谢克昌:科学发展煤基能源化工 助力构建现代能源体系

  ——中国工程院院士谢克昌建言能源“金三角”清洁低碳安全高效发展

  7月2日,在中国化工报社主办的“能源化工‘金三角’产业协同发展大型主题调研闭门会议”上,中国工程院院士、美国工程院外籍院士谢克昌作了题为《科学发展煤基能源化工 助力构建现代能源体系》的主旨报告。该报告系统地介绍了我国能源革命与能源体系、能源体系构建中的煤基能源化工发展的现状及前景,并提出了可持续发展的清洁、低碳、安全、高效发展的措施和目标;同时对能源化工“金三角”产业协同、差异化发展进行了总结,并提出了希望和建议。

  该报告对“金三角”特别是榆林地区的战略发展具有很强的现实指导意义;对推进我国能源结构改善和经济发展方式转变,提升国家能源安全保障水平,保障区域协调、健康、可持续发展也有重要的借鉴意义。

  构建能源体系:发展绿色能源化工是实质

  党中央在2012年11月的十八大报告中提出了“推动能源生产和消费革命”。2014年6月,习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出“四个革命+一个合作”的能源革命丰富内涵:一是推动能源消费革命,抑制不合理能源消费;二是推动能源供给革命,建立多元供应体系;三是推动能源技术革命,带动产业升级;四是推动能源体制革命,打通能源发展快车道;五是全方位加强国际合作,实现开放条件下能源安全。党的十八届五中全会提出“要建设清洁、低碳、安全高效的现代能源体系”;在十九大报告中强调,推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,通过推动能源革命来推动全社会的可持续发展,而构建该能源体系就是推动能源革命要解决的问题。

  我国能源生产和消费面临着供需格局、生态环境、技术、安全、效率等一系列挑战,必须推动能源生产和消费革命,这是我国能源发展的国策,能源革命是过程,能源体系是目标。

  中国工程院《推动能源生产和消费革命战略研究(Ⅰ)》提出中国的能源革命将经历三个阶段。第一阶段是2020年前,为能源结构优化期,主要是煤炭的清洁高效可持续开发利用,淘汰落后产能,提高煤炭利用集中度,到2020年煤炭、油气、非化石能源消费比例达6∶2。5∶1。5,能源消费总量约50亿吨标准煤。第二阶段是2020~2030年,为能源领域变革期,主要是清洁能源尤其是可再生能源替代煤炭战略,到2030年煤炭、油气、非化石能源消费比例达5∶3∶2。能源消费总量控制在60亿吨标准煤以内。第三阶段是2030~2050年,为能源革命定型期,形成“需求合理化、开发绿色化、供应多元化、调配智能化、利用高效化”的新型能源体系,到2050年煤炭、油气、非化石能源消费比例达4∶3∶3,能源消费总量预计约57亿吨标准煤,其中化石能源占比70%,非化石能源占比30%。可以看出,化石能源的重要地位未来难以改变,化石能源对于中国未来发展来说仍是不可替代的主体能源,非化石能源成为能源的增量。

  基于此,构建以清洁、低碳、安全、高效为要义的能源体系是推进能源革命的根本目标。能源体系构建与对能源化工发展的要求是一致的,即清洁低碳、安全高效,实质就是要发展绿色能源化工。所谓绿色能源化工就是在能源化工产品生产过程中,从工艺源头上就运用环保的理念,推行源头削减、进行生产过程的优化集成,废物再利用与资源化,从而降低成本与消耗,减少废弃物的排放和毒性,其宗旨是减少产品全生命周期对环境的不良影响。这要求运用全生命周期的方法对企业进行绿色管理,从产品设计、原料生产到消费、回收都进行绿色技术升级,重点攻克重大节能环保技术、资源综合利用技术、再制造技术、低碳技术等,致力于打造绿色产品、绿色工厂、绿色园区、绿色企业、绿色供应链的“五绿”战略。

