以技捕碳 以綠興能

走近全球規(guī)模最大煤電碳捕集示范工程

二氧化碳再生塔器。

郜時旺在實驗室指導CCUS技術研發(fā)。 

二氧化碳吸收劑人工智能自動化開發(fā)設備。

兩相型二氧化碳吸收劑工作原理示意圖。

華能正寧電廠百萬噸級CCUS示范項目。受訪單位供圖

重要論述

※我們率先開發(fā)風電、光伏,走的路現(xiàn)在看是有前瞻性的,同時,煤電是我們能源的家底,是要發(fā)揮托底作用的。一定要堅持走清潔、低碳發(fā)展的路子。

中央紀委國家監(jiān)委網(wǎng)站 陳瑤報道春天的隴東大地，生機盎然。甘肅慶陽的正寧電廠內(nèi)，1號、2號機組穩(wěn)定運行，源源不斷的電能經(jīng)電網(wǎng)送往千家萬戶與生產(chǎn)一線。

正寧電廠是國家重大能源通道“隴電入魯”工程的重要配套調(diào)峰電源，承擔著筑牢區(qū)域電力保供防線、保障能源安全穩(wěn)定供應的重任。這里有個“碳捕手”，即去年9月正式投運的全球規(guī)模最大煤電碳捕集示范工程——華能正寧電廠150萬噸/年二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）示范工程（以下簡稱“正寧電廠示范工程”）。通過“碳捕手”，煤炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳在吸收塔和再生塔內(nèi)與吸收劑進行化學反應，從而被捕集，之后再被利用與封存。這一工程，可推動隴東優(yōu)質(zhì)煤炭資源實現(xiàn)高效清潔利用、就地轉化增值。

CCUS是實現(xiàn)“雙碳”目標的核心關鍵技術之一。自2021年以來，我國CCUS產(chǎn)業(yè)加速布局、規(guī)模持續(xù)擴容。乘著行業(yè)發(fā)展的東風，正寧電廠示范工程憑借哪些硬核實力脫穎而出？這份服務國家“雙碳”戰(zhàn)略目標與煤電綠色轉型的方案，又蘊含著怎樣的時代意義？帶著這些問題，記者采訪了中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司（以下簡稱“華能清能院”）正寧電廠示范工程研發(fā)團隊，在對話中探尋“中國方案”的創(chuàng)新密碼。

破局突圍：從跟跑到引領，助力煤電低碳發(fā)展

能源是國民經(jīng)濟的命脈，能源保障與安全直接關系國計民生，關乎發(fā)展全局。作為世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國，我國維護能源安全的堅實底氣，一方面源自煤炭、石油、天然氣、非化石能源等一次能源的綜合供給能力，另一方面則得益于發(fā)展方式綠色轉型取得的扎實成效。

立足我國富煤、貧油、少氣的資源稟賦，煤電憑借穩(wěn)定可靠、調(diào)峰能力突出的優(yōu)勢，在當前及今后較長時期內(nèi)，仍將承擔“基礎保障+系統(tǒng)調(diào)節(jié)”的重要功能。但與此同時，煤電行業(yè)碳排放總量偏大的現(xiàn)實，也迫切要求加快低碳化改造步伐，縱深推進能源綠色低碳轉型。

“實現(xiàn)‘雙碳’目標，既要大力構建新型能源體系，也要推動傳統(tǒng)能源主動擔當作為，探索出一條切實可行的低碳發(fā)展路徑?！比A能清能院院長肖平表示。

煤電作為電力系統(tǒng)的“壓艙石”，必須在牢牢守住能源安全底線的前提下推進綠色轉型，絕非簡單的“去煤化”，而是要全力攻克“用煤不排碳”這一關鍵技術難關。CCUS正是攻克難關的重要抓手。

放眼全球，歐美在CCUS技術研發(fā)與應用領域起步較早。1972年，美國二氧化碳年捕集規(guī)模便達到40萬至50萬噸；20世紀90年代起，歐洲聚焦二氧化碳封存技術，陸續(xù)建成一批示范工程。進入21世紀，在應對氣候變化的共識下，CCUS作為核心減碳技術受到各國高度重視，我國也加快布局。

在發(fā)展初期，我國CCUS發(fā)展面臨技術“封鎖”、裝備依賴進口、關鍵材料受制于人等困境。我國在引進、消化、吸收的基礎上逐步追趕，為后續(xù)突破積蓄了堅實力量。歷經(jīng)二十余年深耕，我國煤電領域的CCUS項目從每年捕集3000噸提升至50萬噸，并邁向自主研發(fā)、成熟應用。

“經(jīng)過這段‘技術長跑’，我們有更足的信心、更強的實力給出CCUS的‘中國方案’。”對于華能清能院副總工程師、溫室氣體減排部主任郜時旺及其團隊來說，這個方案的目標清晰而堅定。

