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6月15～16日，在內(nèi)蒙古鄂爾多斯舉辦的2023年全國氮肥行業(yè)工作會暨七屆五次理事會上，多位代表提出，新能源與煤化工產(chǎn)業(yè)耦合發(fā)展，是作為能耗和排碳大戶的氮肥、甲醇行業(yè)在中長期實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要抓手。氮肥、甲醇行業(yè)與新能源耦合發(fā)展應(yīng)該如何推進(jìn)呢?記者進(jìn)行了采訪。
耦合發(fā)展已被提上日程
中國氮肥工業(yè)協(xié)會理事長顧宗勤表示，氮肥、甲醇行業(yè)短期內(nèi)的重點(diǎn)任務(wù)是節(jié)能降碳，中長期的重點(diǎn)在于能源轉(zhuǎn)型。新能源與合成氨、甲醇行業(yè)耦合發(fā)展，是行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要途徑。因此，氮肥、甲醇企業(yè)應(yīng)當(dāng)密切跟蹤新能源領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，并根據(jù)自身?xiàng)l件進(jìn)行探索。
“盡管就目前成本來看，綠氫替代現(xiàn)有煤(氣)制氫還有較大差距，但考慮到科技創(chuàng)新的賦能和‘雙碳’目標(biāo)日益臨近，新能源電價有進(jìn)一步下降的空間;考慮到制氫工藝方案和裝備投資不斷優(yōu)化，以及國家降碳政策持續(xù)調(diào)整、追溯體系建設(shè)逐步完善等因素，今后利用新能源制氫會被行業(yè)放到重要的位置，成為制氫的重要組成部分。”顧宗勤說，應(yīng)鼓勵有條件的地區(qū)利用可再生能源制氫，優(yōu)化合成氨、甲醇等原料結(jié)構(gòu)。
據(jù)記者了解，近段時間，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，近兩年，我國多個以電力、煤炭企業(yè)為主導(dǎo)的綠氨、綠醇項(xiàng)目已經(jīng)在論證、規(guī)劃和建設(shè)中，規(guī)劃和建設(shè)中的產(chǎn)能已超300萬噸/年。氮肥、甲醇行業(yè)中也有少數(shù)頭部企業(yè)開展了新能源與現(xiàn)有煤化工產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的嘗試。
存在問題依然不容小覷
但是，新能源與傳統(tǒng)化工的耦合發(fā)展并不能一蹴而就。
在接受記者采訪時，有東部氮肥企業(yè)負(fù)責(zé)人坦言：“傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)與新能源實(shí)現(xiàn)耦合發(fā)展，是源頭和過程減碳的重要抓手。我們能用上綠電、綠氫當(dāng)然是好事，但是我們害怕‘吃不到’。由于所處地理位置的關(guān)系，我們當(dāng)?shù)厝狈π履茉促Y源。比如西部擁有風(fēng)電、水電和光伏資源，可以進(jìn)行大手筆投資，還能夠?qū)π履茉措娏M(jìn)行消納。我們?nèi)绻胍镁G電，就只能上網(wǎng)購買。上網(wǎng)交易的電價是不會便宜的。只有當(dāng)全社會都能用上綠電了，價格才能接受。”
河北陽煤正元化工集團(tuán)技術(shù)委員會主任劉金成告訴記者，新能源與傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)耦合發(fā)展肯定是一個方向。為了能實(shí)現(xiàn)更好的融合，企業(yè)一直在思考，并做了不少工作。比如在耦合方式上已經(jīng)申請了四五個專利，有些已經(jīng)授權(quán)。
“但針對綠電，目前氮肥、甲醇企業(yè)投資的項(xiàng)目并不多，大家都在觀望之中。首要原因是綠電本身具有很大的波動性。其次，如果企業(yè)所用綠電必須依托電網(wǎng)供應(yīng)的話，綠電價格會非常高。”劉金成告訴記者。
“電的成本會影響氫的成本。”劉金成分析說，“現(xiàn)在生產(chǎn)1立方米氫氣大概要消耗5千瓦時電，成本不低。再加上風(fēng)光發(fā)電有波動性，如果綠電供應(yīng)不穩(wěn)定，綠氫也無法連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，對合成氨系統(tǒng)會造成很大的沖擊。要配合合成氨裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)，必須具備儲能或儲氫能力。而儲能成本也非常之高。”
困難擋不住企業(yè)的探索
