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國際研究案例

國際上大型碳捕存整合計畫(LSIPs)

依據全球碳捕存研究所(GCCSI)於2014年最新發布之全球碳捕存發展現況報告(The Global Status Of CCS),截至2014年共有55個大規模的碳捕存整合計畫(LSIPs)發展中,潛力每年可封存100百萬公噸二氧化碳,其中目前共有22個計畫邁入建造及營運階段,營運中的13個LSIPs的封存容量總計為每年26百萬公噸二氧化碳,詳細計畫列表如下所示:

備註:大型碳捕存整合計畫(large-scale integrated CCS projects,LSIPs)規模定義,屬商轉級且為捕集、運輸及封存整合型計畫,應用於實際大型發電設備及工業設施,項目涉及的碳捕存規模為:1.每年至少排放800,000噸二氧化碳的燃煤電廠;2.每年至少排放400,000噸二氧化碳的密集型工業設施(包括天然氣發電)。

                                                                                                                   資料來源The Global Status Of CCS 2014, GCCSI

 

國際上成熟試驗及運轉之碳封存計畫

一、加拿大Weyburn-Midale Project 

    Weyburn計畫係自1999年起,由加拿大EnCana公司、Saskatchewan省資源局、國際能源署(IEA)及石油工業界共同合作執行之注入CO2以增產石油的計畫,將美國北達科塔州Beulah之煤炭氣化廠所排放之廢氣(含96% CO2、4% H2S 及N2),經由330公里的管線輸送至加拿大Saskatchewan省南部的Weyburn油田,注入深約1,400公尺、厚度300公尺之碳酸岩儲油層(Carbonate reservoir)。

Weyburn油田於1954年發現,估計原始原油資源量為14億桶,此CO2注入計畫為目前世界上最大的CCS計畫,自20009月開始注入,將原先每天排放到大氣5,000(約相當270萬立方公尺)CO2注入,每年約注入150萬噸的CO2,預計可永久封存約2千萬噸的CO2。在未注氣前,原油的產率為每天1萬桶,估計注氣後產率可望提升到3萬桶。

二、挪威Sleipner CO2 injection Project

Sleipner專案由Statoil公司和Sleipner合作夥伴共同經營,將Sleipner氣田產生的二氧化碳注入北海,注入地點離挪威海岸大約250公里。是世界上第一個工業和商業規模的二氧化碳注入專案,致力於在鹽水層中儲存CO2,是一項溫室氣體減排的具體措施。

二氧化碳(約9%)從Sleipner West氣田分離,然後注入到北海海床下大而深的Utsira鹽水層。鹽水層二氧化碳存儲專案(SACS)特意為此設立,來監測和研究二氧化碳的存儲。從1995年,國際能源署溫室氣體研發計畫已與挪威國家石油公司安排監測和研究活動。每年大約100萬噸CO2從生產的天然氣除去,並於該地注入至地底下。

二氧化碳注入從1996年10月開始,注入率約3,000噸/天(或100萬噸/年)。注入方式即通過一個在注入點附近接近水平的斜井。在整個專案期間,預計將儲存共2,000萬噸CO2

Sleipner 油田位於北海,挪威的斯塔萬格市西部約 250 公里處。該油田由挪威最大的石油公司 Statoil 進行開採。Sleipner 油田從位於海平面下 2500 米(8000 英尺)的 Heimdal 砂岩中開採天然氣和冷凝油(輕油)。

Sleipner 工程是第一個利用深層鹽水層進行 CO2 封存的商業典範,因此它的成功引起了世界廣泛的興趣。

三、澳洲Otway Project

Otway計畫為澳洲第一個CO2地下封存示範計畫,計畫由CO2CRC所主導,自2003年起即受地質評估,專案經費約4千萬澳幣。Otway封存場址位於維多利亞省南部Port Campbell市附近,為一已生產凅竭之舊油氣田,其鄰近有一氣田所生產的天然氣距離僅2~3公里,因此以管線將此高CO2含量之氣體由Buttress-1井輸送至新鑽之注氣井CRC-1注入至已生產凅竭之油氣層,並利用舊生產井Naylor-1井做為監測井,觀察紀錄注入氣之移棲行為。

Otway場址地質條件包括了一系列的多孔隙厚層砂岩,儲藏層上方有厚的蓋層,防止CO2向上洩漏,其計畫包含兩個階段,第一階段及第二階段所注入之地層不同,第一階段注入深度約2100公尺,注儲地層為Waarre Formation,其為已耗竭天然氣層,上方有Belfast泥岩當作蓋層,而第二階段則注入深度約1400公尺,注儲地層為已耗竭天然氣層上方的砂岩鹽水層Paaratte Formation,透過封存項目之差異而有不同之目的及研究項目。

