國(guó)際CCS知識(shí)中心：Petra Nova的捕獲率達(dá)到92.4％——這是CCS的成功

以下由專業(yè)工程師Corwyn Bruce作出的評(píng)注是代表國(guó)際CCS知識(shí)中心發(fā)表的一項(xiàng)聲明。

定義成功。如果CO2的捕獲率能保持在90%，我認(rèn)為他們就取得了成功。

薩斯喀徹溫雷吉納, Sept. 04, 2020 (GLOBE NEWSWIRE) --  在關(guān)注油價(jià)對(duì)Petra Nova暫停其碳捕獲與封存（CCS）業(yè)務(wù)這一決策的影響時(shí)，我想把重點(diǎn)放在其運(yùn)營(yíng)成功上。

通過(guò)可靠的技術(shù)審查低調(diào)獲取評(píng)估結(jié)果往往在創(chuàng)新、工具更新和優(yōu)化方面得不到應(yīng)有的認(rèn)可。Petra Nova的CCS設(shè)施（NRG與JX Nippon的合作項(xiàng)目）就屬于此類情形。一些評(píng)論稱這一設(shè)施頭三年的停工時(shí)間過(guò)多；但是，作為親身去過(guò)那里的人，我可以告訴你，這個(gè)項(xiàng)目是值得稱道的。

作為在SaskPower邊界大壩3號(hào)機(jī)組CCS設(shè)施（BD3）中設(shè)計(jì)建造了碳捕獲系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員，我可以提供一個(gè)獨(dú)特的視角。與燃煤發(fā)電廠集成之后，BD3成為了全球首座此類設(shè)施。我還十分有幸，不僅繼續(xù)就該設(shè)施的優(yōu)化提出建議，而且還帶領(lǐng)國(guó)際CCS知識(shí)中心的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在世界各地分享項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，以支持下一代CCS設(shè)施的部署并幫助實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)。

雖然有必要認(rèn)識(shí)到可能存在外部阻礙因素（例如市場(chǎng)力量、電價(jià)和油價(jià)），影響了將Petra Nova置于備用停機(jī)狀態(tài)的決定，但作為碳捕獲方面的專家，我想強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)技術(shù)的可行性以及它為什么有效。

該設(shè)施為實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)而設(shè)計(jì)。而它確實(shí)也做到了。

令人振奮的是，Petra Nova的捕獲效率達(dá)到了92.4%（提交給美國(guó)能源部的Petra Nova最終技術(shù)報(bào)告i），不僅超過(guò)了90%的目標(biāo)，還顯示出設(shè)施在捕獲流程方面的長(zhǎng)期可靠性。CCS設(shè)施運(yùn)行良好，并克服了許多在其他設(shè)施中構(gòu)成挑戰(zhàn)的風(fēng)險(xiǎn)事項(xiàng)。

事實(shí)上， Petra Nova捕獲設(shè)施的運(yùn)行嚴(yán)格遵循甚至超越了其性能指標(biāo)。所以說(shuō)，該設(shè)施完成了事先設(shè)定的任務(wù)，而且還不止于此。除捕獲率超出預(yù)期外，其他亮點(diǎn)包括：功耗和蒸汽要求低于預(yù)期；CO2純度超過(guò)要求的99%；揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放速率為每年2.8噸，優(yōu)于《國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)德州行政法規(guī)》第30條針對(duì)臭氧的規(guī)定要求。ii

此外，胺的消耗量符合其規(guī)范?；谌軇┑牟东@系統(tǒng)所使用的胺類化學(xué)物質(zhì)很容易分解并失去原有能力，無(wú)法完成將CO2從煙氣流中分離出來(lái)的化學(xué)反應(yīng)。捕獲率下降、化學(xué)品更替率升高和維護(hù)成本增加可以證明這一點(diǎn)。Petra Nova的碳捕獲設(shè)施未出現(xiàn)關(guān)于胺消耗量高于預(yù)期的報(bào)告。

