多工业部门区域CCUS集群化部署优化：排放密集型地区碳中和路径的规模化解决方案

为解决中国高排放工业区碳中和技术路径选择难题，南京大学可持续能源与资源学院团队开发了SPATIAL模型，创新性地将产业集群视角与CO2源汇匹配优化相结合。研究以江苏省为案例，通过高-中-低三种减排情景模拟，构建了总长1433-4629 km的管道网络体系，实现0.9-1.4 Gt CO2封存量，单位减排成本93.84-179.31 CNY/t CO2。该研究为工业集群区CCUS规模化部署提供了可复用的技术经济分析框架。

　　

在全球气候变暖加剧的背景下，中国作为最大的CO₂排放国，面临着2030碳达峰和2060碳中和的双重压力。江苏省作为典型的高排放工业聚集区，年排放量高达903 Mt CO₂，相当于欧盟27国2016-2020年总排放的82%。然而，该地区存在显著的源汇空间错配——占全省63%排放的苏南地区仅拥有0.03%的地质封存潜力，而封存潜力达40 Gt的苏北地区工业排放较少。这种地理失衡使得传统点对点CCUS模式难以实施，亟需开发集群化部署新范式。

为破解这一难题，Jianqiao Zhang、Liang Zhao等研究者开发了SPATIAL（Strategic Pipeline And Technical Integration Analysis Layout）模型。该创新框架首次将产业集群特征纳入CCUS系统规划，整合了K-means聚类算法、混合整数线性规划（MILP）和蒙特卡洛模拟三大技术方法。研究基于江苏省137个工业排放源和37个地质封存点的多源数据，构建了包含CO₂-EOR（驱油封存）、CO₂-ECBM（驱煤层气封存）和CO₂-DSA（深部咸水层封存）的全链条成本优化模型。

4.1 空间异质性分析

通过地理信息系统（GIS）空间分析发现，江苏省工业排放呈现"南高北低"的极化分布，而地质封存潜力则呈现"北富南贫"的反向格局。特别值得注意的是，苏南的南京、苏州等5市贡献了全省95%的跨区域CO₂输送需求，而苏北的盐城凹陷等咸水层可满足71%的封存需求。这种空间异质性决定了必须建立跨区域的集群化管网系统。

4.2 优化部署方案

在三种减排情景下（S1-S3），模型优化出差异化的部署方案：高减排目标（S1）需要建设4629 km管道网络，其中41%为6英寸（Type 1）管道。敏感性分析揭示，排除前5%大排放源会使单位减排成本从179.31激增至217.08 CNY/t CO₂，证实大排放源作为管网"锚点"的经济价值。

4.3 成本效益评估

全生命周期成本分析显示，CO₂捕集环节占总成本的70-73%，而管道运输占24-27%。尽管CO₂-ECBM可产生28.45亿CNY收益，但深部咸水层封存仍是主体选择（占比>90%），凸显单纯依靠收益驱动模式的局限性。

该研究的突破性在于建立了首个考虑产业集群特征的区域CCUS规划方法学框架。通过量化分析证明：跨区域协调可降低15-22%的减排成本；管道网络建设存在显著的规模经济效应，每增加1 km管道可带动0.3-0.5 Mt CO₂的额外封存潜力。这些发现为《Carbon Capture Science 》强调的"集群化部署"理念提供了实证支持，对长三角等工业聚集区的碳中和路径选择具有重要指导意义。研究建议未来应重点发展三方面：建立省级CO₂封存资源管理平台、制定差异化的碳定价策略、优先在Xuzhou等煤田区开展CO₂-ECBM示范项目。这些措施将有效缓解当前"南排北存"的空间矛盾，加速工业部门深度脱碳进程。