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%。在未來較長時期內，煤炭仍是我國能源結構中的主導資源
6月底，全球規(guī)模最大的50萬噸/年煤基乙醇項目在陜西榆林榆神工業(yè)園區(qū)建成中交。該項目以煤為原料，生產(chǎn)無水乙醇并可聯(lián)產(chǎn)其他化工產(chǎn)品。項目預計9月開始投料試車。投產(chǎn)后，每年可節(jié)約生物乙醇原料糧150萬噸，對保障我國能源安全和糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義
煤炭、石油、天然氣，這些埋存在地下經(jīng)過數(shù)億年沉淀而形成的化石資源見證了人類工業(yè)革命以來的種種變遷。物轉星移，面對全球氣候變化的新挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)化石能源將何去何從?如何安全穩(wěn)定地實現(xiàn)能源綠色轉型?
近日，《瞭望》新聞周刊記者專訪了中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所所長劉中民。他長期致力于能源化工領域應用催化研究與技術開發(fā)，為推動我國現(xiàn)代煤化工綠色低碳發(fā)展持續(xù)貢獻科研動力。
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，我國在煤炭清潔高效利用技術方面取得了顯著的進步，部分技術已經(jīng)走在世界前列。未來，要以綠色低碳為導向，持續(xù)推動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%。在未來較長時期內，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煤炭在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮壓艙石作用。煤化工承擔著彌補石油資源不足、保障能源安全的任務。特別在當前復雜國際形勢下，煤制油氣及大宗化學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(zhàn)略意義。
《瞭望》：在我國現(xiàn)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鍵技術？
劉中民：經(jīng)過長期發(fā)展和國家持續(xù)支持，我國在大容量、高參數(shù)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鍵技術上已達到世界先進水平，但在超臨界燃煤發(fā)電技術、煤化工關鍵裝備等方面仍存在著較大差距。我們不僅要突破煤炭領域諸多關鍵技術門檻，還要破除各類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行統(tǒng)籌布局。
以煤為原料，通過氣化、液化、焦化等途徑制取油品和替代石油制取大宗化學品的現(xiàn)代煤化工，不僅可緩解石油供應緊張局面，同時也可彌補現(xiàn)有石油加工與石油化工行業(yè)的結構性缺陷，促進工業(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)大宗化學品和高值化學品技術、甲醇耦合石油基原料(苯、甲苯、石腦油等)等關鍵核心技術，實現(xiàn)烯烴、芳烴和含氧化合物大宗化學品/燃料的合成技術變革，促進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，跨領域、系統(tǒng)化、體系化的能源布局不僅有巨大的創(chuàng)新空間，還會產(chǎn)生巨大的整體節(jié)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產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈的安全穩(wěn)定。當前應發(fā)揮跨領域綜合交叉的碳中和重點科技專項作用，突破關鍵核心技術，加快形成全面支撐我國實現(xiàn)“雙碳”目標的技術體系，推動我國能源體系及工業(yè)結構全面升級。
科技創(chuàng)新 推動煤炭清潔高效利用
《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，我國在煤炭清潔高效利用技術方面成果頗豐，持續(xù)推動煤炭由燃料向燃料與原料耦合轉變，部分技術已經(jīng)走在世界前列。煤化工已進入新一輪快速發(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、乙二醇等四大類投產(chǎn)項目累計完成投資約6060億元，產(chǎn)能分別達到931萬噸/年、51億立方/年、1122萬噸/年、597萬噸/年，年轉化煤炭約9380萬噸(標煤)。煤化工行業(yè)整體規(guī)模保持增長，產(chǎn)能利用率逐漸提高，多數(shù)裝置具備“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運行能力，原料煤耗、綜合能耗、水耗持續(xù)下降，能效持續(xù)提升。
三是煤化工技術持續(xù)創(chuàng)新。新一代合成氣制油技術已經(jīng)開發(fā)完成，具備大型工業(yè)化的技術基礎;第三代甲醇制烯烴技術正在開展百萬噸級工業(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;煤制乙醇技術累計許可產(chǎn)能達到295萬噸/年，世界規(guī)模最大的50萬噸/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、芳烴等新技術均已取得突破性進展。