  绿色能源化工是实现可持续发展的一项重要战略,是解决资源能源紧缺、环境恶化的重要途径,是提高人类生存质量和保证国家与民众安全的核心基础科学与技术。目前绿色化工技术中的绿色催化技术、绿色分离技术、生物工程技术等一系列技术都取得了长足的发展,未来绿色化工与清洁生产工艺技术将向节能、环保的方向发展。化学与材料、生命、信息、能源、资源、环境等领域的结合将开辟新的发展方向,为提高人类生活质量和环境改善提供多种途径。

  绿色能源化工中从原料到反应条件再到产品的无毒无害、反应的高选择性、“零排放”等要求都与现代能源体系的清洁、低碳、安全、高效不谋而合。因此,在现代能源体系的大背景下,可以利用其技术和理念优势,大力推进绿色能源化工产业发展,通过产业协同创造更大效益,实现“资源—产品—再生资源”的循环物质流动规模化生产。

  构建能源体系:以清洁、低碳、安全、高效为要义

  发展煤基能源化工产业具有重大战略意义,它是能源革命的重要组成部分,要在能源体系构建中以清洁、低碳、安全、高效为要义推进其发展。

  清洁:实现清洁高效利用的煤炭就是清洁能源。《绿色产业指导目录(2019年版)》提出了绿色产业发展的重点,煤炭清洁利用、煤炭清洁生产赫然在列。

  清洁主要是指能源的开发利用全过程最大程度地减少对生态的破坏和环境的污染。结合中国以化石能源特别是煤为主的国情,“清洁”要求实现煤炭的科学开发和清洁利用,提高煤炭使用集中度和清洁度。我们必须保持清醒的认识:当今如果没有煤,日子更难过,因此能源革命绝对不是革煤炭的命,但煤炭作为主体能源一定要革命,要在全产业链上实现绿色开发清洁高效利用,实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源。

  煤基能源化工必须坚持防治结合、提高工艺技术和管理水平。随着煤基能源化工转化工艺以及污染物控制技术的进步,未来我国煤基能源化工产品的污染物排放系数将进一步降低。结合未来煤炭转化以及燃烧过程污染物控制技术发展潜力,提出2020年、2035年与2050年我国煤基能源化工产业污染气体排放的清洁发展目标,如表1所示。

  低碳:节能减排和提高能效是中国低碳化过程的重中之重。低碳主要是指能源的生产和消费过程中最大程度地减少碳排放。实现化石能源的清洁高效转化、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证。当前,节能减排和提高能效是中国低碳化过程的重中之重。根据2010年IEA能源技术展望估算,2010~2030年,通过节能可以减少碳排放总量的56.9%。

  通过节能和高效技术的进步,未来我国煤基能源化工产品的CO2排放系数将进一步降低。根据物料平衡核算,2020年、2035年与2050年我国煤基能源化工产业低碳发展目标如表2所示。

  安全:煤基能源化工是能源安全战略保障。新型能源安全观的内涵包括能源供给安全(由“单纯增加供应”到“供给侧和需求侧双向制约”)、能源环境与生态安全(由“片面强调保供”到“生态、环境、气候约束供应”)、能源科技安全和能源经济安全(由“粗放型能源生产与消费”到“提高能效、优化结构、降低能源成本”)等内容。近期需要将能源环境安全放到更重要的位置,中远期则要建成高效、绿色、低碳的能源体系。

  根据结构模型预测结果和能源安全战略目标,2020年、2030年和2050年我国煤基能源化工产业的规模发展目标如表3所示。

  如果设定我国石油对外依存度为60%(国际惯例)为安全阈值,超过阈值的为煤替油的潜在替代量。据此推算,2020年、2030年、2050年煤替油的当量大约在0.7亿吨、1.1亿吨和0.7亿吨;设定天然气对外依存度的警戒值为40%,煤替气的潜力值分别是126亿立方米、256亿立方米和435亿立方米。

  高效:提高能源利用率是实现高效低碳发展的关键路径。高效指的是能源生产、转化、利用的效率都要高,提高能源利用率是实现高效发展、低碳发展的关键路径。2018年,我国单位GDP能耗是世界平均水平的1.4倍,如果我国能源利用效率达到世界平均水平,就可以减少消耗13.3亿吨标准煤,并可大幅减少34.6亿吨CO2排放,节能提效潜力巨大。

