市場(chǎng)后，控排企業(yè)在碳市場(chǎng)中可依據(jù)可靠的核算方法扣減應(yīng)用CCUS技術(shù)的減排量，從而在碳市場(chǎng)交易盈余碳配額獲利，達(dá)到降低CCUS技術(shù)成本的目的，形成良性循環(huán)后將吸引更多石化企業(yè)應(yīng)用CCUS技術(shù)，加快我國(guó)石化行業(yè)的減排進(jìn)程。

本文圍繞我國(guó)石化行業(yè)二氧化碳捕集、運(yùn)輸、利用、封存過(guò)程的溫室氣體排放核算方法開(kāi)展相關(guān)研究，針對(duì)核算邊界、排放源、溫室氣體排放的核算方法及數(shù)據(jù)獲取等，為運(yùn)行中的CCUS項(xiàng)目提供過(guò)程碳排放核算、量化和證實(shí)方法，建立CCUS項(xiàng)目碳排放核算方法學(xué)和體系，推動(dòng)CCUS技術(shù)發(fā)展和核算方法學(xué)標(biāo)準(zhǔn)或指南的建立。

01

核算邊界

將CCUS項(xiàng)目邊界界定在從阻止溫室氣體排放進(jìn)入大氣的捕集裝置，到CO2被注入地下儲(chǔ)集層并永久封存時(shí)結(jié)束，這里的CO2利用主要為可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模碳減排的CO2驅(qū)油，提高采收率利用（CO2-EOR），不包括化工利用和生物利用等利用方式。在全流程CCUS項(xiàng)目運(yùn)行中，核算的溫室氣體排放主要來(lái)源于四個(gè)系統(tǒng)，即CO2捕集系統(tǒng)、CO2運(yùn)輸系統(tǒng)、CO2注入系統(tǒng)、CO2封存系統(tǒng)。

開(kāi)展CCUS項(xiàng)目碳排放核查時(shí)，首先要確定各系統(tǒng)的核算邊界，這是完整準(zhǔn)確地量化和驗(yàn)證溫室氣體排放量和減排量的關(guān)鍵；同時(shí)，建立明確清晰的邊界條件，對(duì)避免溫室氣體排放和清除的任何遺漏或重復(fù)計(jì)算，以及開(kāi)展透明的可復(fù)制的量化尤其重要。

全流程運(yùn)行的CCUS項(xiàng)目，其溫室氣體減排量的量化核查計(jì)算，會(huì)因生命周期排放評(píng)估邊界的定義方式而有所不同。評(píng)估邊界不應(yīng)僅關(guān)注直接碳排放和間接碳排放，還應(yīng)關(guān)注項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)之前、期間或之后的排放。主要有三種評(píng)估邊界的方式（圖1）：

圖1 三種評(píng)估溫室氣體排放邊界的方式

(1)直接碳排放：在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)商的指導(dǎo)和影響下的直接排放，通常是指因項(xiàng)目運(yùn)行而產(chǎn)生的直接排放。

(2)間接碳排放/簡(jiǎn)化的全生命周期：直接碳排放與間接碳排放的總和。間接碳排放指為CCUS項(xiàng)目實(shí)施而必須開(kāi)展的間接性行為產(chǎn)生的排放，通常是指為了支撐項(xiàng)目正常運(yùn)行而必須要投入和建造的，如捕集裝置、臨時(shí)存儲(chǔ)裝置、各類監(jiān)測(cè)裝備等建造期的碳排放，以及維持項(xiàng)目全流程運(yùn)行的，如能量、物質(zhì)、材料等耗損產(chǎn)生的碳排放。

(3)全生命周期（LCA）：在簡(jiǎn)化的全生命周期基礎(chǔ)上，還應(yīng)加上與項(xiàng)目運(yùn)行上游或下游產(chǎn)業(yè)相關(guān)的排放源，如為間接性行為提供支撐和來(lái)源的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的排放。該部分排放主要來(lái)源于支撐CCUS項(xiàng)目運(yùn)行的材料、物質(zhì)、能量生產(chǎn)和交付過(guò)程。此外，CCUS項(xiàng)目建設(shè)（施工建設(shè)、土地清理、材料生產(chǎn)交付、土壤碳流失等）、維護(hù)、退役、設(shè)備耗損等過(guò)程的碳排放，也應(yīng)在全生命周期碳核算中進(jìn)行計(jì)算報(bào)告。