在規(guī)模上，實現(xiàn)從“跟隨”走向“引領”的轉變。在正寧電廠示范工程建成之前，我國在燃煤電廠百萬噸級碳捕集示范工程方面存在空白。“中國作為全球煤電裝機規(guī)模最大的國家，必須打造屬于自己的百萬噸級‘母艦’，推動碳捕集示范項目從‘十萬噸級試驗’向‘百萬噸級工業(yè)化應用’跨越?！臂瑫r旺說。作為全球規(guī)模最大煤電碳捕集示范工程，正寧電廠示范工程每年可捕集的二氧化碳量，相當于60萬輛汽車一年的碳排放量，可助力燃煤電廠實現(xiàn)大規(guī)模、工業(yè)化深度減排，推動煤電綠色清潔發(fā)展，助推碳中和目標實現(xiàn)。

在裝備上，要實現(xiàn)從“引進”到“自主”的跨越?！昂诵难b備100%國產(chǎn)化”“不能讓人‘卡脖子’”，每每談及自主研發(fā)，郜時旺的語氣不自覺地變得高亢。他說，無論是全球首創(chuàng)的“二塔合一”復合式吸收塔，還是填補國內(nèi)空白的八級超臨界二氧化碳壓縮機，唯有實現(xiàn)完全國產(chǎn)化，才能真正筑牢發(fā)展底氣。

在系統(tǒng)集成上，則要追求“捕碳”與“調(diào)峰”的協(xié)同。這是正寧電廠示范工程區(qū)別于國際同類項目的一大亮點。在郜時旺眼中，團隊打造的并非單一環(huán)保設備，而是可與電網(wǎng)深度融合的“智慧型”碳捕集系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠動態(tài)調(diào)整負荷，使煤電機組在高效捕集二氧化碳的同時，靈活適配電網(wǎng)調(diào)度需求，切實保障電力供應安全穩(wěn)定。

攻堅破難：在“無人區(qū)”蹚路，鍛造自主創(chuàng)新硬核實力

2026年，從正寧電廠燃煤機組捕集到的二氧化碳，被注入地下3000米深的咸水層進行永久地質(zhì)封存。這是正寧電廠示范工程正式運行后取得的階段性成果。

成果令人欣喜，背后的攻堅克難、精益求精值得回味。

“正寧電廠示范工程的每一步，都是在為未來探索一條可行的減排路徑?！眻允剡@份信念，研發(fā)團隊為正寧電廠示范工程設定了幾個核心指標，其中之一是二氧化碳純度達99%以上。

99%，意味著近乎純凈的產(chǎn)品品質(zhì)。經(jīng)碳捕集系統(tǒng)處理后的二氧化碳，純度達到99%以上，這意味著它不再是工業(yè)廢氣，而是可以進入化工合成甚至精密焊接領域的資源。

記者了解到，捕集率越高，往往能耗越高；要求純度達到99%，核心裝備必須過硬，自主創(chuàng)新是唯一的出路。

“以前我們更多是在跟蹤國際前沿，看別人怎么做、學別人怎么做。但核心技術買不來，更何況在這個工程中，我們面對的是全球最大規(guī)模、沒有任何成熟經(jīng)驗可照搬的‘無人區(qū)’，只能靠自己干?！比A能清能院溫室氣體減排部副主任牛紅偉告訴記者，從27層樓高的“二塔合一”復合式吸收塔的設計，到八級超臨界二氧化碳壓縮機的攻關，再到深部咸水層多層封存體系的構建，“每一天都在面對未知，每一個環(huán)節(jié)都在逼自己蹚出一條路。”

這是一條啃硬骨頭的研發(fā)之路。以八級超臨界二氧化碳壓縮機為例，它是負責加壓輸送二氧化碳的動力“心臟”。研發(fā)團隊調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當時國際上能生產(chǎn)此類壓縮機的廠家屈指可數(shù)，而且對中國實行技術封鎖；國內(nèi)最高只能做到六級壓縮，無法滿足大規(guī)模、長距離二氧化碳傳輸與利用需求。困境之下，研發(fā)團隊與設備廠家從基礎研究做起，從材料、轉子動力學到流道設計，一步步啃硬骨頭，先后攻克了多級高速復雜軸系穩(wěn)定性、窄流道三元閉式葉輪加工等一系列技術難關，最終設計出國內(nèi)首臺八級超臨界二氧化碳壓縮機，為捕集后二氧化碳大規(guī)模管道輸送與封存提供了重要設備支撐。

這也是一條精益求精之路。在工程推進過程中，研發(fā)團隊總在打磨細節(jié)：面對復合式吸收塔結構復雜、焊接量大、高空作業(yè)面緊張的挑戰(zhàn)，通過多次試驗，推出“外鋼架、筒體、內(nèi)件分層循環(huán)流水作業(yè)”模式，保證了一萬余次安全起吊；為了驗證“捕碳+調(diào)峰”協(xié)同運行的技術可行性，他們連續(xù)多天守在集控室，盯著運行參數(shù)界面，不斷調(diào)整裝置參數(shù)，直至裝置運行技術指標滿足設計要求，可隨煤電機組運行情況動態(tài)調(diào)整碳捕集系統(tǒng)負荷。

