以煤為基推動(dòng)多能融合保障國家能源安全

我國一次能源消費結構以煤炭為主，煤炭消費量占能源消費總量的56%以上。以2020年煤炭消費為例，燃煤發(fā)電占52%，鋼鐵占17%，化工占8%。在未來(lái)較長(cháng)時(shí)期內，煤炭仍是我國能源結構中的主導資源

6月底，全球規模最大的50萬(wàn)噸/年煤基乙醇項目在陜西榆林榆神工業(yè)園區建成中交。該項目以煤為原料，生產(chǎn)無(wú)水乙醇并可聯(lián)產(chǎn)其他化工產(chǎn)品。項目預計9月開(kāi)始投料試車(chē)。投產(chǎn)后，每年可節約生物乙醇原料糧150萬(wàn)噸，對保障我國能源安全和糧食安全具有重要戰略意義

煤炭、石油、天然氣，這些埋存在地下經(jīng)過(guò)數億年沉淀而形成的化石資源見(jiàn)證了人類(lèi)工業(yè)革命以來(lái)的種種變遷。物轉星移，面對全球氣候變化的新挑戰，傳統化石能源將何去何從?如何安全穩定地實(shí)現能源綠色轉型?

近日，《瞭望》新聞周刊記者專(zhuān)訪(fǎng)了中國工程院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長(cháng)劉中民。他長(cháng)期致力于能源化工領(lǐng)域應用催化研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)，為推動(dòng)我國現代煤化工綠色低碳發(fā)展持續貢獻科研動(dòng)力。

他告訴記者，煤炭是我國能源產(chǎn)業(yè)主導資源，也是基礎工業(yè)主要的原料和燃料。近年來(lái)，我國在煤炭清潔高效利用技術(shù)方面取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，部分技術(shù)已經(jīng)走在世界前列。未來(lái)，要以綠色低碳為導向，持續推動(dòng)我國能源體系安全轉型。

以煤為基 保障我國能源安全

《瞭望》：煤炭在我國能源資源中處于什么地位?

劉中民：我國化石能源資源稟賦為“富煤、貧油、少氣”。

從生產(chǎn)端來(lái)看，2021年我國能源的消費量和產(chǎn)量分別為52.4億噸和43.3億噸標準煤，能源自給率為83%，煤炭在其中發(fā)揮了主力軍的作用。

從消費端來(lái)看，我國一次能源消費結構仍以煤炭為主，煤炭消費量占能源消費總量的56%以上。我國煤炭主要用于燃煤發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)及化工原料。以2020年煤炭消費為例，燃煤發(fā)電占52%，鋼鐵占17%，化工占8%。在未來(lái)較長(cháng)時(shí)期內，煤炭仍是我國能源結構中的主導資源。

我國能源資源稟賦決定著(zhù)煤炭在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮壓艙石作用。煤化工承擔著(zhù)彌補石油資源不足、保障能源安全的任務(wù)。特別在當前復雜國際形勢下，煤制油氣及大宗化學(xué)品對保障國家能源安全及產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈安全具有極其重要的戰略意義。

《瞭望》：在我國現有能源結構下，煤炭發(fā)揮保障能源安全壓艙石作用還需要突破哪些關(guān)鍵技術(shù)?

劉中民：經(jīng)過(guò)長(cháng)期發(fā)展和國家持續支持，我國在大容量、高參數燃煤發(fā)電機組和煤直接液化、煤制烯烴等新型煤炭轉化等核心關(guān)鍵技術(shù)上已達到世界先進(jìn)水平，但在超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)、煤化工關(guān)鍵裝備等方面仍存在著(zhù)較大差距。我們不僅要突破煤炭領(lǐng)域諸多關(guān)鍵技術(shù)門(mén)檻，還要破除各類(lèi)能源之間轉化的壁壘，將煤炭放在能源結構綠色低碳轉型的全局中進(jìn)行統籌布局。

以煤為原料，通過(guò)氣化、液化、焦化等途徑制取油品和替代石油制取大宗化學(xué)品的現代煤化工，不僅可緩解石油供應緊張局面，同時(shí)也可彌補現有石油加工與石油化工行業(yè)的結構性缺陷，促進(jìn)工業(yè)結構轉型升級;緊急情況下還可為油氣供應提供重要支撐。通過(guò)以合成氣、甲醇轉化為平臺，發(fā)展合成氣直接生產(chǎn)大宗化學(xué)品和高值化學(xué)品技術(shù)、甲醇耦合石油基原料(苯、甲苯、石腦油等)等關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現烯烴、芳烴和含氧化合物大宗化學(xué)品/燃料的合成技術(shù)變革，促進(jìn)煤化工與石油化工的協(xié)調發(fā)展，構建更加合理的產(chǎn)業(yè)結構。