  随着煤基能源化工转化工艺与节能节水技术的进步,未来我国煤基能源化工产品的物耗系数将进一步降低,能效水平明显提高。2020年、2035年与2050年我国煤基能源化工产业高效发展目标如表4所示。

  能源化工“金三角”产业协同发展战略

  能源“金三角”,要在国家能源体系构建中布局谋篇,做到“绿色创新、高端发展、产业协同、深度融合。”中国工程院《能源“金三角”发展战略研究》课题组,在6位院士、100余位区内外专家的研究和参与下,对能源“金三角”的发展形成六个核心观点。

  核心观点一:能源“金三角”地区煤炭相关产业优势明显。该地区是国家重要的能源供应基地,重点满足能源需求和保障能源安全,但远期面临煤炭需求峰值等挑战。要继续保持可持续煤炭外供能力作为战略基础,提高电力外送在能源产业发展中的战略地位,更加谨慎的控制煤化工发展规模和差异化技术路线。

  核心观点二:因地制宜、因煤而异是地区差异化发展的重要方向。同质化严重影响产业健康发展,差异化是出路。近中期改进,远期摒弃同质化,推动产业差异化发展,而差异化发展重点是因煤而异、因地制宜。

  因煤而异、推动特色资源对口高效利用。以煤定化,适度有序发展现代煤化工和煤化工多联产;低灰、低硫的优质煤炭资源宜作为化工用煤使用;对焦油产率高的优质块煤资源优先热解干馏提取焦油,焦油加氢深加工;高硫煤和中低灰劣质煤优先气化制合成天然气和化工品;劣质煤、矸石、煤泥等用于循环流化床发电;高铝粉煤灰可采用酸碱法提取氧化铝,拓展铝产业链。

  因地制宜、突出产业差异化发展重点方向。宁东以优质动力气化煤为主,应重点发展煤制烯烃及下游、间接制油等;鄂尔多斯以长焰煤、不黏煤为主,应重点发展高铝煤发电、煤制气、直接液化;榆林以不黏煤、弱黏煤为主,应重点发展煤电、分质转化、煤油气盐协同。

  核心观点三:只有大力推行科学产能才能实现能源资源可持续开发。区域能源快速开发引发问题突出,要以科学产能指导地区的能源资源开发。

  提高煤炭科学产能是适应生态文明建设、环境保护的必然要求;若3个地区在2020年达到90%科学产能目标,需投入1334亿元;若不从资金、政策等方面尽早投入,随着问题的积累、环境的恶化,治理、改造落后产能的投入成本会越来越高。

  核心观点四:能源清洁高效转化利用是地区产业转型升级的必由之路。一方面要推进供需适配,科技驱动发展。供需适配有利于提高煤炭综合利用水平;技术创新与工程示范是实现煤炭清洁高效转化的重要支撑;因地制宜和有序发展煤炭转化,趋势是大型化、低成本、低排放;煤分级转化多级联产是煤炭转化重点方向。

  另一方面是要多能协同转化,适度提高就地转化率。适度提高就地转化率是提高能效和推动产业转型的重要途径,多能协同转化是提高地区能源系统综合效率的重要手段,适度提高就地转化率,可更多解决当地就业、提高财政收入和促进当地经济发展。

  核心观点五:保障水资源供给和优化配置是提升产业规模的必要措施。宁东地区水资源量相对充裕,鄂尔多斯为了保障已有在建项目和2020年规划目标的实现,需至少新增0.7亿~1.7亿m3/a的供水能力,榆林地区需至少新增0.4亿~0.9亿m3/a的供水能力。

  核心观点六:区域土地资源、大气容量等均有一定承载力。区域生态环境问题突出,温室气体减排压力大,故而开创一条适合中国国情的低碳化利用之路,是能源“金三角”地区今后必须着力解决的重大问题。