基于以上三種評(píng)估邊界，CO2捕集系統(tǒng)是指從排放源端口開(kāi)始，將本該排放到大氣中的溫室氣體進(jìn)行捕集，然后處理壓縮為輸出狀態(tài)并輸入到運(yùn)輸裝置的全過(guò)程。CO2捕集系統(tǒng)的下游邊界是CO2被傳送到運(yùn)輸系統(tǒng)的點(diǎn)，通常來(lái)講，應(yīng)該是到CO2進(jìn)入運(yùn)輸裝備（如管道或罐車、輪船、鐵路等）入口閥的位置截止。

CO2運(yùn)輸系統(tǒng)指將CO2從捕集點(diǎn)運(yùn)輸?shù)紺O2注入封存位置的所有過(guò)程、活動(dòng)和物理設(shè)備。運(yùn)輸方式有管道運(yùn)輸、車運(yùn)、船運(yùn)、鐵路運(yùn)輸?shù)�。如果是管道運(yùn)輸，CO2運(yùn)輸系統(tǒng)則是從捕集系統(tǒng)邊界的開(kāi)始，通常是管道入口閥門(mén)處，于管道運(yùn)輸盡頭與注入系統(tǒng)接頭的閥門(mén)處截止。如果是車運(yùn)、船運(yùn)等交通運(yùn)輸，CO2運(yùn)輸系統(tǒng)則開(kāi)始于裝載點(diǎn)，結(jié)束于卸載點(diǎn)，裝載過(guò)程和卸載過(guò)程的碳排放也算在運(yùn)輸系統(tǒng)的排放中。

CO2注入系統(tǒng)的邊界從集輸站輸出CO2的位置開(kāi)始，到地面上完成注入工作結(jié)束，主要包括注入場(chǎng)地的地面設(shè)施，代表了CO2從集輸站開(kāi)始到注入井下的全部過(guò)程，不包括注入后的泄漏。

CO2封存系統(tǒng)主要指注入CO2之后的所有活動(dòng)，由注入場(chǎng)地地下封存體、地上地下所有監(jiān)測(cè)裝置和裝備，以及確保CO2長(zhǎng)期封存的設(shè)施和活動(dòng)組成。

除了四大系統(tǒng)的核算邊界，還應(yīng)考慮核查的時(shí)間邊界。CCUS項(xiàng)目從籌建、啟動(dòng)、建設(shè)、運(yùn)行、關(guān)閉，其生命周期較長(zhǎng)，一般為100年或更久，主要包括：①準(zhǔn)備階段。包括前期調(diào)研和勘查、現(xiàn)場(chǎng)篩選和表征、項(xiàng)目預(yù)研和可行性分析、設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試。這個(gè)時(shí)期的碳排放核查對(duì)全生命周期核查（LCA）是很必要的。②運(yùn)行階段。包括CO2捕集、運(yùn)輸、注入和封存等全流程。這一時(shí)期的長(zhǎng)度對(duì)于工業(yè)規(guī)模的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)可能是20～30年或更久。③后注入期。在此期間，捕集和運(yùn)輸系統(tǒng)處于非活動(dòng)狀態(tài)（或者拆除），而在CO2注入的地質(zhì)封存綜合體中，CO2羽流遷移、地質(zhì)力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)持續(xù)多年。這個(gè)時(shí)期可以進(jìn)一步細(xì)分為關(guān)閉期和關(guān)閉后期：關(guān)閉期是從注入停止后開(kāi)始，通常會(huì)導(dǎo)致捕集和運(yùn)輸設(shè)施的退役（除非在其他項(xiàng)目中重新使用）；關(guān)閉后期是從規(guī)范性地棄井（堵塞井）后開(kāi)始，并將責(zé)任轉(zhuǎn)移給指定機(jī)構(gòu)。

因此，對(duì)CCUS項(xiàng)目的碳排放進(jìn)行核查時(shí)，應(yīng)充分考慮全生命周期的核算邊界，包括項(xiàng)目準(zhǔn)備、建設(shè)、運(yùn)行、退役和關(guān)閉等全部階段，也包括直接排放、間接排放和全生命周期排放等全鏈條的排放。建議一年核算一次，形成年度排放和量化的報(bào)告，不同階段由不同運(yùn)營(yíng)商來(lái)監(jiān)管和組織核算工作。