盡管耦合發(fā)展存在諸多問題，但對于這個發(fā)展方向，業(yè)內(nèi)企業(yè)還是希望“試試水”。
中煤鄂爾多斯能源化工有限公司黨委書記、董事長王六表示，他們要打造世界級現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)體系，打算采取的具體做法之一就是在園區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)新能源與煤化工的耦合。如要大力推動可再生能源規(guī)?；l(fā)展，加快推進(jìn)“源網(wǎng)荷儲一體化”建設(shè)，提升園區(qū)綠電利用水平;開展可再生能源大規(guī)模制氫、氫與煤化工耦合、氫與二氧化碳耦合制化學(xué)品等關(guān)鍵技術(shù)示范，探索氫作為煤化工、可再生能源、二氧化碳資源化利用的多能融合載體的技術(shù)路徑，積極利用綠氫生產(chǎn)綠氨、低碳甲醇等高端低碳化學(xué)品。
河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)在綠色新能源與傳統(tǒng)煤化工的耦合應(yīng)用上已經(jīng)進(jìn)行了有益的探索。該集團(tuán)總工程師顧朝暉在接受記者采訪時表示，他們從2021年6月開始就充分利用辦公樓頂、倉庫屋頂、污水處理池頂、新建車用尿素廠房屋頂，建設(shè)9兆瓦光伏項(xiàng)目，共建了22個屋頂光伏電站，總面積約9萬平方米，總裝機(jī)容量8.74兆瓦功率，總投資約3300萬元，同年12月光伏項(xiàng)目投運(yùn)。2022年全年光伏項(xiàng)目共發(fā)綠電849萬千瓦時，節(jié)約標(biāo)煤3056噸，減排二氧化碳6622噸、二氧化硫254噸。
顧朝暉說，為探索綠色新能源與傳統(tǒng)煤化工的耦合途徑，河南心連心建成一套500標(biāo)準(zhǔn)立方米/時減液法電解水制氫裝置，依托已建成的9兆瓦光伏項(xiàng)目產(chǎn)生的綠電生產(chǎn)綠氫，綠氫作為原料送往現(xiàn)有的合成氨生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了綠色新能源與傳統(tǒng)煤化工的耦合。目前該裝置的生產(chǎn)成本要高于煤化工制氫的生產(chǎn)成本，經(jīng)測算，當(dāng)電的價格在0.2元/千瓦時，電解水制氫可與煤制氫成本持平。隨著光伏規(guī)模的擴(kuò)大，以及風(fēng)光儲電的成熟，綠電價格將進(jìn)一步降低。同時，隨著電解水制氫技術(shù)的進(jìn)步，制氫效率的不斷提高，綠氫成本優(yōu)勢將日益顯現(xiàn)。
“但是在新技術(shù)、新工藝開發(fā)引進(jìn)過程中，也存在一些問題。如一些帶有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的側(cè)線裝置或者聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，按照政策要求或新舊規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不同，會在一定程度上限制項(xiàng)目的實(shí)施，需要有關(guān)部門在審批和實(shí)施方面給予一定的支持和幫助。”顧朝暉說。
劉金成說，正元化工對新能源與煤化工的耦合發(fā)展也在積極嘗試。下一步首要考慮的是如何用自身生產(chǎn)系統(tǒng)適應(yīng)綠電的波動，實(shí)現(xiàn)綠氫的低成本消納。
劉金成告訴記者，因?yàn)槠髽I(yè)前端是有制氫裝置的。如果要用綠氫替代部分工業(yè)灰氫的話，就要頻繁調(diào)整制氫裝置生產(chǎn)負(fù)荷。對于企業(yè)來說，調(diào)整的經(jīng)濟(jì)和安全成本是挺高的。“不過企業(yè)對下一步的耦合發(fā)展還是有所考慮，也準(zhǔn)備與相關(guān)單位開展合作。”劉金成透露。
在劉金成看來，要達(dá)到耦合的目的，一是行業(yè)有減碳需求;二是氮肥、甲醇企業(yè)原有系統(tǒng)對綠氫也要有較好的動態(tài)消納能力，并能用原有系統(tǒng)去平復(fù)新能源發(fā)電的波動，從而減少投資、降低成本。
要做好耦合路徑研究
石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院能源化工處副處長朱彬彬表示，綠電價格未來可以降到0.2元/千瓦時甚至更低，表明新能源已經(jīng)初步具備了與傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)耦合發(fā)展的基礎(chǔ)條件。所以，氮肥、甲醇行業(yè)企業(yè)要適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的變化，積極實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。但關(guān)鍵是要做好耦合路徑研究。
