“雙碳”目標(biāo)下 能源科技如何實(shí)現(xiàn)多種能源融合發(fā)展丨科技支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

 

主線1：化石能源清潔高效利用與耦合替代

 

“雙碳”轉(zhuǎn)型應(yīng)以保障國家能源安全為底線，以高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，必須首先用好化石資源特別是煤炭資源，堅(jiān)持清潔高效利用道路，發(fā)揮好煤炭的“壓艙石”作用。2021 年 9 月，習(xí)近平總書記考察榆林時(shí)指出：“煤化工產(chǎn)業(yè)潛力巨大、大有前途，要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展，把加強(qiáng)科技創(chuàng)新作為最緊迫任務(wù)，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，積極發(fā)展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等”，這明確了現(xiàn)代煤化工發(fā)展的定位和方向。

 

 

煤炭清潔高效利用應(yīng)主要從煤炭清潔高效燃燒和煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化兩方面開展。

 

1.煤炭燃燒方面。我國燃煤發(fā)電的能效指標(biāo)、污染物排放指標(biāo)均已達(dá)到世界先進(jìn)水平，但工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用的科技支撐不足。持續(xù)推進(jìn)煤炭清潔高效發(fā)電和靈活高效發(fā)電，提高電力系統(tǒng)對清潔電力的接納能力、工業(yè)鍋爐（窯爐）高效燃燒和多污染物協(xié)同治理是煤炭燃燒技術(shù)發(fā)展的方向。

 

2. 煤炭轉(zhuǎn)化方面。以現(xiàn)代煤化工為代表的轉(zhuǎn)化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化均走在了世界前列，攻克了煤氣化、煤制油、煤制烯烴等一大批技術(shù)和工程難題；但是，仍面臨如何通過發(fā)展前瞻性和變革性技術(shù)，提高煤、水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的高效率轉(zhuǎn)化利用，解決煤化工長期以來面臨的高能耗、高水耗、高碳排放的難題。

 

現(xiàn)代煤化工的快速發(fā)展，使得煤經(jīng)合成氣/甲醇生產(chǎn)多種清潔燃料和基礎(chǔ)化工原料成為可能，這也給石油化工和煤化工耦合替代、協(xié)調(diào)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。采用創(chuàng)新技術(shù)大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，既可以保障石化產(chǎn)業(yè)安全，促進(jìn)石化原料多元化，還可以形成煤化工與石油化工產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局，例如石腦油和甲醇反應(yīng)生產(chǎn)烯烴。石腦油是原油加工重要產(chǎn)品，甲醇是煤化工重要產(chǎn)品，二者都是烯烴生產(chǎn)的重要原料。在現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)下，石腦油制烯烴和甲醇制烯烴是完全不同的生產(chǎn)路線。但從生產(chǎn)過程來看，石腦油制烯烴是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，甲醇制烯烴是強(qiáng)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)條件和催化劑類似，存在反應(yīng)過程耦合的可能。基于此原理，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所創(chuàng)造性地將石腦油原料和甲醇原料耦合起來制取烯烴，利用反應(yīng)過程中的吸熱-放熱平衡，提高了整個(gè)系統(tǒng)的能效和碳原子利用率。相比傳統(tǒng)技術(shù)路線，噸烯烴產(chǎn)品能耗降低 1/3—1/2，石腦油利用率提高 10%。

 

 

主線2：非化石能源多能互補(bǔ)與規(guī)模應(yīng)用

 

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)必須逐漸穩(wěn)步改變我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源和安全先進(jìn)核能，實(shí)現(xiàn)非化石能源的多能互補(bǔ)和規(guī)模應(yīng)用?？稍偕茉吹母弑壤?、大規(guī)模利用將會(huì)對現(xiàn)有能源體系產(chǎn)生巨大沖擊。風(fēng)能、太陽能等可再生能源存在與生俱來的能量密度低、波動(dòng)性強(qiáng)等問題，具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn)。近年來，風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)消納問題日益突出。隨著風(fēng)、光能源更大規(guī)模發(fā)展，僅靠單項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步將難以完全解決風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)消納問題，需從能源系統(tǒng)整體角度加以考慮。因此，可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用必須考慮多種能源的系統(tǒng)融合，以風(fēng)、光資源作為發(fā)電和供能的主力資源，以核電、水電和其他綜合互補(bǔ)的非化石能源為“穩(wěn)定電源”，以少量的火電作為應(yīng)急電源或者調(diào)節(jié)電源，通過可再生能源功率預(yù)測技術(shù)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)、電力系統(tǒng)靈活互動(dòng)技術(shù)等構(gòu)建新型電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行體系。