我們?cè)贐D3逐漸領(lǐng)會(huì)到的一點(diǎn)是：學(xué)會(huì)掌控開(kāi)創(chuàng)性項(xiàng)目所帶來(lái)的意外情形。我們成功提高了安全性和可靠性，將重心轉(zhuǎn)移到提高產(chǎn)能和降低設(shè)施運(yùn)營(yíng)成本上。這一情況在Petra Nova也有發(fā)生；但是，該設(shè)施的總產(chǎn)出良好，實(shí)際上是優(yōu)于“良好”。因此，在啟動(dòng)并運(yùn)行后，設(shè)施可以始終達(dá)到或超過(guò)其目標(biāo)。分享寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是我們向Petra Nova提供支持的一部分——需要標(biāo)示出各項(xiàng)成功并確保CCS設(shè)施繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)非常重要。

準(zhǔn)備就緒，可供使用

就像BD3所經(jīng)歷的一樣，Petra Nova捕獲設(shè)施的可用性隨著時(shí)間推移穩(wěn)步提高。在關(guān)于CCS設(shè)施的對(duì)話當(dāng)中，性能、可用性和可靠性都是重要議題。通常情況下，正如我們?cè)赑etra Nova和BD3所看到的，CO2的捕獲量并不是捕獲設(shè)施可靠性的必要指標(biāo)。事實(shí)上，停機(jī)時(shí)間已被證明與許多非捕獲設(shè)施問(wèn)題相關(guān)聯(lián)。不要忘記，2018年邊界大壩發(fā)電站曾遭到嚴(yán)重風(fēng)暴的襲擊，颶風(fēng)哈維也曾導(dǎo)致Petra Nova停機(jī)。

通過(guò)審查技術(shù)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)碳捕獲流程所導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間只占設(shè)施停機(jī)總天數(shù)中的很小一部分。2017年，也就是Petra Nova投入使用的第一年——與需要啟動(dòng)時(shí)間來(lái)調(diào)整運(yùn)行的所有新項(xiàng)目一樣，捕獲流程總共造成了41天的停機(jī)（按全天等長(zhǎng)時(shí)間計(jì)）。2018年，此數(shù)字降至34天；2019年，這一數(shù)字再次減少至29天。因此，作為全球同類第二家設(shè)施以及達(dá)到這一規(guī)模的首座設(shè)施，在開(kāi)始運(yùn)行僅三年后即實(shí)現(xiàn)365天中停機(jī)29天，相當(dāng)于可用性達(dá)到92-93%，這是一項(xiàng)很了不起的成績(jī)！ 尤其是考慮到在這種規(guī)模的設(shè)施中，因較大尺寸和專業(yè)屬性，設(shè)備的交貨時(shí)間通常都很長(zhǎng)，這可能增加改動(dòng)所需的時(shí)間。

Petra Nova的其余停機(jī)由其他因素導(dǎo)致，具體而言，包括熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施、煤炭設(shè)備、油田和天氣。不能將CO2捕獲裝置的可靠性與為流程運(yùn)行提供所需蒸汽的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)施的可靠性相混淆，這一點(diǎn)非常重要。

相比之下，7月份的BD3記錄顯示，CCS設(shè)施在該月99.8%的時(shí)間里保持運(yùn)行，在一個(gè)增壓鼓風(fēng)機(jī)因水冷問(wèn)題暫停時(shí)出現(xiàn)了1.5小時(shí)的停機(jī)。iii整個(gè)7月，該設(shè)施捕獲了75,503噸CO2，日平均捕獲量（設(shè)施運(yùn)行時(shí)）為每天2,435噸，最多一天捕獲了2,627噸。

BD3和Petra Nova等開(kāi)創(chuàng)性項(xiàng)目發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；它們?yōu)橄乱惠喌膶?shí)質(zhì)性改進(jìn)提供了平臺(tái)。正如關(guān)于第二代CCS的報(bào)告Shand CCS可行性研究iv所述，經(jīng)驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)上進(jìn)行調(diào)整可以立即帶來(lái)性能的改善。

跨過(guò)第1代的挑戰(zhàn)

在進(jìn)一步審查Petra Nova的技術(shù)報(bào)告時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一些熟悉的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兣c我們?cè)贐D3的經(jīng)歷非常相似。很多曾經(jīng)出現(xiàn)并隨后得到處理的問(wèn)題在BD3也同樣出現(xiàn)過(guò)。我們?cè)敢夥窒磉@一重要經(jīng)驗(yàn)并看到新工廠加以應(yīng)用，因?yàn)檫@些預(yù)防措施可以增強(qiáng)使用信心，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

