本研究基于国家和地方相关政策要求,充分考虑未来碳价格和二氧化碳地质封存的环境约束,以实现最小成本(包括捕集、输送、封存等成本)为目标,评估2020-2060年CCUS低速(CCUS技术低速发展,碳价稳定增长)和强化(CCUS技术高速发展,碳价高速增长)发展两种情景下,中国每个10×10公里网格二氧化碳地质封存的经济可行性。重点解决中国每个网格在给定约束条件下,是否可以利用二氧化碳地质封存实现本网格的大幅碳减排。网格地质封存经济可行性与网格本身是否有排放源以及排放源大小无关。若网格具有地质封存经济可行性,且其内没有排放源,则该网格可以作为未来二氧化碳工业源的备选规划场址。
1. 网格成本阻抗评价模型构建
综合自然环境因素和社会经济因素的影响选取人口密度分布、生态红线、土地利用类型、地表坡度和环境地质等级五个指标作为管道运输成本的网格阻力因子。其中,地形因素(坡度)是管道选线基础的选线条件,对管道选线影响较大,线路应布设在坡度较缓、地势平坦等有利于管道工程施工、运营维护的区域,当坡度大于20°时,管道施工难度以及管道用材量随之增加,费用成本相对提升。土地利用类型对管道建设成本各不相同,管道选线要尽量避开永久性冰川雪地,从成本方面以及安全性方面考虑,通过沙地、戈壁、耕地等此类区域优于通过城乡、工矿等居民用地。生态红线值以及环境地质等级越高的地区管道建设成本越高。人口密集区同样会加大管道建设困难。多因素管道运输选线方法通常采用AHP层次分析法与专家打分相结合的方法来确定各种因素的权重,以权重为基础建立多因素综合成本阻抗面,并在综合成本阻抗面上实现最优线路的计算。
2.网格成本阻抗评价模型构建
本研究中CO2地质封存源汇匹配基于最小成本路径分析(LCPA)思想,应用Dijkstra算法寻找每个网格像元(起点)到封存盆地(终点)最经济的运输路线,并统计路线的最小累积成本。Dijkstra算法最早是由荷兰计算机科学家DIJKSTRA于1956年提出,该算法是一种经典的求解最短路径的图搜索算法,实质为一种贪心算法。Dijkstra算法适用于路线权值为正的有向或无向图,利用广度优先的搜索思想,其主要特点是以起始点为中心向外层层层扩展,直到扩展至目标点为止。即在无向图G={V,E}中,V表示顶点集合,E表示连结顶点的边的集合。设g(v){v|v∈V}为从起点开始,到顶点v的最短路径。则有g(vt)=min(g(vs)+est){est|est∈E}。在本研究中,每个栅格代表图的一个顶点v,每个顶点与其东、西、南、北相邻的四个点引一条边e,边权值为终点的网格阻抗因子,寻找累计网格成本阻抗最小的路径。每个栅格代表图的一个顶点v,每个顶点与其东、西、南、北相邻的四个点引一条边e,边权值为终点的阻抗因子。