现代煤化工与新能源耦合发展的思考

现代煤化工与新能源耦合发展的思考

韩阳

新疆天业（集团）有限公司

我国的能源结构是“富煤、贫油、少气”，煤炭作为我国主体能源，如何按照绿色低碳的发展方向，对标实现碳达峰、碳中和目标任务，提升绿色发展能力成为需要深入研究的重要课题。而现代煤化工作为煤炭清洁高效利用的重要途径，已成为我国能源发展的重要战略方向。经过长期攻关，我国现代煤化工产业在科技装备、工程设计、建设运营和产业示范等方面取得了显著进步，总体达到国际领先水平。但行业发展仍面临资源和环境方面刚性约束持续增强等问题。以煤为主的能源活动是碳排放的主要来源，在当前形势下加强现代煤化工与新能源耦合发展路径的研究，对于实现现代煤化工行业绿色低碳发展具有重要意义。

一、现代煤化工行业发展现状

近年来，我国现代煤化工产业发展势头强劲。行业发展规模方面，有关数据显示，2023年我国煤(甲醇)制烯烃产能为1865万吨，较2019年增长了17.9%；煤制气产能为67.1亿立方米，较2019年增长了33.3%；煤制乙二醇产能为1118万吨，较2019年翻了一倍多，增长了131.5%；煤制油产能1138万吨，较2019年增长了23.56%。行业技术水平方面，通过持续不断的技术研发和产业示范，我国在煤炭直接液化、煤炭间接液化、甲醇制烯烃（MTO/MTP）、煤制乙二醇等领域已形成比较完备的关键工艺和核心技术。日处理量2000吨以上的大型煤气化炉、大型空分装置、大型费托合成反应器等一批关键装备已实现国际领先，整体装备国产化率突破95%[1]。

二、现代煤化工行业面临的挑战和机遇

（一）现代煤化工行业面临的挑战

一是现代煤化工行业能耗较大。我国煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇的单位产品能源消耗约为5.5 t、3.5 t、4.5 t、2.6 t 标煤。部分煤制油和煤制丙烯企业的能耗更高，达到6-7吨。水耗方面，现代煤化工行业普遍单位产品新鲜水消耗超过10t。煤制烯烃行业单位产品新鲜水消耗更是接近20t。在能源转化效率方面，煤炭直接液化的能源转化效率仅为50%-60%，煤炭间接液化的能源转化效率仅为40%-45%，而炼焦和炼油的的能源加工转化效率都超过了90%[2]。

二是现代煤化工行业碳排放强度和总量较大。数据显示，煤直接液化制油单位产品的CO2排放量为5.6t；煤间接液化制油单位产品的CO2排放量为6.86t；煤制天然气过程的CO2排放量为3.45t/km³；煤制乙二醇单位产品的CO2排放量为5.6t。据测算，2020年，我国现代煤化工行业CO2排放总量约为3.2亿吨，约占石化行业碳排放总量的22.5%[3]。

三是能源利用结构亟待优化。在现代煤化工生产过程中，生产动力的提供主要依靠煤炭燃烧产生的热量，以煤炭作为最主要供能物质的能源利用方式，燃烧过程中会产生大量的污染物。而且煤炭作为化石能源，属于不可再生能源，其储量有限。在以上背景下，应进一步研究优化能源利用结构的路径，增加可再生能源的利用，如太阳能、风能等，降低煤炭的使用量和污染物排放。

（三）现代煤化工行业面临的机遇

一是煤炭作为我国主体能源，保障国家能源战略安全的作用不会轻易动摇。当今世界，面临“百年未有之大变局”，世界政治经济等外部环境变化将更加复杂，国际社会关系中的不确定性因素和各类风险挑战将会持续存在，从而导致我国石油和天然气稳定进口的不确定性增加。结合我国资源禀赋，科学有序发展现代煤化工产业，加强煤制油和煤制天然气的产能和技术储备，对于保障我国能源战略安全具有重要意义。

