液化二氧化碳通过卡车运输的技术经济评估

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液化二氧化碳通过卡车运输的技术经济评估

《International Journal of Greenhouse Gas Control》：Techno-economic assessment of liquefied CO 2 transport via trucking

【字体：大中小】 时间：2025年10月15日 来源：International Journal of Greenhouse Gas Control 5.2

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　　二氧化碳液化卡车运输全链条经济性评估及与管道对比，涵盖液化、缓冲存储、卡车运输及再conditioning各环节成本建模。分析表明：卡车运输在长距离（>400 km）且低需求（<25 t/d）时成本优势显著，其总成本（LCO2T）随距离增加呈阶梯式上升，主要受卡车投资（13.25 €/t）和燃料（9.68 €/t）驱动；当需求超过400 t/d时，管道运输因规模效应更优。液化阶段能耗占比最高（25.06 €/t），电力价格波动对总成本影响达23%。关键参数敏感性排序为：载重能力（±20%影响LCO2T ±9.9%）、电价（±20%影响LCO2T ±5.8%）、卡车寿命（8年）、 trailer容量（24.5 m3）。建议通过优化物流调度、提升能源效率及选择适合规模的运输模式降低成本。

　　在全球变暖的背景下，二氧化碳（CO?）排放已成为主要的温室气体之一。为应对这一挑战，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术正逐渐成为实现碳中和目标的重要手段。其中，CO?的运输环节在CCUS系统中占据关键地位，因其直接影响封存效率和整体经济性。本文研究了液态CO?通过卡车运输的全运输链成本，涵盖了从液化、缓冲储存、卡车运输到再处理的各个环节。通过分析不同运输需求（25–1000吨/天）和距离（25–500公里）下的运输成本，研究旨在量化卡车运输作为管道运输的经济替代方案的适用条件。

### 运输经济性分析

研究结果显示，卡车运输在长距离和低运输量的情况下具有经济优势，但其成本优势在运输量超过400吨/天时逐渐消失。随着运输距离的增加，卡车运输在高流量范围内仍保持竞争力，直至达到400吨/天的阈值。这意味着，对于较长的运输距离和相对较小的运输需求，卡车运输可能是一个更为经济的选择。然而，当运输量上升时，管道运输因其较高的固定基础设施投资但较低的运营成本，逐渐显示出更高的经济性。

在短距离运输中，液化过程是主要的成本贡献者，而在长距离运输中，卡车运输成为最大的成本因素。这表明，运输方式的选择应根据具体场景进行权衡，以实现成本效益的最大化。缓冲储存和再处理环节对总成本的贡献相对较小，这可能是因为它们在运输链中占据的时间和资源较少，或因其对成本影响有限。

运营支出（OPEX）始终超过资本支出（CAPEX），其中能源消耗和液化运营维护成本合计占OPEX的平均60%（从约80%的50公里案例到约43%的500公里案例）。因此，能源效率和液化系统的维护成本是影响整体运输成本的关键因素。此外，敏感性分析表明，卡车载荷容量和电价是成本驱动的主要因素，而固定基础设施成本的影响相对较小。这一发现强调了在运输成本优化过程中，应优先考虑这些变量的调整，以降低整体成本。

### 液化过程分析

液化过程是CO?运输链中的关键环节，其成本和效率对整体经济性具有重要影响。本文比较了多种液化工艺，包括Linde-Hampson、双压Linde-Hampson、氨压缩和集成吸收工艺。从环境角度来看，氨压缩和集成吸收工艺由于使用NH?作为制冷剂，其全球变暖潜力（GWP）为0，比依赖CO?作为制冷剂的Linde-Hampson和双压Linde-Hampson工艺更具可持续性。然而，从经济角度出发，氨压缩工艺因其较高的系数性能（COP）和相对较低的总能量消耗，显示出更优的成本效益。

