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謝克昌:科學發展煤基能源化工 助力構建現代能源體系

粉體2019-07-10 來源:中國化工報

——中國工程院院士謝克昌建言能源“金三角”清潔低碳安全高效發展

  7月2日,在中國化工報社主辦的“能源化工‘金三角’產業協同發展大型主題調研閉門會議”上,中國工程院院士、美國工程院外籍院士謝克昌作了題為《科學發展煤基能源化工 助力構建現代能源體系》的主旨報告。該報告系統地介紹了我國能源革命與能源體系、能源體系構建中的煤基能源化工發展的現狀及前景,并提出了可持續發展的清潔、低碳、安全、高效發展的措施和目標;同時對能源化工“金三角”產業協同、差異化發展進行了總結,并提出了希望和建議。

  該報告對“金三角”特別是榆林地區的戰略發展具有很強的現實指導意義;對推進我國能源結構改善和經濟發展方式轉變,提升國家能源安全保障水平,保障區域協調、健康、可持續發展也有重要的借鑒意義。

  構建能源體系:發展綠色能源化工是實質

  黨中央在2012年11月的十八大報告中提出了“推動能源生產和消費革命”。2014年6月,習近平總書記在中央財經領導小組第六次會議上提出“四個革命+一個合作”的能源革命豐富內涵:一是推動能源消費革命,抑制不合理能源消費;二是推動能源供給革命,建立多元供應體系;三是推動能源技術革命,帶動產業升級;四是推動能源體制革命,打通能源發展快車道;五是全方位加強國際合作,實現開放條件下能源安全。黨的十八屆五中全會提出“要建設清潔、低碳、安全高效的現代能源體系”;在十九大報告中強調,推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系,通過推動能源革命來推動全社會的可持續發展,而構建該能源體系就是推動能源革命要解決的問題。

  我國能源生產和消費面臨著供需格局、生態環境、技術、安全、效率等一系列挑戰,必須推動能源生產和消費革命,這是我國能源發展的國策,能源革命是過程,能源體系是目標。

  中國工程院《推動能源生產和消費革命戰略研究(Ⅰ)》提出中國的能源革命將經歷三個階段。第一階段是2020年前,為能源結構優化期,主要是煤炭的清潔高效可持續開發利用,淘汰落后產能,提高煤炭利用集中度,到2020年煤炭、油氣、非化石能源消費比例達6∶2.5∶1.5,能源消費總量約50億噸標準煤。第二階段是2020~2030年,為能源領域變革期,主要是清潔能源尤其是可再生能源替代煤炭戰略,到2030年煤炭、油氣、非化石能源消費比例達5∶3∶2。能源消費總量控制在60億噸標準煤以內。第三階段是2030~2050年,為能源革命定型期,形成“需求合理化、開發綠色化、供應多元化、調配智能化、利用高效化”的新型能源體系,到2050年煤炭、油氣、非化石能源消費比例達4∶3∶3,能源消費總量預計約57億噸標準煤,其中化石能源占比70%,非化石能源占比30%??梢钥闯?,化石能源的重要地位未來難以改變,化石能源對于中國未來發展來說仍是不可替代的主體能源,非化石能源成為能源的增量。

  基于此,構建以清潔、低碳、安全、高效為要義的能源體系是推進能源革命的根本目標。能源體系構建與對能源化工發展的要求是一致的,即清潔低碳、安全高效,實質就是要發展綠色能源化工。所謂綠色能源化工就是在能源化工產品生產過程中,從工藝源頭上就運用環保的理念,推行源頭削減、進行生產過程的優化集成,廢物再利用與資源化,從而降低成本與消耗,減少廢棄物的排放和毒性,其宗旨是減少產品全生命周期對環境的不良影響。這要求運用全生命周期的方法對企業進行綠色管理,從產品設計、原料生產到消費、回收都進行綠色技術升級,重點攻克重大節能環保技術、資源綜合利用技術、再制造技術、低碳技術等,致力于打造綠色產品、綠色工廠、綠色園區、綠色企業、綠色供應鏈的“五綠”戰略。