  榆林能源化工产业协同发展建议

  榆林的发展,要置身能源“金三角”做好功课,做到正视问题、勇于“革命”、发挥优势、着眼“替代”、担当重任、绿色创新、差异发展、高端发展。

  榆林能源化工发展优势一是能源资源丰富,政策支持有力。榆林地区的探明储量:煤炭1460亿吨,石油3.6亿吨,天然气1.18万亿立方米;当地政府出台了《榆林市推进煤化工产业高端发展拖杆政策》,编制出台“1+3”规划(基地总体,空气质量,国土空间,疏干水综合利用)。二是技术创新明显,项目示范重大,包括百万吨级间接液化,10万吨级高温费托合成;45万吨/年煤油共炼;低温煤焦油加氢等项目。三是能源外供增长,转化质量提升。能源化工基地建设以来,累计外输29亿吨标准煤化石能源;现代煤化工产业初具规模,总产能近600万吨。四是产业集群形成,基地园区初具。煤炭分质利用、煤基燃料等六大产业群基本形成;榆横、榆神两个工业园区初具规模。

  榆林能源化工发展存在的问题有以下几点,一是是高端技术支撑不足,创新要素难于集聚;二是本地消纳能力低下,产品市场终端较远;三是环境容量严重受限,可控水源难以满足;四是产业发展同质重叠,民营经济发展滞缓;五是示范项目进展滞缓,兰炭生产技术落后。

  对此,我对榆林能源化工发展提出如下建议:一是充分认识自身优势,坚持能源资源的科学开发、集约开发、绿色开发,强化资源勘探、水资源建设和生态保护三大基础。二是做大做强煤炭、电力、油气和化工四大产业,特别要强化能源化工产业支柱地位,全力推进重点工业园区和重大项目建设。三是有效发挥当地煤、油、气、盐组合资源优势,构建“一(煤炭热解)”“推四(煤制烯烃、煤制芳烃、煤制油与煤油共炼、煤盐化一体化)”五大高端产业链体系,打造基于煤炭干馏—气化—加氢—发电一体化、多联产综合利用的具有榆林特色的现代能源化工基地。四是高度重视煤炭中低温干馏(兰炭)的大型化、现代化发展,大力推进煤焦油加氢规模化,在为增加煤基油气替代燃料和减少化学品对油气消耗,缓解国家不断攀升的油气对外依存度做出重要贡献的同时,形成清洁、高效、高质的兰炭产业链。五是陕北缺水、生态环境脆弱,在推进国家安排的“十三五”重大示范项目和规划“十四五”项目与落地高端能源化工项目时,要充分考虑与协调好水资源和环境的约束。六是榆林能源化工发展起步早、水平高,有特色、前景好,在能源“金三角”地区要坚持协同发展、差异发展、升级发展、规模发展,力求你无我有、你有我强、你强我特,勇做煤炭清洁高效可持续开发利用的排头兵和推进能源革命与构建能源体系的生力军。

  核心观点

  ●中国工程院和国外机构的战略研判均表明,到2030年,化石能源在中外一次能源中占比都在80%左右,其中煤炭占中国一次能源结构的50%左右,中国能源面临生态环境、经济、安全等方面的挑战,能源革命势在必行。

  ●能源革命是应对能源挑战必然途径,但不是一蹴而就的过程,其终极目标是建成清洁低碳安全高效的能源体系。能源技术革命是推动能源革命的基础、构建能源体系的支撑,其实质是能源转换的革命,其目标是对能源的有效驾驭和高效转换;只有颠覆性技术才能有效促进能源的低碳转型。

  ●“国情还是以煤为主,我们对煤的注意力不要分散”(习近平); “煤炭清洁高效开发利用是能源转型发展的立足点和首要任务”(李克强)。

  ●“逢煤必反”是错误的,因为煤炭清洁生产和利用都是绿色产业,煤基燃料是煤炭清洁高效利用归宿之一,实现了清洁高效利用的煤炭就是清洁能源;“闻化色变”是片面的,因为现代能源化工和绿色高端化工可以满足清洁低碳、安全高效的要求。

  ●开发、示范和推广创新性技术,延长产品链和产业链,节能降耗、提质增效是能源化工高端化发展的重要途径。

  表1 我国煤基能源化工产业清洁发展目标

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  表2 我国煤基能源化工产业低碳发展目标

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  表3 我国煤基能源化工产业规模发展目标

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  表4 ?我国煤基能源化工产业高效发展目标

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  (本版文字由本报记者闫俊荣整理)

关键字:能源化工“金三角”
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