四是重點高耗能行業(yè)節(jié)能降耗效果明顯，正在探索總體技術路線低碳化轉型升級?！笆濉逼陂g，我國在工業(yè)過程節(jié)能提效方面加大科技創(chuàng)新力度，取得顯著成效。以水泥行業(yè)為例，與2015年相比，2020年規(guī)模以上水泥企業(yè)噸水泥熟料綜合能耗下降3.6%。開發(fā)的水泥回轉窯富氧燃燒技術，可使回轉窯節(jié)煤率達到8%。鋼鐵行業(yè)作為典型高耗能行業(yè)，深入推進節(jié)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成功生產(chǎn)出高純鑄造生鐵水。
《瞭望》：由中國科學院大連化學物理研究所與延長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(guī)模最大的50萬噸/年煤基乙醇項目在陜西榆林榆神工業(yè)園區(qū)建成中交，標志著項目進入試車階段。該項目以煤為原料，生產(chǎn)無水乙醇并可聯(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，這個項目建成投產(chǎn)后，每年可節(jié)約生物乙醇原料糧150萬噸，對保障國家能源安全和糧食安全具有重要戰(zhàn)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。該路線采用非貴金屬催化劑，可以直接生產(chǎn)無水乙醇，是一條獨特的環(huán)境友好的全新技術路線。另外，此項技術的中間產(chǎn)物乙酸甲酯也是大宗化學品，整個工藝路線可以按市場需求及時調整產(chǎn)品結構。這是新型煤化工產(chǎn)業(yè)化技術應用的又一次重大突破，奠定了我國煤制乙醇工業(yè)化的國際領先地位，為煤炭資源的清潔、高效、低碳利用開辟了具有戰(zhàn)略意義的新途徑。
綠色低碳 促進能源安全轉型
《瞭望》：我國推動能源安全轉型目前還面臨哪些挑戰(zhàn)？
劉中民：國際碳中和行動的規(guī)模和影響日益擴大，亟需突破低碳技術壁壘。隨著《巴黎協(xié)定》的全面實施，綠色低碳成為當前全球能源系統(tǒng)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。低碳能源技術創(chuàng)新進入持續(xù)高度活躍期，能源科技創(chuàng)新成為世界各國爭奪的制高點。區(qū)塊鏈、信息技術、人工智能等數(shù)字化技術與低碳能源行業(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)濟社會發(fā)展帶來重大而深遠的影響。
鑒于我國“富煤、貧油、少氣”的能源資源稟賦及現(xiàn)有能源和基礎工業(yè)結構中以煤為主的現(xiàn)實國情，我國能源結構綠色低碳轉型將面臨前所未有的挑戰(zhàn)，是一場系統(tǒng)性的能源革命和工業(yè)流程變革。一是發(fā)展過程中進行轉型。我國能源結構調整必須滿足經(jīng)濟社會發(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)必然在較長時期內繼續(xù)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60億噸標煤以內。要滿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(xiàn)實國情。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，我國未來滿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間約束。我國從碳達峰到碳中和的時間僅有30年，遠低于美國和歐洲等國家和地區(qū)。在時間約束下，必須充分重視低碳技術的引領作用，以能源科技革命促進能源革命。
同時還要注重能源轉型風險分析和對策研究。能源轉型的底線是安全，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，是一個逐步實現(xiàn)的調整過程。
《瞭望》：結合近年來歐洲實際來看，能源轉型期容易出現(xiàn)能源緊缺現(xiàn)象，對我國能源實現(xiàn)安全穩(wěn)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(wěn)定轉型的根本所在。要立足我國能源資源稟賦的現(xiàn)實國情，契合我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化與人民生活水平提高，立足全局系統(tǒng)分析我國低碳發(fā)展與科技創(chuàng)新路徑，對重點領域低碳技術發(fā)展優(yōu)先序進行評估。低碳發(fā)展及技術創(chuàng)新應注重相關技術經(jīng)濟性、成熟度和減排潛力，同時高度關注顛覆性技術創(chuàng)新和保底技術。在此基礎上系統(tǒng)布局科技攻關專項，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，爭取在重點領域優(yōu)先取得關鍵技術突破，以系列關鍵技術突破構建多能融合技術體系，并選擇典型區(qū)域及時布局相關產(chǎn)業(yè)，為能源安全穩(wěn)定轉型提供技術保障的同時，探索中國特色的“雙碳”發(fā)展路徑。
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