這還是一條敢于試錯的優(yōu)化之路?！皩嶒炇依锏募夹g再成熟，只有通過真實、復雜的燃煤煙氣驗證，才能從樣品變成產(chǎn)品，最終推向市場變成商品。”令牛紅偉印象深刻的是建設調(diào)試階段的一次次試驗，“從實驗室到工廠，小試成功的工藝，在放大百倍千倍后，因流體的分布、傳質(zhì)傳熱的效率會發(fā)生巨大變化，很可能達不到目標值，甚至會出現(xiàn)致命缺陷?！毖邪l(fā)過程中，無數(shù)次失敗讓大家深切體會到科研不是一帆風順的坦途，而是布滿荊棘的攀登。但也正是在一次次推倒重來中，正寧電廠示范工程的“二塔合一”復合式吸收塔空間利用率變得更高、結構性能變得更優(yōu)，自主研發(fā)的二氧化碳捕集吸收劑突破了再生能耗高、降解嚴重的難題，關鍵技術指標達到國際領先水平。

向綠而行：聚力迭代優(yōu)化，續(xù)寫低碳轉型篇章

正寧電廠示范工程的正式投運，其意義不僅在于驗證了我國CCUS技術的成熟可靠性，更在于向全球碳減排領域遞上了一份兼具實力與溫度的“中國方案”：

一套“全鏈條自主創(chuàng)新，核心裝備100%國產(chǎn)化”的技術裝備體系，從此任何國家想發(fā)展CCUS，都多了一個“中國選項”；

一種“煤電低碳轉型+能源安全保障”協(xié)同發(fā)展的系統(tǒng)范式，證明了能源轉型可以通過技術創(chuàng)新，實現(xiàn)發(fā)展與減排的平衡；

一條“產(chǎn)學研用協(xié)同、創(chuàng)新聯(lián)合體攻關”的產(chǎn)業(yè)培育路徑，有效整合了碳捕集、輸送、利用、封存全鏈條資源，凝聚起多方力量，合力把CCUS產(chǎn)業(yè)鏈的“蛋糕”做大、做優(yōu)、做扎實，為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展筑牢根基。

隨著工程的投運，研發(fā)團隊再次忙碌起來，向著更高目標穩(wěn)步邁進。

“站在新的起點，我們的工作重心將從‘建設攻堅’向‘運維優(yōu)化、迭代升級’階段推進?！比A能清能院溫室氣體減排部劉漢明博士告訴記者。

運維優(yōu)化階段，核心目標是讓整套裝置“跑得更穩(wěn)、更省、更高效”。投運之后，研發(fā)團隊的首要任務便是持續(xù)優(yōu)化運行參數(shù)，全面驗證裝置長周期穩(wěn)定運行的可靠性?！拔覀儗⒃趯嶋H運行中精準驗證每一組數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化吸收劑配方、降低再生能耗，力爭讓這套系統(tǒng)的能耗再降一步、效率再提一截，充分釋放技術潛力?！眲h明補充道。

當前CCUS面臨的最大瓶頸是成本。到了迭代升級階段，就要通過規(guī)?；痉?，讓技術“成本更低、競爭力更強”。記者獲悉，團隊將在高效、低能耗二氧化碳吸收劑研發(fā)領域持續(xù)攻堅，突破關鍵技術瓶頸；同時，將以正寧電廠為核心樞紐，積極探索與周邊油田、化工企業(yè)的深度協(xié)同模式，逐步構建起“碳捕集—資源化—收益反哺”的商業(yè)閉環(huán)，讓CCUS真正從“可行”走向“可持續(xù)”。

展望未來，CCUS是一個需要長期堅守的方向，征途注定不是一馬平川，需要耐得住寂寞、扛得住壓力、經(jīng)得起波折。只有以勇敢為翼、以恒心為伴，才能在綠色轉型的戰(zhàn)場上破局而立，書寫屬于這一代科研工作者的硬核答卷。

記者手記丨最動人心是情懷

在正寧電廠，示范工程的成效閃爍著耀眼光芒，同樣閃亮的還有一群平凡科研工作者的奮斗歷程。他們幽默又鮮活，將碳捕集過程中二氧化碳與吸收劑的反應巧作比喻：吸收塔是“淋浴間”，燃煤產(chǎn)生的煙氣從“淋浴間”下端涌入；吸收劑是特制的“洗澡水”，從塔頂噴淋而下，“能像磁鐵吸鐵屑一樣，只把二氧化碳‘抓’進液體里，而讓潔凈的煙氣排出”。這份鮮活背后，是對科研的熱愛與對生活的細致觀察。

最打動人的，是他們藏在堅守里的家國情懷?！靶闹醒b著‘國之大者’”“必須走通‘中國路’”，一句句真摯話語，道出了科研工作者20年堅守不變的初心，也彰顯了突破國外技術封鎖的決心。

微光雖小，照亮前行路；逐光而行，路雖遠行則將至。從技術跟跑到引領，從工程投運到迭代優(yōu)化，扎根一線的科研人，以初心為炬，懷揣信念、堅韌不拔，在CCUS“無人區(qū)”默默探索，終破壁壘，不僅為煤電低碳轉型交出了亮眼的中國答卷，更向世界傳遞了中國科研工作者的執(zhí)著與擔當。（中央紀委國家監(jiān)委網(wǎng)站 陳瑤）