二氧化碳捕集、利用与封存全流程系统优化模型的开发及应用

摘要

二氧化碳捕集利用与封存技术(Carbon dioxide capture，utilization and storage，CCUS)的应用能够有助于大规模的温室气体减排和化石能源清洁高效利用，已经成为各国政府和学者研究关注的焦点。CCUS的同样关乎着我国的减排责任、能源安全和中国能源企业国际竞争力。缺乏有效精细化的规划以及科学的经济性分析将影响CCUS项目的相关决策，导致项目巨大的商业风险，影响该技术在我国的商业示范。因此本研究基于CCUS系统的深入剖析，开发了CCUS系统全流程优化模型，并从资源和环境收益的角度开展了CCUS技术规划研究。在此基础上，耦合了混合整数规划，区间规划、机会约束规划、两阶段规划等不确定性优化方法，建立了不确定性全流程CCUS系统规划模型体系，深入分析CCUS技术自身内部、外部政策互动关系以及多种不确定性，促进CCUS系统内部各个技术模块有效优化配置从而降低整个系统成本，为CCUS系统全流程项目的示范和部署提供决策支持。
　　本研究内容包括以下几个方面:(1)构建全流程CCUS系统优化模型，并应用于一个典型的大规模CCUS项目的案例研究;(2)通过集成CO2减排的环境效益模块，并以整个系统成本最小化为原则构建了全流程CCUS系统资源和环境效益优化模型，该模型不仅能够有效地反映CO2捕集后的封存利用所产生的资源经济效益，而且结合碳价补贴和政府封存补贴的情景分析，反映CCUS温室气体减排的环境效益;(3)基于区间参数规划、混合整数规划和机会约束规划方法的耦合，开发了区间机会约束的全流程CCUS系统优化模型，以有效处理CCUS工程项目规划过程中处理目标函数和系统约束中区间、概率分布和混合整数等多重不确定性问题;(4)开发了区间两阶段的CCUS系统优化模型，该模型能够在初始制定的CO2分配政策决策失误时，帮助决策者针对CO2气源短缺或过剩制定追索补偿方案。
　　本研究主要贡献是开发的全流程CCUS系统优化模型，该模型能够有效地反映CCUS系统内部的互动性和不确定性，能够为复杂条件下CCUS系统规划提供科学决策方案，有助于促进我国大规模CCUS项目的低成本的示范和部署。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究目标

1．3 研究内容

1．4 研究思路与框架

第2章 文献综述

2．1 CCUS战略规划和技术经济性研究进展

2．2 CCUS模型规划研究进展

2．2．1 CCUS技术经济优化模型的研究进展

2．2．2 基于补贴和激励政策的CCUS经济评价模型研究

2．2．3 基于不确定优化方法的CCUS模型规划研究

2．2．4 CO2供应分配调度规划研究

2．3 小结

第3章 全流程CCUS系统优化模型的开发及资源效益评价

3．1 引言

3．2 基于全流程CCUS系统优化模型构建

3．2．1 目标函数

3．2．2 约束条件

3．2．3 模型解法

3．3 案例研究

3．3．1 CCUS系统概述

3．3．2 CCUS系统建模

3．4 结果与讨论

3．4．1 基准情景下CCUS项目动态规划

3．4．2 油价情景下CCUS项目动态规划

3．4．3 不同CO2驱油利用情景下的CCUS项目动态规划

3．4．4 讨论

3．5 小结

第4章 全流程CCUS资源和环境效益模型的开发及应用

4．1 引言

4．2 全流程CCUS资源和环境效益优化模型开发

4．2．1 目标函数

4．2．2 约束条件

4．2．3 模型解法

4．3 案例研究

4．3．1 CCUS系统建模

4．4 结果分析与讨论

4．4．1 碳交易补贴情景下CCUS项目动态规划方案

4．4．2 封存补贴情景下的CCUS项目的动态规划方案

4．4．3 讨论

4．5 小结

第5章 区间机会约束的CCUS系统优化模型的开发及应用

5．1 引言

5．2 区间机会约束的CCUS系统优化模型的开发

5．2．1 目标函数

5．2．2 约束条件

5．2．3 模型的算法

5．3 案例研究

5．3．1 CCUS项目概述

5．3．2 参数收集

5．4 结果分析与讨论

5．4．1 不同违约概率风险水平CCUS项目经济性分析

5．4．2 CO2捕集压缩动态规划方案

5．4．3 管道运输的动态规划方案

5．4．4 CO2封存利用动态规划方案

5．3 小结

第6章 区间两阶段的CCUS系统优化模型的开发及应用

6．1 引言

6．2 区间两阶段的CCUS系统优化模型的开发

6．2．1 目标函数

6．2．2 约束条件

6．2．3 模型解法

6．3 案例研究

6．4 结果分析

6．4．1 CO2供应调度系统动态扩容方案

6．4．2 不同封存区域优化分配供应方案

6．4．3 不同封存区域CO2短缺外购及预留扩大封存注入规划方案

6．4．4 CO2供应分配调度系统经济性分析

6．4 小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介