02

排放源

掌握CCUS項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中各環(huán)節(jié)可能存在的排放和泄露是開(kāi)展核查工作的關(guān)鍵。本文從直接排放、間接排放、全生命周期排放三個(gè)核查界限，分析梳理了二氧化碳捕集、運(yùn)輸、注入和封存四個(gè)系統(tǒng)可能存在的排放和泄露（表1），核查人員可對(duì)照表1逐一開(kāi)展核查工作。與二氧化碳捕集、運(yùn)輸、利用、封存過(guò)程相關(guān)的溫室氣體排放主要有CO2、CH4、N2O等，這三種氣體在全流程CCUS的每個(gè)環(huán)節(jié)均有排放，都應(yīng)計(jì)入CCUS項(xiàng)目溫室氣體排放核算的范疇中，計(jì)算時(shí)需要將CH4、N2O的排放量換算成以噸CO2當(dāng)量為單位的統(tǒng)一度量單位。

CCUS項(xiàng)目溫室氣體排放和泄露可通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和扎實(shí)的前期工作加以避免，比如捕集和運(yùn)輸系統(tǒng)可通過(guò)改善工藝和提高能效來(lái)降低碳排放和泄露的可能性；注入和封存系統(tǒng)可通過(guò)科學(xué)選址和嚴(yán)格評(píng)估，以及建立模擬和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)避免不必要的泄露。

03

核算方法

開(kāi)展CCUS項(xiàng)目核查、量化研究，一方面是明確與CCUS相關(guān)的溫室氣體排放和泄漏，另一方面是量化CCUS項(xiàng)目的實(shí)際減排量。原則上來(lái)講，所有輸入和輸出都需要在CCUS系統(tǒng)的邊界進(jìn)行量化。量化溫室氣體排放的方法主要有兩種：一是使用排放因子（活動(dòng)因子）方法；二是直接測(cè)量和質(zhì)量平衡方法。具體實(shí)施中可以根據(jù)排放類型和可測(cè)量的可能性來(lái)選擇量化方法。對(duì)石化行業(yè)開(kāi)展的CCUS項(xiàng)目進(jìn)行碳排放核算時(shí)，CO2捕集、運(yùn)輸環(huán)節(jié)有固定的排放方式和排放因子，可以采用排放因子法，而CO2注入和封存系統(tǒng)因排放和泄漏無(wú)規(guī)律且沒(méi)有排放因子，因此大多采用直接測(cè)量方法來(lái)核算。

3.1 CO2捕集系統(tǒng)

核查CO2捕集系統(tǒng)的碳排放總量時(shí)，可以用捕集系統(tǒng)CO2耗損量與投入過(guò)程產(chǎn)生的排放量的總和來(lái)代表捕集過(guò)程的碳排放量。其中，CO2耗損量即為輸出的CO2總量與輸入過(guò)程中捕集到的CO2總量的差值；投入過(guò)程產(chǎn)生的排放量主要包括建設(shè)期碳排放，運(yùn)行期水、電、材料等耗損碳排放，運(yùn)行期間現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的碳排放，以及全生命周期核查時(shí)需要計(jì)算的排放。

計(jì)算捕集總量時(shí)，首先應(yīng)計(jì)算排放源排放的總量。本文根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》第二卷第三章方法學(xué)給出的具體公式，以及生態(tài)環(huán)境部辦公廳2021年3月發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)企業(yè)溫室氣體排放報(bào)告管理相關(guān)工作通知》（環(huán)辦氣候〔2021〕9號(hào)）中《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南 發(fā)電設(shè)施》的相關(guān)規(guī)定，得到以下核算公式。

關(guān)于化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2直接排放，采用排放因子法：

(1)

式中，ECO2燃燒為排放量（單位：噸CO2）；ADi為第i種化石燃料的活動(dòng)數(shù)據(jù)，單位為吉焦（GJ）；EFi為第i種化石燃料的CO2排放因子，單位為噸二氧化碳/吉焦（tCO2/GJ）；i為化石燃料類型的代號(hào)。

活動(dòng)數(shù)據(jù)ADi是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)燃料的消耗量與其低位發(fā)熱量的乘積，即：

(2)

式中，F(xiàn)Ci為第i種化石燃料的消耗量，對(duì)固體或液體燃料，單位為噸（t），對(duì)氣體燃料，單位為萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米（104Nm3）；NCVi為第i種化石燃料的低位發(fā)熱量，對(duì)固體或液體燃料，單位為吉焦/噸（GJ/t）；對(duì)氣體燃料，單位為吉焦/萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米（GJ/104Nm3）。

