Оценка чистых угольных технологий с применением технологии улавливания, утилизации и хранения углерода в угольной промышленности Китая

На долю угольного сектора приходится 41,14% мировых выбросов углерода, вклад Китая составил 28,87% в 2022 г. Технологии улавливания, использования и хранения углерода (CCUS) используются для решения экологических проблем и повышения энергоэффективности, развивают экономику замкнутого цикла и способствуют достижению углеродной нейтральности в рамках устойчивого развития. Представлены классификация и направления исследований технологий чистого угля; проведен всесторонний анализ текущего состояния технологий чистого угля с учетом улавливания, использования и хранения углерода; выполнена экономическая оценка проекта внедрения чистых угольных технологий на теплоэлектростанции на основе модели LCOE и анализируются проблемы реализации проекта CCUS в Китае. Результаты показывают, что китайские проекты производства электроэнергии на топливных элементах с интегрированной газификацией угля (IGCC) экономически целесообразны при тарифах на электроэнергию выше, чем нормированная стоимость электроэнергии (LCOE). Основными проблемами внедрения технологии CCUS в проектах по производству чистой угольной электроэнергии в Китае являются высокие затраты на строительство и эксплуатацию электростанций, несовершенство законодательства и риски для экологической безопасности. Сформулированы предложения в отношении политики стимулирования со стороны правительства, которые могут использоваться странами с угольной генерацией, включая Россию.

Лицзюань Чжан, Пономаренко Т. В., Сидоров Д. В. Оценка чистых угольных технологий с применением технологии улавливания, утилизации и хранения углерода в угольной промышленности Китая // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 2. – С. 105–128. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_2_0_105.

Лицзюань Чжан¹ — аспирант, e-mail: s215002@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-3787-3871,
Пономаренко Татьяна Владимировна¹ — д-р экон. наук, профессор, e-mail: ponomarenko_tv@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-5047-2880,
Сидоров Дмитрий Владимирович — д-р техн. наук, ООО «Полигор», e-mail: mail@polygor.com, ORCID ID: 0000-0001-5047-2880,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Лицзюань Чжан, e-mail: s215002@stud.spmi.ru.

1. Xu Y., Wang K., Pei J. The economics of clean coal power generation with carbon capture and storage technology in China // Clean Technologies and Environmental Policy. 2023, vol. 25, no. 7, pp. 1—19. DOI: 10.1007/s10098-023-02531-1.

2. Zhang B., Wang S., Wang D., Wang Q., Yang X., Tong R. Air quality changes in China 2013— 2020: Effectiveness of clean coal technology policies // Journal of Cleaner Production. 2022, vol. 366, article 132961. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.132961.

3. Wang G., Xu Y., Ren H. Intelligent and ecological coal mining as well as clean utilization technology in China: Review and prospects // International Journal of Mining Science and Technology. 2019, vol. 29, no. 2, pp. 161—169. DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.06.005.

4. Marinina O., Kirsanova N., Nevskaya M. Circular economy models in industry: Developing a conceptual framework // Energies. 2022, vol. 15, no. 24, article 9376. DOI: 10.3390/en15249376.

5. Zhang L., Ponomarenko T. Directions for sustainable development of china’s coal industry in the post-epidemic era // Sustainability. 2023, vol. 15, no. 8, article 6518. DOI: 10.3390/su15086518.

6. Zhao L. T., Liu Z. T., Cheng L. How will China's coal industry develop in the future. A quantitative analysis with policy implications // Energy. 2021, vol. 235, article 121406. DOI: 10.1016/j. energy.2021.121406.

7. Wang X., Du L. Study on carbon capture and storage (CCS) investment decision-making based on real options for China's coal-fired power plants // Journal of Cleaner Production. 2016, vol. 112, pp. 4123—4131. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.07.112.

8. Leyzerovich A. S. Development of China’s coal-fired power plants in the coming years // Power Technology and Engineering. 2021, vol. 55, no. 4, pp. 562—567. DOI: 10.1007/s10749-021-01398-w.

9. Lyu J., Yang H., Ling W., Nie L., Yue G., Li R., Chen Y., Wang S. Development of a supercritical and an ultra-supercritical circulating fluidized bed boiler // Frontiers in Energy. 2019, vol. 13, pp. 114—119. DOI: 10.1007/s11708-017-0512-4.

10. Zhang H., Lyu J., Yue G. A review on research and development of CFB combustion technology in China // Powder Technology. 2022, article 118090. DOI: 10.1016/j.powtec.2022.118090.