我們應該認識到，跨領(lǐng)域、系統化、體系化的能源布局不僅有巨大的創(chuàng )新空間，還會(huì )產(chǎn)生巨大的整體節能減排效果。多能融合的新型能源體系將提高能源儲備和保障能力，保障我國能源及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈的安全穩定。當前應發(fā)揮跨領(lǐng)域綜合交叉的碳中和重點(diǎn)科技專(zhuān)項作用，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，加快形成全面支撐我國實(shí)現“雙碳”目標的技術(shù)體系，推動(dòng)我國能源體系及工業(yè)結構全面升級。

科技創(chuàng )新 推動(dòng)煤炭清潔高效利用

《瞭望》：我國在煤炭清潔高效利用方面取得了哪些創(chuàng )新成果?

劉中民：近年來(lái)，我國在煤炭清潔高效利用技術(shù)方面成果頗豐，持續推動(dòng)煤炭由燃料向燃料與原料耦合轉變，部分技術(shù)已經(jīng)走在世界前列。煤化工已進(jìn)入新一輪快速發(fā)展期，能耗指標明顯降低。

一是燃煤發(fā)電機組供電煤耗逐步降低，正在努力提升調峰能力以支撐可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)與消納。

二是清潔低碳煤化工產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。截至2020年，煤制油、天然氣、烯烴、乙二醇等四大類(lèi)投產(chǎn)項目累計完成投資約6060億元，產(chǎn)能分別達到931萬(wàn)噸/年、51億立方/年、1122萬(wàn)噸/年、597萬(wàn)噸/年，年轉化煤炭約9380萬(wàn)噸(標煤)。煤化工行業(yè)整體規模保持增長(cháng)，產(chǎn)能利用率逐漸提高，多數裝置具備“安穩長(cháng)滿(mǎn)優(yōu)”運行能力，原料煤耗、綜合能耗、水耗持續下降，能效持續提升。

三是煤化工技術(shù)持續創(chuàng )新。新一代合成氣制油技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，具備大型工業(yè)化的技術(shù)基礎;第三代甲醇制烯烴技術(shù)正在開(kāi)展百萬(wàn)噸級工業(yè)示范裝置建設，單套裝置處理能力大幅度提高，噸烯烴甲醇單耗比目前行業(yè)指標降低10%以上;煤制乙醇技術(shù)累計許可產(chǎn)能達到295萬(wàn)噸/年，世界規模最大的50萬(wàn)噸/年煤基乙醇項目計劃年內投產(chǎn)，將在替代糧食乙醇及鋼廠(chǎng)煤氣制乙醇方面發(fā)揮作用;以乙酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯為平臺的含氧化合物產(chǎn)業(yè)鏈有望快速形成;合成氣直接制烯烴、芳烴等新技術(shù)均已取得突破性進(jìn)展。

四是重點(diǎn)高耗能行業(yè)節能降耗效果明顯，正在探索總體技術(shù)路線(xiàn)低碳化轉型升級。“十三五”期間，我國在工業(yè)過(guò)程節能提效方面加大科技創(chuàng )新力度，取得顯著(zhù)成效。以水泥行業(yè)為例，與2015年相比，2020年規模以上水泥企業(yè)噸水泥熟料綜合能耗下降3.6%。開(kāi)發(fā)的水泥回轉窯富氧燃燒技術(shù)，可使回轉窯節煤率達到8%。鋼鐵行業(yè)作為典型高耗能行業(yè)，深入推進(jìn)節能減排，截至2021年底，1.4億噸鋼鐵產(chǎn)能完成全流程超低排放改造。采用氫基熔融還原冶煉技術(shù)成功生產(chǎn)出高純鑄造生鐵水。

《瞭望》：由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與延長(cháng)石油集團合作的煤基乙醇科技示范項目取得了哪些突破?

劉中民：今年6月底，全球規模最大的50萬(wàn)噸/年煤基乙醇項目在陜西榆林榆神工業(yè)園區建成中交，標志著(zhù)項目進(jìn)入試車(chē)階段。該項目以煤為原料，生產(chǎn)無(wú)水乙醇并可聯(lián)產(chǎn)其他化工產(chǎn)品。按照3噸糧食生產(chǎn)1噸乙醇測算，這個(gè)項目建成投產(chǎn)后，每年可節約生物乙醇原料糧150萬(wàn)噸，對保障國家能源安全和糧食安全具有重要戰略意義。

