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刘中民:以煤为基推动多能融合保障国家能源安全

2022-08-15 瞭望 雷肖霄
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语音播报

中国工程院院士刘中民

  我国一次能源消费结构以煤炭为主,煤炭消费量占能源消费总量的56%以上。以2020年煤炭消费为例,燃煤发电占52%,钢铁占17%,化工占8%。在未来较长时期内,煤炭仍是我国能源结构中的主导资源

  6月底,全球规模最大的50万吨/年煤基乙醇项目在陕西榆林榆神工业园区建成中交。该项目以煤为原料,生产无水乙醇并可联产其他化工产品。项目预计9月开始投料试车。投产后,每年可节约生物乙醇原料粮150万吨,对保障我国能源安全和粮食安全具有重要战略意义

陕西延长石油集团榆林能源化工股份有限公司50万吨/年煤基乙醇项目(2022年7月18日摄) 才扬摄 / 本刊

  煤炭、石油、天然气,这些埋存在地下经过数亿年沉淀而形成的化石资源见证了人类工业革命以来的种种变迁。物转星移,面对全球气候变化的新挑战,传统化石能源将何去何从?如何安全稳定地实现能源绿色转型?

  近日,《瞭望》新闻周刊记者专访了中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长刘中民。他长期致力于能源化工领域应用催化研究与技术开发,为推动我国现代煤化工绿色低碳发展持续贡献科研动力。

  他告诉记者,煤炭是我国能源产业主导资源,也是基础工业主要的原料和燃料。近年来,我国在煤炭清洁高效利用技术方面取得了显著的进步,部分技术已经走在世界前列。未来,要以绿色低碳为导向,持续推动我国能源体系安全转型。

  以煤为基?保障我国能源安全

  《瞭望》:煤炭在我国能源资源中处于什么地位?

  刘中民:我国化石能源资源禀赋为“富煤、贫油、少气”。

  从生产端来看,2021年我国能源的消费量和产量分别为52.4亿吨和43.3亿吨标准煤,能源自给率为83%,煤炭在其中发挥了主力军的作用。

  从消费端来看,我国一次能源消费结构仍以煤炭为主,煤炭消费量占能源消费总量的56%以上。我国煤炭主要用于燃煤发电、工业生产及化工原料。以2020年煤炭消费为例,燃煤发电占52%,钢铁占17%,化工占8%。在未来较长时期内,煤炭仍是我国能源结构中的主导资源。

  我国能源资源禀赋决定着煤炭在经济发展中发挥压舱石作用。煤化工承担着弥补石油资源不足、保障能源安全的任务。特别在当前复杂国际形势下,煤制油气及大宗化学品对保障国家能源安全及产业链、供应链安全具有极其重要的战略意义。

  《瞭望》:在我国现有能源结构下,煤炭发挥保障能源安全压舱石作用还需要突破哪些关键技术?

  刘中民:经过长期发展和国家持续支持,我国在大容量、高参数燃煤发电机组和煤直接液化、煤制烯烃等新型煤炭转化等核心关键技术上已达到世界先进水平,但在超临界燃煤发电技术、煤化工关键装备等方面仍存在着较大差距。我们不仅要突破煤炭领域诸多关键技术门槛,还要破除各类能源之间转化的壁垒,将煤炭放在能源结构绿色低碳转型的全局中进行统筹布局。

  以煤为原料,通过气化、液化、焦化等途径制取油品和替代石油制取大宗化学品的现代煤化工,不仅可缓解石油供应紧张局面,同时也可弥补现有石油加工与石油化工行业的结构性缺陷,促进工业结构转型升级;紧急情况下还可为油气供应提供重要支撑。通过以合成气、甲醇转化为平台,发展合成气直接生产大宗化学品和高值化学品技术、甲醇耦合石油基原料(苯、甲苯、石脑油等)等关键核心技术,实现烯烃、芳烃和含氧化合物大宗化学品/燃料的合成技术变革,促进煤化工与石油化工的协调发展,构建更加合理的产业结构。

  我们应该认识到,跨领域、系统化、体系化的能源布局不仅有巨大的创新空间,还会产生巨大的整体节能减排效果。多能融合的新型能源体系将提高能源储备和保障能力,保障我国能源及相关产业链、供应链的安全稳定。当前应发挥跨领域综合交叉的碳中和重点科技专项作用,突破关键核心技术,加快形成全面支撑我国实现“双碳”目标的技术体系,推动我国能源体系及工业结构全面升级。

  科技创新?推动煤炭清洁高效利用

  《瞭望》:我国在煤炭清洁高效利用方面取得了哪些创新成果?