11. Chyou Y. P., Chiu H. M., Chen P. C., Chien H. Y., Wang T. Coal-derived synthetic natural gas as an alternative energy carrier for application to produce power — comparison of integrated vs. nonintegrated processes // Energy. 2023, vol. 282, article 128958. DOI: 10.1016/j.energy.2023.128958.

12. Nevskaya M. A., Raikhlin S. M., Vinogradova V. V., Belyaev V. V., Khaikin M. M. A study of factors affecting national energy efficiency // Energies. 2023, vol. 16, no. 13, article 5170. DOI:10.3390/ en16135170.

13. Aldersey-Williams J., Broadbent I. D., Strachan P. A. Better estimates of LCOE from audited accounts. A new methodology with examples from United Kingdom offshore wind and CCGT // Energy Policy. 2019, vol. 128, pp. 25—35. DOI: 10.1016/j.enpol.2018.12.044.

14. Dmitrieva D., Chanysheva A., Solovyova V. A. Conceptual model for the sustainable development of the Arctic’s mineral resources considering current global trends: Future scenarios, key actors, and recommendations // Resources. 2023, vol. 12, no. 6, article 63. DOI: 10.3390/resources12060063.

15. 杨云霞,牛海峰,李永迎, 刘静静, 许昌.平准化度电成本是不同发电技术经济性评价的通用参数.能源研究与利用, 20213, vol. 5, no. 6. DOI:10.3969/j.issn.1001-5523.2021.05.009.

16. Xia C., Ye B., Jiang J., Shu Y. Prospect of near-zero-emission IGCC power plants to decarbonize coal-fired power generation in China: Implications from the GreenGen project // Journal of Cleaner Production. 2020, vol. 271, article 122615. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.122615.

17. Pettinau A., Ferrara F., Tola V., Cau G. Techno-economic comparison between different technologies for CO2-free power generation from coal // Applied Energy. 2017, vol. 193, pp. 426—439. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.02.056.

18. Xu Y., Yang K., Zhou J., Zhao G. Coal-biomass co-firing power generation technology: Current status, challenges and policy implications // Sustainability. 2020, vol. 12, no. 9, article 3692. DOI: 10.3390/su12093692.

19. Ali B. The cost of conserved water for coal power generation with carbon capture and storage in Alberta, Canada // Energy Conversion and Management. 2018, vol. 158, pp. 387—399. DOI: 10.1016/j.enconman.2017.12.075.

20. Chen Z., Zhou Q., Zhang Y., Zhang X. Energy, exergy and economic (3E) evaluations of a novel power generation system combining supercritical water gasification of coal with chemical heat recovery // Energy Conversion and Management. 2023, vol. 276, article 116531. DOI: 10.1016/j.enconman.2022.116531.

21. Farajollahi H., Hossainpour S. Macroscopic model-based design and techno-economic assessment of a 300 MWth in-situ gasification chemical looping combustion plant for power generation and CO2 capture // Fuel Processing Technology. 2022, vol. 231, article 107244. DOI: 10.1016/j.fuproc.2022.107244.

22. Lanzini A., Kreutz T. G., Martelli E., Santarelli M. Techno-economic analysis of integrated gasification fuel cell power plants capturing CO2 // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. American Society of Mechanical Engineers. 2012, vol. 44694, pp. 337—347. DOI: 10.1115/GT2012-69579.

23. Yang L., Wei N., Lv H., Zhang X. Optimal deployment for carbon capture enables more than half of China’s coal-fired power plant to achieve low-carbon transformation // Iscience. 2022, vol. 25, no. 12. DOI: 10.1016/j.isci.2022.105664.

24. Cherepovitsyn A., Chvileva T., Fedoseev S. Popularization of carbon capture and storage technology in society: Principles and methods // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020, vol. 17, no. 22, article 8368. DOI: 10.3390/ijerph17228368.

25. Shen M., Tong L., Yin S., Liu C., Wang L., Feng W., Ding Y. Cryogenic technology progress for CO2 capture under carbon neutrality goals. A review // Separation and Purification Technology. 2022, article 121734. DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121734.

26. Fetisov V., Gonopolsky A. M., Zemenkova M. Y., Andrey S., Davardoost H., Mohammadi A. H., Riazi M. On the integration of CO2 capture technologies for an oil refinery // Energies. 2023, vol. 16, no. 2, article 865. DOI: 10.3390/en16020865.

27. Tsvetkov P. Engagement of resource-based economies in the fight against rising carbon emissions // Energy Reports. 2022, vol. 8, pp. 874—883. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.05.259.