必須注意的是，兩處設(shè)施一致報(bào)告的可靠性問(wèn)題都是機(jī)械問(wèn)題（而不是化學(xué)問(wèn)題）。所有工業(yè)設(shè)施中，機(jī)械設(shè)備的可靠性通常都遵循相同的成熟度曲線。這是個(gè)好消息，因?yàn)闄C(jī)械問(wèn)題是可以解決的，而且實(shí)際上已經(jīng)解決了。這不僅加深了我們的經(jīng)驗(yàn)和理解，還為下一個(gè)設(shè)計(jì)迭代提供了依據(jù)。與想要建立CCS設(shè)施的相關(guān)方合作時(shí)，我們都可以確保這些情況不會(huì)再發(fā)生。

例如，通過(guò)冗余可以大大縮短停機(jī)時(shí)間。在CCS在全球范圍內(nèi)通過(guò)更多迭代積累起更多知識(shí)之前，考慮運(yùn)用冗余將是明智之選。關(guān)于冗余，值得一提的是板框式熱交換器的可靠性，這在Petra Nova和BD3都導(dǎo)致了性能降級(jí)和停機(jī)。在BD3，這一情況到2018年時(shí)得到了很大程度的改善。

兩家CCS發(fā)電廠都存在的另一個(gè)可靠性問(wèn)題的例子是增壓鼓風(fēng)機(jī)葉片背面出現(xiàn)水垢。這種結(jié)垢引起振動(dòng)，并最終導(dǎo)致操作中斷以進(jìn)行清理。自BD3的問(wèn)題解決以后，我們?cè)峁┳稍円庖?jiàn)并向Petra Nova和其他客戶提供了易于操作且成本低廉的解決方案。

第三個(gè)例子是CO2壓縮機(jī)中冷器在材料兼容性方面不匹配的問(wèn)題。盡管表現(xiàn)方式不同，但Petra Nova和BD3在CO2壓縮機(jī)中冷器的結(jié)構(gòu)材料上都出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。這凸顯了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和所獲重要知識(shí)的價(jià)值。我們可以為客戶提供這些經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，以便他們了解未來(lái)建造項(xiàng)目所需的合適且堅(jiān)固的材料。

冗余穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題指向了三個(gè)重要趨勢(shì)：1）經(jīng)驗(yàn)表明通過(guò)第一代技術(shù)開(kāi)展工作的必要性；2）成功經(jīng)驗(yàn)和適應(yīng)措施證明可靠性會(huì)隨著時(shí)間不斷提升；3）我們現(xiàn)在知道如何解決問(wèn)題并繼續(xù)學(xué)習(xí)——這是第二代碳捕獲的大幅進(jìn)步。

排放不會(huì)間斷

暫停Petra Nova運(yùn)轉(zhuǎn)意味著排放直接進(jìn)入大氣，而捕獲裝置則處于閑置狀態(tài)。CCS對(duì)于電力行業(yè)（產(chǎn)生全球32%的CO2排放量）具有重要意義。v為了將全球變暖限制在1.5°C，必須對(duì)大規(guī)模的排放密集型工業(yè)和發(fā)電工藝實(shí)施大力度的脫碳處理。CCS可以做到這一點(diǎn)。

從科學(xué)/工程的角度來(lái)看令人難以置信的是，在CCS技術(shù)已被證明取得成功并且迅速發(fā)展，可在簡(jiǎn)化部署同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)和成本的情況下，新CCS設(shè)施的推行以及現(xiàn)有設(shè)施的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)仍然沒(méi)有得到明確的大力支持。

Corwyn Bruce 國(guó)際CCS知識(shí)中心項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和咨詢服務(wù)副總裁，具有在BD3 CCS設(shè)施工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也是Shand CCS可行性研究的主要作者。

關(guān)于國(guó)際CCS知識(shí)中心：本著促進(jìn)全球?qū)Υ笠?guī)模CCS的理解和部署來(lái)減少全球溫室氣體排放的使命，知識(shí)中心通過(guò)完全集成的Boundary Dam 3 CCS Facility和全面的第二代CCS研究（稱為Shand研究）的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，提供實(shí)施大規(guī)模CCS項(xiàng)目以及CCS優(yōu)化的專業(yè)知識(shí)。知識(shí)中心由BHP和SaskPower于2016年創(chuàng)立并在獨(dú)立董事會(huì)的指導(dǎo)下運(yùn)營(yíng)。