化石燃料燃燒CO2排放因子EFi的計(jì)算公式為：

(3)

式中，CCi為第i種化石燃料的單位熱值含碳量，單位為噸碳/吉焦（tC/GJ）；OFi為第i種化石燃料的碳氧化率，以%表示；44/12為CO2與碳分子量之比。

其中，燃煤的單位熱值含碳量采用下列公式計(jì)算：

(4)

式中，C煤為燃煤的元素碳含量，以tC/t表示；NCV煤為燃煤的收到基低位發(fā)熱量，單位為吉焦/噸（GJ/t）。

以上計(jì)算公式中，化石燃料的低位發(fā)熱量（NCVi）、單位熱值含碳量（CCi）、碳氧化率（OFi）可由表2提供，若表2不具備所需參數(shù)，可參照《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》。

 

在CO2捕集過(guò)程中，所需要的電力如果來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)，那么凈調(diào)入（調(diào)出）化石能源電力蘊(yùn)含的CO2間接排放，計(jì)算公式如下：

(5)

式中，Ad為凈調(diào)入（調(diào)出）化石能源電量，單位為兆瓦時(shí)（MWh）；EFd為電網(wǎng)排放因子，單位為噸二氧化碳/兆瓦時(shí)（tCO2/MWh）。電網(wǎng)排放因子采用0.5810tCO2/MWh（生態(tài)環(huán)境部2022年發(fā)布）。

3.2 CO2運(yùn)輸系統(tǒng)

核查CO2運(yùn)輸系統(tǒng)的碳排放總量時(shí)，用運(yùn)輸過(guò)程的碳損量加上過(guò)程投入產(chǎn)生的排放量來(lái)代表整個(gè)CO2運(yùn)輸系統(tǒng)的總碳排放量。其中，CO2耗損量即為捕集系統(tǒng)輸出的CO2總量（即總裝載量）減去在集輸站卸載的CO2總量；投入過(guò)程產(chǎn)生的排放量主要包括建設(shè)期碳排放，運(yùn)行期油、電、材料等耗損碳排放，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的碳排放，以及全生命周期核查時(shí)需要計(jì)算的排放。

《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》第二卷第五章給出了CO2管道運(yùn)輸過(guò)程的碳排放計(jì)算方法。CO2管道運(yùn)輸缺省排放因子可由天然氣管道運(yùn)輸排放因子推導(dǎo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到CO2管道運(yùn)輸缺省排放因子（表3）是天然氣排放因子的1.66倍。

雖然管道運(yùn)輸產(chǎn)生的泄漏排放獨(dú)立于流通量，但泄漏量未必與管道長(zhǎng)度相關(guān)；相關(guān)度最大的是設(shè)備組件的數(shù)量和類型與服務(wù)類型。除非正在運(yùn)輸?shù)腃O2跨越非常大的距離，需要中間壓縮機(jī)站，實(shí)際上CCUS系統(tǒng)產(chǎn)生的所有溢散排放會(huì)與管道起點(diǎn)的初始CO2捕集和壓縮設(shè)施及管道終點(diǎn)的注入設(shè)施相關(guān)，而管道本身基本上不產(chǎn)生排放。

管道運(yùn)輸?shù)奶寂欧判孤�，除了以上由排放因子法�?jì)算的直接排放之外，還應(yīng)加上管道修建、集輸站修建期間的間接排放，以及管道材料生產(chǎn)和運(yùn)輸交付期間的全生命周期的排放。

如果是罐車運(yùn)輸，運(yùn)輸系統(tǒng)的碳排放核算可以由裝載量與卸載量的差值，加上集輸站監(jiān)測(cè)的泄漏，以及油耗、車損、集輸站建設(shè)期等間接排放，再加上車輛制造和運(yùn)輸期間、材料生產(chǎn)和運(yùn)輸期間等全生命周期的排放。

3.3 CO2注入和封存系統(tǒng)

對(duì)于CO2注入和封存系統(tǒng)這類無(wú)法用排放因子法進(jìn)行碳排放核算的排放源，一般采用直接測(cè)量法或質(zhì)量平衡法，即從井口注入的量中減去任何可能的泄漏量，但前提是項(xiàng)目具備健全的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)，以保證能夠獲取可靠真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、CO2濃度、流量等。因此在地面、井中、地下開(kāi)展測(cè)量和監(jiān)測(cè)評(píng)估，可驗(yàn)證注入的CO2羽流是否全部保留在地下封存體中，為核算碳排放量提供數(shù)據(jù)支撐。