28. Yao J., Han H., Yang Y., Song Y., Li G. A review of recent progress of carbon capture, utilization, and storage (CCUS) in China // Applied Sciences. 2023, vol. 13, no. 2, article 1169. DOI: 10.3390/app13021169.

29. Lau H. C., Ramakrishna S., Zhang K., Radhamani A. V. The role of carbon capture and storage in the energy transition // Energy & Fuels. 2021, vol. 35, no. 9, pp. 7364—7386. DOI: 10.1021/acs. energyfuels.1c00032.

30. Huang W., Li Y., Chen P. China's CO2 pipeline development strategy under carbon neutrality // Natural Gas Industry B. 2023, vol. 10, no. 5, pp. 502—510. DOI: 10.1016/j.engb.2023.09.008.

31. Zhong Z., Chen Y., Fu M., Li M., Yang K., Zeng L., Liang J., Ma R., Xie Q. Role of CO2 geological storage in China's pledge to carbon peak by 2030 and carbon neutrality by 2060 // Energy. 2023, vol. 272, article 127165. DOI: 10.1016/j.energy.2023.127165.

32. Fu L., Ren Z., Si W., Ma Q., Huang W., Liao K., Huang Z., Wa Y., Li J., Xu P. Research progress on CO2 capture and utilization technology // Journal of CO2 Utilization. 2022, vol. 66, article 102260. DOI: 10.1016/j.jcou.2022.102260.

33. Tsvetkov P., Cherepovitsyn A., Fedoseev S. Public perception of carbon capture and storage. A state-of-the-art overview // Heliyon. 2019, vol. 5, no. 12. DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e02845.

34. Wang H., Liu Y., Laaksonen A., Krook-Riekkola A., Yang Z., Lu X., Ji X. Carbon recycling— An immense resource and key to a smart climate engineering. A survey of technologies, cost and impurity impact // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020, vol. 131, article 110010. DOI: 10.1016/j.rser.2020.110010.

35. Bhatia S. K., Bhatia R. K., Jeon J. M., Kumar G., Yang Y. H. Carbon dioxide capture and bioenergy production using biological system—A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019, vol. 110, pp. 143—158. DOI: 10.1016/j.rser.2019.04.070.

36. Guo H., Lyu X., Meng E., Xu Y., Zhang M., Fu H., Zhang Y., Song K. CCUS in China: Challenges and opportunities // SPE Improved Oil Recovery Conference. OnePetro, 2022. DOI: 10.2118/209468-MS.

37. Romasheva N., Ilinova A. CCS projects: How regulatory framework influences their deplopment // Resources. 2019, vol. 8, no. 4, article 181. DOI: 10.3390/resources8040181.

38. Cui J., Song F., Jiang Z. Efficiency vs. equity as China's national carbon market meets provincial electricity markets // China Economic Review. 2023, vol. 78, article 101915. DOI: 10.1016/j. chieco.2022.101915.

39. Bykowa E. N., Khaykin М. М., Shabaeva Y. I., Beloborodova М. D. Development of methodology for economic evaluation of land plots for the extraction and processing of solid minerals // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — C. 52—67. DOI: 10.31897/PMI.2023.6.

40. Liu G., Cai B., Li Q., Zhang X., Ouyang T. China’s pathways of CO2 capture, utilization and storage under carbon neutrality vision 2060 // Carbon Management. 2022, vol. 13, no. 1, pp. 435—449. DOI: 10.1080/17583004.2022.2117648.

41. Литвиненко В. С., Петров Е. И., Василевская Д. В., Яковенко А. В., Наумов И. А., Ратников М. А. Оценка роли государства в управлении минеральными ресурсами // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 95—111. DOI: 10.31897/pmi.2022.100.

42. Череповицын А. Е., Ильинова А. А., Евсеева О. О. Управление стейкхолдерами проектов секвестрации углекислого газа в системе государство—бизнес—общество // Записки Горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 731—742. DOI: 10.31897/pmi.2019.6.731.

43. Wilberforce T., Olabi A. G., Sayed E. T., Elsaid K., Abdelkareem M. A. Progress in carbon capture technologies // Science of The Total Environment. 2021, vol. 761, article 143203. DOI: 10.1016/ j.scitotenv.2020.143203.

44. Liu Z., Zhao X., Tan J., Tian H. Model and simulation of engineering safety risk control based on artificial intelligence algorithm // International Transactions on Electrical Energy Systems. 2022, vol. 2022. DOI: 10.1155/2022/3204317.

45. Зубов В. П., Ли Юньпэн Слоевая система разработки мощных пологих угольных пластов на шахтах Китая: проблемные вопросы, направления совершенствования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 7. — С. 37—51. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2023_7_0_37.