研究还分析了不同液化压力对运输成本的影响。在15 bar压力下，液化系统的成本最低，仅为14.1 €/t，而7 bar压力下液化成本较高，为15.2 €/t。这表明，选择合适的液化压力对于降低运输成本至关重要。此外，杂质的存在会显著增加液化成本，例如在7 bar压力下，含有杂质的CO?液化成本可达到20.1 €/t，而在70 bar压力下，这一成本可降至15.1 €/t。因此，针对不同纯度要求的CO?运输，需考虑液化压力和杂质处理的综合影响。

### 卡车运输模型

为了更全面地评估卡车运输的经济性，本文建立了一个详细的成本模型，涵盖液化、缓冲储存、卡车运输和再处理等所有关键环节。模型基于DWSIM软件进行模拟，通过设定不同参数，如年度利率、设备寿命、容量系数和单位冷却负荷成本，计算了各环节的资本支出和运营支出。其中，卡车运输的总成本由投资成本、运营维护成本、劳动力成本和燃料成本组成，而这些成本的计算均基于卡车的生命周期和运输需求。

卡车运输的经济性与运输量和距离密切相关。在低运输量和长距离情况下，卡车运输显示出较高的成本效益。然而，随着运输量的增加，其成本优势逐渐减弱，最终被管道运输所超越。此外，卡车运输的敏感性分析表明，卡车载荷容量和电价是影响运输成本的关键因素。这意味着，提高卡车的载荷容量和降低电价可以有效降低运输成本。

### 与管道运输的比较

本文还对卡车运输与管道运输的成本进行了比较，以确定在不同运输需求和距离下哪种方式更具经济性。研究发现，对于短距离运输（25–50公里），卡车运输在低运输量（如25吨/天）时成本较低，但随着运输量的增加，管道运输逐渐成为更优选择。在中等距离（250–350公里）下，卡车运输在运输量低于300吨/天时成本较低，但超过这一阈值后，管道运输的优势显现。而在长距离运输（450–500公里）下，当运输量超过400吨/天时，管道运输成为更经济的选择。

这一比较表明，运输方式的选择需综合考虑距离和运输量。对于较长的运输距离和较低的运输量，卡车运输可能是一个更具经济性的选择；而随着运输量的增加，管道运输则显示出更高的成本效益。此外，管道运输的成本受管道直径的影响较大，100毫米和150毫米的管道在不同运输需求下表现出不同的经济性。

### 敏感性分析

敏感性分析进一步揭示了影响CO?运输成本的关键因素。其中，卡车载荷容量和电价对运输成本的影响最为显著，而固定基础设施成本的影响相对较小。这表明，在运输成本优化过程中，应优先考虑这些变量的调整。例如，提高卡车载荷容量可以显著降低单位运输成本，而降低电价则能有效减少能源消耗带来的成本负担。

此外，研究还探讨了电价对运输成本的影响。在电价较低的情况下，液化和再处理过程的能源成本显著下降，从而降低整体运输成本。例如，在250吨/天和200公里的运输案例中，电价从0.248 €/kWh降至0.05 €/kWh时，运输成本下降了约23%。这说明，电价的波动对运输成本有显著影响，因此，降低电价是提高运输经济性的重要手段。

### 未来研究方向

本文的研究不仅提供了关于CO?卡车运输经济性的详细分析，还提出了一个透明、分步骤的成本评估方法，填补了现有文献中的空白。未来的研究可以进一步探讨液化压力和系统的优化，以降低整个运输链的成本。此外，还可以对铁路运输进行综合评估，以及探索多模式运输方案，如卡车与管道、船舶或铁路的结合，以提高运输效率和灵活性。同时，进行全生命周期评估（LCA）以量化CO?运输的环境影响，并在不同电价情景下比较卡车运输与管道运输的环境效益，也是未来研究的重要方向。

### 结论

本文的研究为CO?运输方式的选择提供了重要的经济和技术参考。对于较长的运输距离和较低的运输量，卡车运输显示出较高的经济性，但在运输量超过400吨/天时，其成本优势逐渐消失。因此，在实际应用中，需根据具体的运输需求和距离，选择最优的运输方式。此外，研究强调了液化效率和能源成本在运输链中的重要性，为未来CO?运输系统的优化和规划提供了理论依据和实践指导。

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