二是现代煤化工与新能源耦合迎来新的发展机遇。国务院《2030年前碳达峰行动方案的通知》指出，在我国以煤炭为主的能源结构国情下，促进现代煤化工与新能源的优化组合。政策的宏观引导，为现代煤化工产业与新能源系统耦合发展指明了方向。通过与风能、太阳能等新能源耦合，将为现代煤化工增添可再生能源及清洁绿色的属性，改善能源结构单一的局面，产业耦合还将有利于降低碳排放、提高能源利用效率。

三是技术的不断发展成熟，将加快现代煤化工低碳化战略转型。氢能是实现传统煤炭能源与新能源耦合发展的桥梁，通过风电、光伏、水电等新能源技术产生的“绿电”，一部分以氢能形式储能可增加电力供应的稳定性，其余部分通过电解水的方式产生氢气和氧气，可为煤化工过程补充氢气来源，进一步降低变换过程由于调整碳氢比而产生的CO2，氧气的补充则能够进一步降低煤化工过程中空分装置的规模，降低装置投资和燃料煤的消耗。

三、现代煤化工与新能源耦合发展的建议

（一）稳中求进，因地制宜构建多元化清洁能源供应体系。现代煤化工与新能源优化组合是解决当前能源结构不合理的重要途径之一，但各个地区资源禀赋条件及在国家经济发展大局中的定位各有不同，应结合当地实际情况谋划多元化清洁能源供应体系建设。在保持煤炭作为“压舱石”主体定位的前提下，做好煤炭与新能源的优化组合，根据当地情况因地制宜布局风电光伏、生物质能、水电、核电等新能源。

（二）创新路径，建立以绿氨为载体的稳定电力供应体系。氨除了具有零碳排放的属性之外，还具有高密度储氢的特性，因此其在大规模储存方面优势突出。利用绿氨化学储能的方式能有效平抑新能源电力输出的波动。此外经过妥善存储的绿氨可以在新能源电力输出的低谷时段作为液体燃料供电网使用，形成削峰填谷的模式[4]。绿氨作为其中的关键载体，不仅有望改善新能源电力波动的劣势，还将构建起稳定的电力供应体系。以氨为有效的氢载体能够解决绿氢大规模运输存储成本较高的问题，这一创新路径使得新能源与氢能源进行有效融合，将实现氨的多能耦合应用。

（三）协同发力，解决不同产业和能源系统耦合关键问题。根据循环经济的发展理念，通过多种能源系统的耦合，能够实现能源的梯级利用，采用煤-电-热-化-材一体化多联产方式，能够实现现代煤化工与盐化工、石油化工、建材等相关产业融合发展。在技术层面，耦合发展的关键难题在于解决能源系统之间的集成问题。仅仅依靠单一知识体系的团队很难突破耦合发展的技术难题。建议进一步强化高校、科研院所与企业之间的创新协作，形成合力以实现重点技术环节的研发和持续优化。

（四）加强示范，以重点工程引领产业绿色高质量转型发展。伴随制氢、储能等方面技术创新的持续推进，现代煤化工与新能源进行产业耦合的基础条件日趋成熟。部分企业已发挥产业基础优势，在现代煤化工与新能源耦合方面进行了积极探索，并取得一定成效。如宁夏宝丰在“绿氢+煤”制烯烃实践中取得了积极成效；目前全球最大绿氢耦合煤化工项目——中国石化内蒙古鄂尔多斯市风光融合绿氢示范项目也已于2023年2月正式启动开工。一批示范工程的实施将为现代煤化工与新能源耦合发展提供样板，这一耦合发展的模式将助推现代煤化工产业可持续转型，为能源结构的绿色升级发挥重要引领示范作用。

参考文献

[1]张胜利,焦洪桥,杨靖华等.碳中和背景下现代煤化工产业生态链布局和创新发展路径[J].中国煤炭,2022,48(08):7-13.

[2]霍华杰.现代煤化工中的能源利用技术分析[J].化工设计通讯,2023,49(06):4-6+34.

[3]张巍,张帆,张军等.与新能源耦合发展推动现代煤化工绿色低碳转型的思考与建议[J].中国煤炭,2021,47(11):56-60.

[4]范玮.“双碳”背景下现代煤化工与新能源耦合发展路径研究[J].煤炭经济研究,2023,43(05):74-81.