目前Otway計畫已進入第二階段,主要目的在儲氣層上方之鹽水層對CO2之吸附能力。第二口注氣井CRC-2已於20112~3月完成。第二階段之注入氣將不再採用Buttress-1井生產之氣體,而改用鄰近Boggy Creek CO2廠所生產之純CO2

完整的監測系統為 Otway 計畫的特色,其監測項目主要有大氣監測、地球化學監測(包括:水文和地表水監測、示蹤劑監測)、地球物理監測(包括:地表震測、井孔震測、高解析度歷時(HRTT)、垂直震測剖面(VSP)、微震等)在地表附近大氣部份,監測工作從2006年開始,除了CO2的濃度變化外,甲烷、SF6、CO、等亦同時納入監測範圍以加強監測之敏感度。土壤氣部分係在封存場址周圍方圓約1000公尺範圍內持續且定期採樣分析,藉以偵測注入之CO2是否滲透至淺部地表。深部地層部分則藉由4D震測、VSP (Vertical Seismic Profiling)以及微震技術監控注入氣在地底之動態及分佈等行為。

四、德國Ketzin CO2注入試驗計畫

歐盟執行委員會第六個架構計畫(EU commission’s Sixth Framework Programme, FP/6)中執行一項CO2SINK的綜合計畫決定於德國西柏林的Ketzin地區,因為該地區於1964年至1970年間與1970年至1992年間,分別儲存了當地的瓦斯與天然氣,因此對當地的地質與地球科學知識相當瞭解。此儲存區最外層的屏障為頁岩,可成功作為儲存區之蓋層以阻擋洩漏,且儲存區的地底(鹽水層)也符合此計畫目標與架構,因此被認為合適的長期封存場址,而這項計畫旨在研發將二氧化碳注入鹽水地層的封存技術,2004年4月已開始這項計畫並於當地興建一所二氧化碳封存實驗室,為歐盟第1個CCS封存示範計畫。

這座二氧化碳封存場址,隸屬於德國地質科學研究中心(German Research Center for Geosciences, GFZ),GFZ自2008年6月即開始二氧化碳地質封存作業,剛開始CO2來源來自食品業所生產的二氧化碳。自2011年5月起和SchwarzePumpe Oxyfuel Pliot Plant進行合作,預計在該場址進行儲存二氧化碳作業。 

液態二氧化碳從Schwarze Pumpe Oxyfuel Pilot Plant運抵Ketzin之後,儲存於兩個儲存塔,儲存塔中的二氧化碳溫度為-18℃壓力為19bar,在注入地層下之前需經加熱器加熱至30℃左右,儲存的深度約為800公尺儲存壓力介於70-76bar,約相當於二氧化碳的臨界壓力(二氧化碳臨界壓力73bar,臨界溫度31),二氧化碳介於氣態及液態之間,體積約為地表的0.32%,根據研究表示,以臨界壓力是經測試後最佳的CO2封存狀態。

Ketzin二氧化碳封存場址,目前有三個鑽井,一個為二氧化碳注入井,其它二個為觀測井,裝設有探測器用來探測二氧化碳儲存情形。另外在地表也設有二氧化碳濃度儀及衛星監視器。該封存場址開始二氧化碳地質儲存作業已超過三年,二氧化碳地下儲存量已超過48000 噸,一切運作情形良好,從目前的監視結果未發現有任何二氧化碳洩漏回大氣的情形。

 

五、荷蘭K12-B CO2-EGR(增產天然氣)計畫

1999年,荷蘭政府與Ecofys 公司合作,進行該國CO2 地下封存潛能及經濟可行性評估。2004年,荷蘭政府委託法國天然氣公司(GDF;Gaz de France),計劃將CO2 注入北海一個離岸100 公里、4 公里深的舊天然氣田(K12-B),該項計畫預計要持續20年。

K12-B 氣田位於北海的荷蘭部分,約在Amsterdam 西北方約150 公里處,K12-B 注入CO2 以增產天然氣(Enhanced Gas Recovery, EGR)計畫,為荷蘭已進行多年的CRUST (CO2 Re-use through Underground Storage) 計畫的一部份。K12-B 氣田自1987 年開始生產,原先將天然氣中分離出來的CO2 運至陸上,自2004 年開始注入 4000 公尺地層深處,目前已注入約6 萬噸的CO2。K12-B是世界上第一個將CO2 注入同一生產層,以瞭解CO2 注入、儲存於涸竭型氣田之可行性,並執行後續的監測與確認。