在CO2注入與封存系統(tǒng)中，井筒是最重要和最有可能的潛在泄漏路徑，在盡可能確保井筒完整性基礎(chǔ)上，可通過(guò)在井筒中或儲(chǔ)層或EOR綜合設(shè)施上方的地下進(jìn)行監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和量化泄漏，例如可使用儀表或流量計(jì)測(cè)量生產(chǎn)井或用于其他提取目的的開(kāi)采井的CO2排放量，如果項(xiàng)目中涉及大量井，則可以在收集點(diǎn)匯總數(shù)據(jù)，以避免在單個(gè)井口儀表處傳播校準(zhǔn)誤差。此外，可通過(guò)直接測(cè)量和建模來(lái)確定例如開(kāi)采、地質(zhì)系統(tǒng)泄漏，儲(chǔ)存或EOR綜合體的遷移，以及未能隔離的井的損失等儲(chǔ)存損失所產(chǎn)生的碳排放泄露。

對(duì)于地面井口的CO2噴射和產(chǎn)出，以及回收回注裝置，因回收并回注CO2也是一個(gè)捕集、注入、封存的過(guò)程，可使用排放因子和儀表監(jiān)測(cè)結(jié)合的方式來(lái)測(cè)量設(shè)備運(yùn)行中消耗燃料的間接排放，并核算該過(guò)程的碳排放量。

對(duì)于無(wú)組織排放，包括注入系統(tǒng)中的泄漏和排氣，例如管道末端的分配歧管處、到井和壓縮或泵設(shè)備的分配管道及生產(chǎn)井口的泄漏，可以使用直接測(cè)量或通過(guò)一系列排放、活動(dòng)和設(shè)備因素結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)確定。

對(duì)于CO2-EOR，運(yùn)營(yíng)商可能還需要確定生產(chǎn)、分離、壓縮和其他流體處理系統(tǒng)的損失，以及流體處理系統(tǒng)消耗的能量。在EOR操作中可能出現(xiàn)臨時(shí)故障。在這種情況下，出于安全原因，氣流很可能會(huì)被燃燒，因此可以根據(jù)氣體成分和氣體體積（質(zhì)量）計(jì)算重新定向到火炬煙囪的氣體體積。

關(guān)于泄漏和風(fēng)險(xiǎn)考慮，主要通過(guò)建模和監(jiān)測(cè)手段來(lái)預(yù)測(cè)可能的CO2泄露源和泄漏量。例如可通過(guò)建模來(lái)確定通過(guò)現(xiàn)有或新的裂縫或斷層、蓋層、封存綜合體的遷移，以及通過(guò)現(xiàn)有或未知的穿透蓋層的鉆孔，而從地質(zhì)地層泄漏的量。因此有必要制定和實(shí)施一套合理的建模、監(jiān)測(cè)、控制計(jì)劃，以確認(rèn)在場(chǎng)地特征描述和注入設(shè)計(jì)過(guò)程中所做預(yù)測(cè)是否正確，該計(jì)劃最好規(guī)定確認(rèn)預(yù)測(cè)所需的直接測(cè)量類型，包括測(cè)量的頻率、時(shí)間表、精度和準(zhǔn)確性，以及記錄、傳輸和存檔數(shù)據(jù)的機(jī)制。此外，需要確定監(jiān)測(cè)期間消耗能量的排放。

因此，建立完善的CCUS監(jiān)測(cè)、觀測(cè)與證實(shí)體系將有效地減少和控制CCUS項(xiàng)目發(fā)生CO2泄露的風(fēng)險(xiǎn)，極大地提高封存安全性和可靠性，確保CCUS項(xiàng)目環(huán)境、生態(tài)安全。目前，三維地震監(jiān)測(cè)是用于地下成像的最有效技術(shù)，在CO2注入與地質(zhì)封存區(qū)域，四維或時(shí)移地震監(jiān)測(cè)技術(shù)是監(jiān)測(cè)注入前后儲(chǔ)層流體飽和度、孔隙壓力等參數(shù)變化差異的最有效手段，建議在CO2注入之前和注入之后的不同時(shí)間段，采集一系列與觀測(cè)系統(tǒng)一致的三維地震數(shù)據(jù)（四維地震）來(lái)監(jiān)測(cè)和解釋CO2羽流的地下賦存狀態(tài)和分布范圍，并且與建模結(jié)果進(jìn)行匹配和驗(yàn)證，以提高模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，還需開(kāi)展CCUS區(qū)域地表環(huán)境監(jiān)測(cè)研究，通過(guò)土壤氣體通量采樣，以及淺層地下水流體采樣和相關(guān)分析，以確保注入的CO2沒(méi)有遷移到地表或地下水，沒(méi)有對(duì)地表植物、動(dòng)物、農(nóng)作物、微生物等造成影響。