 

 

儲(chǔ)能技術(shù)可有效平抑大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動(dòng)性，促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的電源和負(fù)荷的平衡，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。根據(jù) 2021 年國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2025 年新型儲(chǔ)能技術(shù)的裝機(jī)規(guī)模達(dá)到 3000 萬千瓦以上，2030 年實(shí)現(xiàn)全面市場化發(fā)展。除電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能外，氫能也是一種廣義上的儲(chǔ)能方式。利用可再生能源、高溫核能等制取的綠氫，可以實(shí)現(xiàn)電力的長時(shí)期存儲(chǔ)，并推進(jìn)可再生能源向物質(zhì)的無碳轉(zhuǎn)化。氫作為能源的載體，可為能源的儲(chǔ)、運(yùn)、用等問題提出一系列新的解決方案。

 

 

主線3：工業(yè)低碳/零碳流程再造

 

工業(yè)部門是二氧化碳的排放大戶，2020 年其二氧化碳排放占全國總排放量的 68%，主要包括鋼鐵、建材、化工、有色等領(lǐng)域。要實(shí)現(xiàn)這些領(lǐng)域的“雙碳”目標(biāo)，就必須對現(xiàn)有的工業(yè)流程進(jìn)行低碳/零碳再造。

 

 

1. 通過深度電氣化，利用非化石能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)深度脫碳；

 

2. 對于難以電氣化的工業(yè)流程，需借助綠氫、合成氣/甲醇、二氧化碳等平臺，通過技術(shù)突破和行業(yè)間的協(xié)調(diào)、融合實(shí)現(xiàn)低碳零碳流程再造，促進(jìn)化石能源和二氧化碳的資源化利用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)低碳零碳工藝革新。

 

案例1：綠氫與煤化工融合。煤氣化變換是煤化工行業(yè)產(chǎn)生二氧化碳的主要過程。如果在煤氣化過程中補(bǔ)入綠氫，可實(shí)現(xiàn)煤制烯烴過程的碳減排近 70%；如果補(bǔ)入過量的綠氫，則可引入二氧化碳作為部分碳源，實(shí)現(xiàn)全過程的負(fù)碳排放。

 

案例2：鋼鐵與煤化工融合。鋼廠尾氣富含一氧化碳和氫氣，可作為化工生產(chǎn)的原料氣。如果利用鋼廠尾氣中含有的合成氣生產(chǎn)乙醇，初步估算，全國鋼廠 25% 剩余尾氣約可制 1000 萬噸乙醇，減少二氧化碳排放近 2000 萬噸。

 

案例3：綠氫與鋼鐵融合。以氫氣代替煤炭來還原鐵礦石（氫冶金），二氧化碳排放可降至傳統(tǒng)工藝的 20%。

 

案例4 ：水泥和化工融合。水泥行業(yè)的排放主要是由于原料中碳酸鈣分解產(chǎn)生的過程排放（約 60%），這部分“不得不排放”的二氧化碳無法通過燃料替代實(shí)現(xiàn)減排。但如果以氫為介質(zhì)與化工過程耦合，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇等化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的資源化利用。此外，從多能融合的理念出發(fā)，在甲烷等氣氛下進(jìn)行熟料焙燒，可使碳酸鈣與甲烷反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，再作為原料制備化學(xué)品，從而實(shí)現(xiàn)水泥的低碳、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

 

主線4：數(shù)字化/智能化集成優(yōu)化

 

數(shù)字化、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，將與第四次能源革命、工業(yè)革命和科技革命相疊加，推動(dòng)社會(huì)的快速變革和發(fā)展。數(shù)字化/智能化能源系統(tǒng)的構(gòu)建，將云計(jì)算、人工智能、5G 通信等新一代數(shù)字化、智能化技術(shù)與現(xiàn)代能源體系的構(gòu)建相融合，加速推進(jìn)能量流、物質(zhì)流與信息流的融合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，推動(dòng)以綠色、數(shù)字化、高質(zhì)量為核心的能源領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。例如，以信息化、數(shù)字化構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，建設(shè)具備云資源儲(chǔ)存、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析、高度智能化等能力的電力控制管理平臺，使電網(wǎng)可見、可知、可控，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性等。 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com