朱彬彬認(rèn)為，耦合發(fā)展的優(yōu)先路徑應(yīng)是綠電替代化工裝置中的用電，包括自建分布式可再生能源、自建可再生能源電站直接接入廠區(qū)用電、自建可再生能源電站通過電量的上網(wǎng)下網(wǎng)在產(chǎn)業(yè)鏈層面進(jìn)行上下游風(fēng)險對沖、購買綠電綠證等，或被動跟隨大電網(wǎng)中綠電比例提升而提升綠電用量。此外，綠電制氫也是耦合發(fā)展的重要路徑，具體來說，可以采用綠電離網(wǎng)制氫小比例補(bǔ)入合成系統(tǒng)；綠電補(bǔ)網(wǎng)電制氫單建穩(wěn)態(tài)合成系統(tǒng)；綠電配儲能、儲能單建穩(wěn)態(tài)合成系統(tǒng);綠電配儲能、儲氫單建柔性合成系統(tǒng)；綠電制綠氫與現(xiàn)有合成氨尿素裝置結(jié)合等方式來實(shí)現(xiàn)耦合。由于可再生能源具有波動性，離網(wǎng)式可再生能源制氫需要采取逐級消納的模式，實(shí)現(xiàn)源與荷的實(shí)時匹配。其中，化工裝置要實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的負(fù)荷調(diào)節(jié)，以消納一定的波動性。
用綠電對化工裝置中的熱動需求進(jìn)行替代，也是可探討的耦合路徑。用電熱鍋爐替代蒸汽鍋爐發(fā)生蒸汽，是用電對煤進(jìn)行等熱值的替代，效率較低近期不宜采用。電驅(qū)熱泵節(jié)約蒸汽，由于制熱系數(shù)的乘數(shù)效果，替代效率較高，可以近期實(shí)施。電熱反應(yīng)器對燃料加熱的替代，目前在電熱乙烯裂解爐、電熱天然氣轉(zhuǎn)化爐等工藝方面已有相關(guān)開發(fā)計劃，值得加強(qiáng)研究開發(fā)。
對化工裝置進(jìn)行需求側(cè)調(diào)節(jié)，也是適應(yīng)未來以可再生電力為主體的電力系統(tǒng)的必然要求。在新型電力市場峰谷電價價差急劇擴(kuò)大的外部環(huán)境下，化工裝置通過負(fù)荷適當(dāng)調(diào)節(jié)降低運(yùn)營成本，長遠(yuǎn)看將成為一個重要課題。
“化工產(chǎn)業(yè)是資本密集型產(chǎn)業(yè)，固定成本占比較高，深度負(fù)荷調(diào)節(jié)對產(chǎn)品成本有較大影響。而且化工裝置上下游關(guān)聯(lián)緊密，全系統(tǒng)具有非線性、慢響應(yīng)的特點(diǎn)，參與負(fù)荷調(diào)節(jié)只能將調(diào)節(jié)范圍局限在個別環(huán)節(jié)。在化工裝置參與負(fù)荷調(diào)節(jié)時，可優(yōu)先選擇固定成本相對較低、用能密集的單元裝置進(jìn)行。例如氨合成單元、甲醇合成單元等?？梢杂糜媚苎b置的千瓦投資這一指標(biāo)，來篩選裝置參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的相對經(jīng)濟(jì)性。而且負(fù)荷調(diào)節(jié)深度宜控制在20%以內(nèi)，固定成本增加控制在25%以內(nèi)。發(fā)展智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置的可預(yù)測、快響應(yīng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)，是化工裝置參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的前提條件。同時，負(fù)荷調(diào)節(jié)裝置的動設(shè)備要多采用變頻調(diào)節(jié)，適應(yīng)變負(fù)荷操作條件。”朱彬彬強(qiáng)調(diào)說。
顧宗勤表示，當(dāng)前綠氨綠醇行業(yè)還處于發(fā)展初期，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性、各種工況條件下系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題還有待解決，上下游配套的有效銜接還未建立。據(jù)悉，氮肥協(xié)會將在今年下半年成立綠氨綠醇產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，以促進(jìn)綠氨綠醇上下游產(chǎn)業(yè)鏈的融合，做好與傳統(tǒng)合成氨、甲醇行業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