煤基乙醇項目以煤基合成氣為原料，經(jīng)二甲醚羰基化、加氫合成乙醇。該路線(xiàn)采用非貴金屬催化劑，可以直接生產(chǎn)無(wú)水乙醇，是一條獨特的環(huán)境友好的全新技術(shù)路線(xiàn)。另外，此項技術(shù)的中間產(chǎn)物乙酸甲酯也是大宗化學(xué)品，整個(gè)工藝路線(xiàn)可以按市場(chǎng)需求及時(shí)調整產(chǎn)品結構。這是新型煤化工產(chǎn)業(yè)化技術(shù)應用的又一次重大突破，奠定了我國煤制乙醇工業(yè)化的國際領(lǐng)先地位，為煤炭資源的清潔、高效、低碳利用開(kāi)辟了具有戰略意義的新途徑。

綠色低碳 促進(jìn)能源安全轉型

《瞭望》：我國推動(dòng)能源安全轉型目前還面臨哪些挑戰?

劉中民：國際碳中和行動(dòng)的規模和影響日益擴大，亟需突破低碳技術(shù)壁壘。隨著(zhù)《巴黎協(xié)定》的全面實(shí)施，綠色低碳成為當前全球能源系統轉型的主流。全球主要國家加快了低碳化乃至“零碳化”能源體系構建步伐。低碳能源技術(shù)創(chuàng )新進(jìn)入持續高度活躍期，能源科技創(chuàng )新成為世界各國爭奪的制高點(diǎn)。區塊鏈、信息技術(shù)、人工智能等數字化技術(shù)與低碳能源行業(yè)深度融合，助推能源行業(yè)重塑產(chǎn)業(yè)形態(tài)，能源轉型將給世界地緣政治格局和經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展帶來(lái)重大而深遠的影響。

鑒于我國“富煤、貧油、少氣”的能源資源稟賦及現有能源和基礎工業(yè)結構中以煤為主的現實(shí)國情，我國能源結構綠色低碳轉型將面臨前所未有的挑戰，是一場(chǎng)系統性的能源革命和工業(yè)流程變革。一是發(fā)展過(guò)程中進(jìn)行轉型。我國能源結構調整必須滿(mǎn)足經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展需要，具有基礎和支撐地位的能源需求與工業(yè)生產(chǎn)必然在較長(cháng)時(shí)期內繼續呈上升趨勢。二是必須立足于我國能源資源稟賦。到2030年，能源消費總量要控制在60億噸標煤以?xún)?。要滿(mǎn)足能源消費總量需求且低碳發(fā)展，必須立足于我國能源資源稟賦的現實(shí)國情。在充分分析我國可再生能源資源基礎上制定綠色低碳轉型策略?？傮w上，我國未來(lái)滿(mǎn)足巨大能源消費需求，煤炭和光伏將發(fā)揮重要作用。三是必須充分重視碳達峰碳中和的時(shí)間約束。我國從碳達峰到碳中和的時(shí)間僅有30年，遠低于美國和歐洲等國家和地區。在時(shí)間約束下，必須充分重視低碳技術(shù)的引領(lǐng)作用，以能源科技革命促進(jìn)能源革命。

同時(shí)還要注重能源轉型風(fēng)險分析和對策研究。能源轉型的底線(xiàn)是安全，包括能源安全和產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈安全，目標是低碳化健康發(fā)展。應該看到，能源轉型與“雙碳”目標密切相關(guān)，是一個(gè)逐步實(shí)現的調整過(guò)程。

《瞭望》：結合近年來(lái)歐洲實(shí)際來(lái)看，能源轉型期容易出現能源緊缺現象，對我國能源實(shí)現安全穩定轉型還有哪些建議?

劉中民：科技創(chuàng )新是保障能源安全穩定轉型的根本所在。要立足我國能源資源稟賦的現實(shí)國情，契合我國工業(yè)化、城鎮化與人民生活水平提高，立足全局系統分析我國低碳發(fā)展與科技創(chuàng )新路徑，對重點(diǎn)領(lǐng)域低碳技術(shù)發(fā)展優(yōu)先序進(jìn)行評估。低碳發(fā)展及技術(shù)創(chuàng )新應注重相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟性、成熟度和減排潛力，同時(shí)高度關(guān)注顛覆性技術(shù)創(chuàng )新和保底技術(shù)。在此基礎上系統布局科技攻關(guān)專(zhuān)項，打破行業(yè)間壁壘，發(fā)揮國家體制優(yōu)勢形成團結協(xié)作的創(chuàng )新體系，爭取在重點(diǎn)領(lǐng)域優(yōu)先取得關(guān)鍵技術(shù)突破，以系列關(guān)鍵技術(shù)突破構建多能融合技術(shù)體系，并選擇典型區域及時(shí)布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)，為能源安全穩定轉型提供技術(shù)保障的同時(shí)，探索中國特色的“雙碳”發(fā)展路徑。