3.4 質(zhì)量監(jiān)控

整個(gè)CCUS系統(tǒng)溫室氣體核算完成后均需要開(kāi)展質(zhì)量監(jiān)控工作QA。CO2捕集報(bào)告應(yīng)與長(zhǎng)期儲(chǔ)存相聯(lián)系。應(yīng)檢查捕集CO2的質(zhì)量不超過(guò)儲(chǔ)存CO2質(zhì)量加上清單年中報(bào)告的溢散排放。理論上，捕集量+輸入量=注入量+輸出量+泄露量。如果（捕集量+輸入量）<（注入量+輸出量+泄漏量），那么需要檢查是否高估了輸出，或者低估了輸入；如果（捕集量+輸入量）>（注入量+輸出量+泄漏量），那么需要檢查是否低估了輸出，或者高估了輸入。

因CCUS項(xiàng)目全生命周期核算時(shí)需要考慮隨時(shí)間推移的不確定性溢散排放，根據(jù)澳大利亞《2021年碳信用（碳農(nóng)業(yè)倡議-碳捕集和封存）方法學(xué)》，計(jì)算凈減排量時(shí)將計(jì)算結(jié)果乘以系數(shù)97%，即將每個(gè)報(bào)告期的減排量減少3%，以考慮計(jì)入期結(jié)束后注入的溫室氣體從封存地點(diǎn)釋放的風(fēng)險(xiǎn)。這里的啟發(fā)是，對(duì)于CCUS項(xiàng)目核算的減排量，建議乘以一個(gè)大于1的系數(shù)，比如1.03，來(lái)代表估算的未來(lái)可能的排放量。

04

案例分析

4.1 加拿大Quest項(xiàng)目

加拿大Quest CCS項(xiàng)目通過(guò)對(duì)比直接排放、間接排放、全生命周期排放三種不同的溫室氣體評(píng)估邊界，以相關(guān)溫室氣體核算實(shí)踐為利益相關(guān)者提供了項(xiàng)目溫室氣體減排的完整圖景（圖2）。流程圖確定了每個(gè)相關(guān)的排放源、匯和封存庫(kù)，并說(shuō)明了三種不同評(píng)估場(chǎng)景的項(xiàng)目邊界。根據(jù)上述三種不同的核算邊界，計(jì)算每年的凈減排量情況（表4）。

圖2 加拿大Quest CCS項(xiàng)目碳排放核查邊界情景評(píng)估

如表4所示，直接和間接排放占總排放的大部分，但與捕集和封存的CO2相比，差了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在25年的項(xiàng)目全生命周期中，上游、下游、建設(shè)和退役過(guò)程的碳排放相對(duì)來(lái)說(shuō)是微不足道的，將這些碳排放納入到整個(gè)全生命周期碳減排量化中引起的變化不足3.5%。

在CCUS項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，因CO2壓縮、運(yùn)輸、注入等每個(gè)過(guò)程導(dǎo)致的碳排放，保守估計(jì)約為捕集的CO2的0.1%，因CO2捕集設(shè)施、壓縮裝備、運(yùn)輸管道、注入井等每個(gè)組成部分造成的無(wú)組織CO2排放，保守估計(jì)約為CO2捕集量的0.01%。

所有這三種核算邊界都表明，在計(jì)算CO2捕集、壓縮、運(yùn)輸、注入和封存所需的能源輸入所產(chǎn)生的溫室氣體排放量后，無(wú)論確定的碳核查邊界是哪種，大規(guī)模的CCUS項(xiàng)目均能實(shí)現(xiàn)有效的、長(zhǎng)久的碳減排目的，選擇的核查邊界不同，對(duì)減排總量的影響較小，因?yàn)榇蟛糠植都�的CO2均能實(shí)現(xiàn)有效的地質(zhì)封存。