  綠色能源化工是實現可持續發展的一項重要戰略,是解決資源能源緊缺、環境惡化的重要途徑,是提高人類生存質量和保證國家與民眾安全的核心基礎科學與技術。目前綠色化工技術中的綠色催化技術、綠色分離技術、生物工程技術等一系列技術都取得了長足的發展,未來綠色化工與清潔生產工藝技術將向節能、環保的方向發展?;瘜W與材料、生命、信息、能源、資源、環境等領域的結合將開辟新的發展方向,為提高人類生活質量和環境改善提供多種途徑。

  綠色能源化工中從原料到反應條件再到產品的無毒無害、反應的高選擇性、“零排放”等要求都與現代能源體系的清潔、低碳、安全、高效不謀而合。因此,在現代能源體系的大背景下,可以利用其技術和理念優勢,大力推進綠色能源化工產業發展,通過產業協同創造更大效益,實現“資源—產品—再生資源”的循環物質流動規?;a。

  構建能源體系:以清潔、低碳、安全、高效為要義

  發展煤基能源化工產業具有重大戰略意義,它是能源革命的重要組成部分,要在能源體系構建中以清潔、低碳、安全、高效為要義推進其發展。

  清潔:實現清潔高效利用的煤炭就是清潔能源?!毒G色產業指導目錄(2019年版)》提出了綠色產業發展的重點,煤炭清潔利用、煤炭清潔生產赫然在列。

  清潔主要是指能源的開發利用全過程最大程度地減少對生態的破壞和環境的污染。結合中國以化石能源特別是煤為主的國情,“清潔”要求實現煤炭的科學開發和清潔利用,提高煤炭使用集中度和清潔度。我們必須保持清醒的認識:當今如果沒有煤,日子更難過,因此能源革命絕對不是革煤炭的命,但煤炭作為主體能源一定要革命,要在全產業鏈上實現綠色開發清潔高效利用,實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源。

  煤基能源化工必須堅持防治結合、提高工藝技術和管理水平。隨著煤基能源化工轉化工藝以及污染物控制技術的進步,未來我國煤基能源化工產品的污染物排放系數將進一步降低。結合未來煤炭轉化以及燃燒過程污染物控制技術發展潛力,提出2020年、2035年與2050年我國煤基能源化工產業污染氣體排放的清潔發展目標,如表1所示。

  低碳:節能減排和提高能效是中國低碳化過程的重中之重。低碳主要是指能源的生產和消費過程中最大程度地減少碳排放。實現化石能源的清潔高效轉化、高碳能源的低碳化利用、提高非化石能源比重是能源低碳化的根本保證。當前,節能減排和提高能效是中國低碳化過程的重中之重。根據2010年IEA能源技術展望估算,2010~2030年,通過節能可以減少碳排放總量的56.9%。

  通過節能和高效技術的進步,未來我國煤基能源化工產品的CO2排放系數將進一步降低。根據物料平衡核算,2020年、2035年與2050年我國煤基能源化工產業低碳發展目標如表2所示。

  安全:煤基能源化工是能源安全戰略保障。新型能源安全觀的內涵包括能源供給安全(由“單純增加供應”到“供給側和需求側雙向制約”)、能源環境與生態安全(由“片面強調保供”到“生態、環境、氣候約束供應”)、能源科技安全和能源經濟安全(由“粗放型能源生產與消費”到“提高能效、優化結構、降低能源成本”)等內容。近期需要將能源環境安全放到更重要的位置,中遠期則要建成高效、綠色、低碳的能源體系。

  根據結構模型預測結果和能源安全戰略目標,2020年、2030年和2050年我國煤基能源化工產業的規模發展目標如表3所示。

  如果設定我國石油對外依存度為60%(國際慣例)為安全閾值,超過閾值的為煤替油的潛在替代量。據此推算,2020年、2030年、2050年煤替油的當量大約在0.7億噸、1.1億噸和0.7億噸;設定天然氣對外依存度的警戒值為40%,煤替氣的潛力值分別是126億立方米、256億立方米和435億立方米。

  高效:提高能源利用率是實現高效低碳發展的關鍵路徑。高效指的是能源生產、轉化、利用的效率都要高,提高能源利用率是實現高效發展、低碳發展的關鍵路徑。2018年,我國單位GDP能耗是世界平均水平的1.4倍,如果我國能源利用效率達到世界平均水平,就可以減少消耗13.3億噸標準煤,并可大幅減少34.6億噸CO2排放,節能提效潛力巨大。