  刘中民:近年来,我国在煤炭清洁高效利用技术方面成果颇丰,持续推动煤炭由燃料向燃料与原料耦合转变,部分技术已经走在世界前列。煤化工已进入新一轮快速发展期,能耗指标明显降低。

  一是燃煤发电机组供电煤耗逐步降低,正在努力提升调峰能力以支撑可再生能源发电的并网与消纳。

  二是清洁低碳煤化工产业快速发展。截至2020年,煤制油、天然气、烯烃、乙二醇等四大类投产项目累计完成投资约6060亿元,产能分别达到931万吨/年、51亿立方/年、1122万吨/年、597万吨/年,年转化煤炭约9380万吨(标煤)。煤化工行业整体规模保持增长,产能利用率逐渐提高,多数装置具备“安稳长满优”运行能力,原料煤耗、综合能耗、水耗持续下降,能效持续提升。

  三是煤化工技术持续创新。新一代合成气制油技术已经开发完成,具备大型工业化的技术基础;第三代甲醇制烯烃技术正在开展百万吨级工业示范装置建设,单套装置处理能力大幅度提高,吨烯烃甲醇单耗比目前行业指标降低10%以上;煤制乙醇技术累计许可产能达到295万吨/年,世界规模最大的50万吨/年煤基乙醇项目计划年内投产,将在替代粮食乙醇及钢厂煤气制乙醇方面发挥作用;以乙酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯为平台的含氧化合物产业链有望快速形成;合成气直接制烯烃、芳烃等新技术均已取得突破性进展。

  四是重点高耗能行业节能降耗效果明显,正在探索总体技术路线低碳化转型升级。“十三五”期间,我国在工业过程节能提效方面加大科技创新力度,取得显著成效。以水泥行业为例,与2015年相比,2020年规模以上水泥企业吨水泥熟料综合能耗下降3.6%。开发的水泥回转窑富氧燃烧技术,可使回转窑节煤率达到8%。钢铁行业作为典型高耗能行业,深入推进节能减排,截至2021年底,1.4亿吨钢铁产能完成全流程超低排放改造。采用氢基熔融还原冶炼技术成功生产出高纯铸造生铁水。

  《瞭望》:由中国科学院大连化学物理研究所与延长石油集团合作的煤基乙醇科技示范项目取得了哪些突破?

  刘中民:今年6月底,全球规模最大的50万吨/年煤基乙醇项目在陕西榆林榆神工业园区建成中交,标志着项目进入试车阶段。该项目以煤为原料,生产无水乙醇并可联产其他化工产品。按照3吨粮食生产1吨乙醇测算,这个项目建成投产后,每年可节约生物乙醇原料粮150万吨,对保障国家能源安全和粮食安全具有重要战略意义。

  煤基乙醇项目以煤基合成气为原料,经二甲醚羰基化、加氢合成乙醇。该路线采用非贵金属催化剂,可以直接生产无水乙醇,是一条独特的环境友好的全新技术路线。另外,此项技术的中间产物乙酸甲酯也是大宗化学品,整个工艺路线可以按市场需求及时调整产品结构。这是新型煤化工产业化技术应用的又一次重大突破,奠定了我国煤制乙醇工业化的国际领先地位,为煤炭资源的清洁、高效、低碳利用开辟了具有战略意义的新途径。

  绿色低碳?促进能源安全转型

  《瞭望》:我国推动能源安全转型目前还面临哪些挑战?

  刘中民:国际碳中和行动的规模和影响日益扩大,亟需突破低碳技术壁垒。随着《巴黎协定》的全面实施,绿色低碳成为当前全球能源系统转型的主流。全球主要国家加快了低碳化乃至“零碳化”能源体系构建步伐。低碳能源技术创新进入持续高度活跃期,能源科技创新成为世界各国争夺的制高点。区块链、信息技术、人工智能等数字化技术与低碳能源行业深度融合,助推能源行业重塑产业形态,能源转型将给世界地缘政治格局和经济社会发展带来重大而深远的影响。

  鉴于我国“富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋及现有能源和基础工业结构中以煤为主的现实国情,我国能源结构绿色低碳转型将面临前所未有的挑战,是一场系统性的能源革命和工业流程变革。一是发展过程中进行转型。我国能源结构调整必须满足经济社会发展需要,具有基础和支撑地位的能源需求与工业生产必然在较长时期内继续呈上升趋势。二是必须立足于我国能源资源禀赋。到2030年,能源消费总量要控制在60亿吨标煤以内。要满足能源消费总量需求且低碳发展,必须立足于我国能源资源禀赋的现实国情。在充分分析我国可再生能源资源基础上制定绿色低碳转型策略。总体上,我国未来满足巨大能源消费需求,煤炭和光伏将发挥重要作用。三是必须充分重视碳达峰碳中和的时间约束。我国从碳达峰到碳中和的时间仅有30年,远低于美国和欧洲等国家和地区。在时间约束下,必须充分重视低碳技术的引领作用,以能源科技革命促进能源革命。

  同时还要注重能源转型风险分析和对策研究。能源转型的底线是安全,包括能源安全和产业链、供应链安全,目标是低碳化健康发展。应该看到,能源转型与“双碳”目标密切相关,是一个逐步实现的调整过程。

  《瞭望》:结合近年来欧洲实际来看,能源转型期容易出现能源紧缺现象,对我国能源实现安全稳定转型还有哪些建议?

  刘中民:科技创新是保障能源安全稳定转型的根本所在。要立足我国能源资源禀赋的现实国情,契合我国工业化、城镇化与人民生活水平提高,立足全局系统分析我国低碳发展与科技创新路径,对重点领域低碳技术发展优先序进行评估。低碳发展及技术创新应注重相关技术经济性、成熟度和减排潜力,同时高度关注颠覆性技术创新和保底技术。在此基础上系统布局科技攻关专项,打破行业间壁垒,发挥国家体制优势形成团结协作的创新体系,争取在重点领域优先取得关键技术突破,以系列关键技术突破构建多能融合技术体系,并选择典型区域及时布局相关产业,为能源安全稳定转型提供技术保障的同时,探索中国特色的“双碳”发展路径。

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