4.2 國(guó)內(nèi)延長(zhǎng)石油CCUS項(xiàng)目案例

陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)于2012年開(kāi)展CCUS技術(shù)研發(fā)，在國(guó)家“863計(jì)劃”項(xiàng)目“二氧化碳地質(zhì)封存關(guān)鍵技術(shù)”（2012AA050103）支持下，建成全國(guó)首個(gè)全流程CCUS先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2014年8月，該項(xiàng)目被列為“國(guó)家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)”之一；2015年6月，該項(xiàng)目成為國(guó)內(nèi)唯一的通過(guò)碳收集國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人論壇（CSLF）認(rèn)證的CCUS項(xiàng)目；2015年9月，該項(xiàng)目被列入《中美元首氣候變化聯(lián)合聲明》。

延長(zhǎng)石油的CCUS項(xiàng)目是在CO2驅(qū)油提高采收率驅(qū)動(dòng)下開(kāi)展的，2012年9月開(kāi)始在靖邊油田喬家洼油區(qū)三疊系長(zhǎng)6儲(chǔ)層注入CO2驅(qū)油提高石油采收率，2014年12月在吳起油溝開(kāi)始第二個(gè)CO2-EOR試驗(yàn)區(qū)，CO2來(lái)源于榆林煤化工廠尾氣捕集。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)CO2驅(qū)油提高原油采收率8%以上，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)油提高采收率和CO2地質(zhì)封存的雙贏。

本文從直接排放、間接排放、全生命周期核算角度出發(fā)，分別從CO2捕集、運(yùn)輸、注入、封存四個(gè)系統(tǒng)對(duì)延長(zhǎng)石油CCUS項(xiàng)目提出溫室氣體排放核算內(nèi)容的建議，詳見(jiàn)表5。

05

結(jié)論

(1)碳排放核算方法要建立在現(xiàn)有的國(guó)家統(tǒng)計(jì)體系和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域可量化、可對(duì)比、可考核，同級(jí)之間統(tǒng)一核算辦法，建議由國(guó)家/省級(jí)統(tǒng)一制定核算辦法后下發(fā)。核算方法應(yīng)具備普適性，符合國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

(2)CCUS項(xiàng)目核算邊界從阻止溫室氣體排放進(jìn)入大氣的捕集裝置，到CO2被注入地下儲(chǔ)集層并永久封存時(shí)結(jié)束，CCUS全流程項(xiàng)目實(shí)施中的直接排放必須進(jìn)行核算；為CCUS項(xiàng)目實(shí)施而開(kāi)展的間接性行為產(chǎn)生的排放建議必須納入核算范圍；為間接性行為提供支撐和來(lái)源的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的排放（全生命周期）建議納入核算范圍。

(3)CCUS項(xiàng)目碳排放核算時(shí)需考慮時(shí)間邊界，項(xiàng)目從籌建、啟動(dòng)、建設(shè)、運(yùn)行、關(guān)閉等，其生命周期較長(zhǎng)，主要包括前期準(zhǔn)備階段（選址、項(xiàng)目啟動(dòng)和建設(shè)）、運(yùn)行期（20～30年）、關(guān)閉期和關(guān)閉后期（100年或更久），每一個(gè)階段均需開(kāi)展相關(guān)的碳排放核查工作，并且不同階段由不同運(yùn)營(yíng)商來(lái)監(jiān)管和組織核算工作。

(4)碳排放核算方法主要有兩種，其中排放因子法主要適用于有規(guī)律可循且具備排放因子的捕集和運(yùn)輸系統(tǒng)，直接測(cè)量和質(zhì)量平衡法主要適用于溢散和不規(guī)則排放較多的注入和封存系統(tǒng)，為更好地開(kāi)展核算工作，建議企業(yè)建立健全完善的監(jiān)測(cè)、記錄、檢測(cè)、監(jiān)督體系，為核算人員提供盡可能詳細(xì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(5)核算員必須對(duì)碳排放核算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證（QA）。碳排放核算方法在不同項(xiàng)目的應(yīng)用具有差異性，核算時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

作者信息

高煒（1980—），男，陜西省子洲縣人，陜西延長(zhǎng)石油售電有限公司高級(jí)工程師，西方經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)閼?yīng)對(duì)氣候變化與低碳發(fā)展規(guī)劃、二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)。

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