  隨著煤基能源化工轉化工藝與節能節水技術的進步,未來我國煤基能源化工產品的物耗系數將進一步降低,能效水平明顯提高。2020年、2035年與2050年我國煤基能源化工產業高效發展目標如表4所示。

  能源化工“金三角”產業協同發展戰略

  能源“金三角”,要在國家能源體系構建中布局謀篇,做到“綠色創新、高端發展、產業協同、深度融合。”中國工程院《能源“金三角”發展戰略研究》課題組,在6位院士、100余位區內外專家的研究和參與下,對能源“金三角”的發展形成六個核心觀點。

  核心觀點一:能源“金三角”地區煤炭相關產業優勢明顯。該地區是國家重要的能源供應基地,重點滿足能源需求和保障能源安全,但遠期面臨煤炭需求峰值等挑戰。要繼續保持可持續煤炭外供能力作為戰略基礎,提高電力外送在能源產業發展中的戰略地位,更加謹慎的控制煤化工發展規模和差異化技術路線。

  核心觀點二:因地制宜、因煤而異是地區差異化發展的重要方向。同質化嚴重影響產業健康發展,差異化是出路。近中期改進,遠期摒棄同質化,推動產業差異化發展,而差異化發展重點是因煤而異、因地制宜。

  因煤而異、推動特色資源對口高效利用。以煤定化,適度有序發展現代煤化工和煤化工多聯產;低灰、低硫的優質煤炭資源宜作為化工用煤使用;對焦油產率高的優質塊煤資源優先熱解干餾提取焦油,焦油加氫深加工;高硫煤和中低灰劣質煤優先氣化制合成天然氣和化工品;劣質煤、矸石、煤泥等用于循環流化床發電;高鋁粉煤灰可采用酸堿法提取氧化鋁,拓展鋁產業鏈。

  因地制宜、突出產業差異化發展重點方向。寧東以優質動力氣化煤為主,應重點發展煤制烯烴及下游、間接制油等;鄂爾多斯以長焰煤、不黏煤為主,應重點發展高鋁煤發電、煤制氣、直接液化;榆林以不黏煤、弱黏煤為主,應重點發展煤電、分質轉化、煤油氣鹽協同。

  核心觀點三:只有大力推行科學產能才能實現能源資源可持續開發。區域能源快速開發引發問題突出,要以科學產能指導地區的能源資源開發。

  提高煤炭科學產能是適應生態文明建設、環境保護的必然要求;若3個地區在2020年達到90%科學產能目標,需投入1334億元;若不從資金、政策等方面盡早投入,隨著問題的積累、環境的惡化,治理、改造落后產能的投入成本會越來越高。

  核心觀點四:能源清潔高效轉化利用是地區產業轉型升級的必由之路。一方面要推進供需適配,科技驅動發展。供需適配有利于提高煤炭綜合利用水平;技術創新與工程示范是實現煤炭清潔高效轉化的重要支撐;因地制宜和有序發展煤炭轉化,趨勢是大型化、低成本、低排放;煤分級轉化多級聯產是煤炭轉化重點方向。

  另一方面是要多能協同轉化,適度提高就地轉化率。適度提高就地轉化率是提高能效和推動產業轉型的重要途徑,多能協同轉化是提高地區能源系統綜合效率的重要手段,適度提高就地轉化率,可更多解決當地就業、提高財政收入和促進當地經濟發展。

  核心觀點五:保障水資源供給和優化配置是提升產業規模的必要措施。寧東地區水資源量相對充裕,鄂爾多斯為了保障已有在建項目和2020年規劃目標的實現,需至少新增0.7億~1.7億m3/a的供水能力,榆林地區需至少新增0.4億~0.9億m3/a的供水能力。

  核心觀點六:區域土地資源、大氣容量等均有一定承載力。區域生態環境問題突出,溫室氣體減排壓力大,故而開創一條適合中國國情的低碳化利用之路,是能源“金三角”地區今后必須著力解決的重大問題。

