不确定性条件下的区域碳捕集与封存系统优化研究

摘要

近年来，全球气候变化引起了人们的广泛关注，国际社会普遍认为由于大量化石燃料的使用导致的大气中CO2浓度增高是导致全球气候变化的主要原因。为了控制CO2的排放，需要采取各种有效措施以减少人类活动产生的CO2排放，其中碳捕集与封存(CCS)技术是一揽子措施中的一个重要元素。然而CCS作为一项新的减排技术仍处于早期的研发及项目示范阶段，在世界范围内尚没有出现完全意义上的商业化的包含捕集、运输与封存的全流程示范项目。为了科学规划CCS的发展，各国研究者们纷纷推出各种路线图，以期推动CCS的尽早为全球温室气体减排战略做贡献。然而，这些规划研究或是大多局限于CCS的某一环节（如捕集环节），或是简单的各个环节的耦合而忽略了从全系统经济最优化的角度探索CCS各个环节互动及多个技术竞争或共存的复杂关系下对于全流程的系统规划。此外，鉴于CCS系统本身是一个复杂的系统，包含捕集、运输和封存多个环节，且每个环节又有多种技术选择，系统的各个环节之间以及每个环节的多种技术存在错综的互动关系，并且在更高层面上与社会、经济、政策、环境、能源安全等一系列因素相关，从而导致CCS系统的量化存在许多不确定性。 本研究致力于开发不确定性条件下区域CCS系统优化模型，以帮助在系统框架下，从源汇匹配的角度科学规划未来的CCS各个环节乃至全流程商业化应用以及分析各种CCS激励政策及机制。从而为国家的CCS战略定位及决策提供科学依据。基于此目标，本文在学习和借鉴国内外相关研究技术成果和经验的基础上，以区域CCS系统为研究对象，通过综合区间参数规划和整数规划方法构建了不确定条件下区域CCS优化模型。通过一个案例研究，验证了该模型的在规划CCS各种技术的发展、经济激励的手段以及反映系统的不确定方面的实用性。应用结果表明，在满足CO2减排目标的条件下，首先实施CCS技术的部门应当是碳捕集技术应用成本较低的行业（如煤化工、天然气加工等），而电力部门作为最大的CO2排放源，其排放特征也决定它是未来CCS技术应用的主要载体。通过不同的情景分析，可以看出随着设定的碳价格的增加，CCS技术能够得到更大范围的应用，这说明CCS技术的大规模发展需要一定的政府补贴或金融政策的支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究思路和内容

1．3 论文结构框架

第2章 CCS研究现状及发展趋势

2．1 CCS系统组成

2．1．1 CO2捕集

2．1．2 CO2运输

2．1．3 CO2封存

2．1．4 CCS存在的问题

2．2 CCS项目实施现状及发展趋势

2．3 CCS大规模发展面临的问题

2．3．1 技术成本

2．3．2 技术学习曲线

2．3．3 政策支持

2．3．4 公众接受度

2．4 CCS经济性评价研究

2．4．1 国外研究进展

2．4．2 国内研究进展

2．5 本章小结

第3章 不确定性区域CCS系统优化模型构建及求解

3．1 不确定性区域CCS系统优化模型

3．1．1 不确定性区域CCS优化模型-基准模型

3．1．2 基于碳价格情景的不确定性CCS优化模型

3．2 模型求解

3．2．1 区间参数规划

3．2．2 区间混合整数规划

3．2．3 区间混合整数规划的求解

3．3 本章小结

第4章 区域CCS系统优化模型应用-案例研究

4．1 研究系统概况

4．2 结果分析

4．2．1 基准情景下的CCS系统规划

4．2．2 碳价格情景下的不确定性CCS系统规划

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 发展展望

参考文献

附录

在校攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介