  榆林能源化工產業協同發展建議

  榆林的發展,要置身能源“金三角”做好功課,做到正視問題、勇于“革命”、發揮優勢、著眼“替代”、擔當重任、綠色創新、差異發展、高端發展。

  榆林能源化工發展優勢一是能源資源豐富,政策支持有力。榆林地區的探明儲量:煤炭1460億噸,石油3.6億噸,天然氣1.18萬億立方米;當地政府出臺了《榆林市推進煤化工產業高端發展拖桿政策》,編制出臺“1+3”規劃(基地總體,空氣質量,國土空間,疏干水綜合利用)。二是技術創新明顯,項目示范重大,包括百萬噸級間接液化,10萬噸級高溫費托合成;45萬噸/年煤油共煉;低溫煤焦油加氫等項目。三是能源外供增長,轉化質量提升。能源化工基地建設以來,累計外輸29億噸標準煤化石能源;現代煤化工產業初具規模,總產能近600萬噸。四是產業集群形成,基地園區初具。煤炭分質利用、煤基燃料等六大產業群基本形成;榆橫、榆神兩個工業園區初具規模。

  榆林能源化工發展存在的問題有以下幾點,一是是高端技術支撐不足,創新要素難于集聚;二是本地消納能力低下,產品市場終端較遠;三是環境容量嚴重受限,可控水源難以滿足;四是產業發展同質重疊,民營經濟發展滯緩;五是示范項目進展滯緩,蘭炭生產技術落后。

  對此,我對榆林能源化工發展提出如下建議:一是充分認識自身優勢,堅持能源資源的科學開發、集約開發、綠色開發,強化資源勘探、水資源建設和生態保護三大基礎。二是做大做強煤炭、電力、油氣和化工四大產業,特別要強化能源化工產業支柱地位,全力推進重點工業園區和重大項目建設。三是有效發揮當地煤、油、氣、鹽組合資源優勢,構建“一(煤炭熱解)”“推四(煤制烯烴、煤制芳烴、煤制油與煤油共煉、煤鹽化一體化)”五大高端產業鏈體系,打造基于煤炭干餾—氣化—加氫—發電一體化、多聯產綜合利用的具有榆林特色的現代能源化工基地。四是高度重視煤炭中低溫干餾(蘭炭)的大型化、現代化發展,大力推進煤焦油加氫規?;?,在為增加煤基油氣替代燃料和減少化學品對油氣消耗,緩解國家不斷攀升的油氣對外依存度做出重要貢獻的同時,形成清潔、高效、高質的蘭炭產業鏈。五是陜北缺水、生態環境脆弱,在推進國家安排的“十三五”重大示范項目和規劃“十四五”項目與落地高端能源化工項目時,要充分考慮與協調好水資源和環境的約束。六是榆林能源化工發展起步早、水平高,有特色、前景好,在能源“金三角”地區要堅持協同發展、差異發展、升級發展、規模發展,力求你無我有、你有我強、你強我特,勇做煤炭清潔高效可持續開發利用的排頭兵和推進能源革命與構建能源體系的生力軍。

  核心觀點

  ●中國工程院和國外機構的戰略研判均表明,到2030年,化石能源在中外一次能源中占比都在80%左右,其中煤炭占中國一次能源結構的50%左右,中國能源面臨生態環境、經濟、安全等方面的挑戰,能源革命勢在必行。

  ●能源革命是應對能源挑戰必然途徑,但不是一蹴而就的過程,其終極目標是建成清潔低碳安全高效的能源體系。能源技術革命是推動能源革命的基礎、構建能源體系的支撐,其實質是能源轉換的革命,其目標是對能源的有效駕馭和高效轉換;只有顛覆性技術才能有效促進能源的低碳轉型。

  ●“國情還是以煤為主,我們對煤的注意力不要分散”(習近平); “煤炭清潔高效開發利用是能源轉型發展的立足點和首要任務”(李克強)。

  ●“逢煤必反”是錯誤的,因為煤炭清潔生產和利用都是綠色產業,煤基燃料是煤炭清潔高效利用歸宿之一,實現了清潔高效利用的煤炭就是清潔能源;“聞化色變”是片面的,因為現代能源化工和綠色高端化工可以滿足清潔低碳、安全高效的要求。

  ●開發、示范和推廣創新性技術,延長產品鏈和產業鏈,節能降耗、提質增效是能源化工高端化發展的重要途徑。

  表1 我國煤基能源化工產業清潔發展目標

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  表2 我國煤基能源化工產業低碳發展目標

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  表3 我國煤基能源化工產業規模發展目標

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  表4 ?我國煤基能源化工產業高效發展目標

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