6月15—16日,在內蒙古鄂爾多斯舉辦的2023年全國氮肥行業工作會暨七屆五次理事會上,多位代表提出,新能源與煤化工產業耦合發展,是作為能耗和排碳大戶的氮肥、甲醇行業在中長期實現能源轉型的重要抓手。氮肥、甲醇行業與新能源耦合發展應該如何推進呢?中國化工報記者進行了采訪。
耦合發展已被提上日程
中國氮肥工業協會理事長顧宗勤表示,氮肥、甲醇行業短期內的重點任務是節能降碳,中長期的重點在于能源轉型。新能源與合成氨、甲醇行業耦合發展,是行業實現綠色低碳發展的重要途徑。因此,氮肥、甲醇企業應當密切跟蹤新能源領域的發展動態,并根據自身條件進行探索。
“盡管就目前成本來看,綠氫替代現有煤(氣)制氫還有較大差距,但考慮到科技創新的賦能和‘雙碳’目標日益臨近,新能源電價有進一步下降的空間;考慮到制氫工藝方案和裝備投資不斷優化,以及國家降碳政策持續調整、追溯體系建設逐步完善等因素,今后利用新能源制氫會被行業放到重要的位置,成為制氫的重要組成部分。”顧宗勤說,應鼓勵有條件的地區利用可再生能源制氫,優化合成氨、甲醇等原料結構。
據了解,近段時間,新能源產業發展迅猛,近兩年,我國多個以電力、煤炭企業為主導的綠氨、綠醇項目已經在論證、規劃和建設中,規劃和建設中的產能已超300萬噸/年。氮肥、甲醇行業中也有少數頭部企業開展了新能源與現有煤化工產業融合發展的嘗試。
存在問題依然不容小覷
但是,新能源與傳統化工的耦合發展并不能一蹴而就。
在接受記者采訪時,有東部氮肥企業負責人坦言:“傳統煤化工產業與新能源實現耦合發展,是源頭和過程減碳的重要抓手。我們能用上綠電、綠氫當然是好事,但是我們害怕‘吃不到’。由于所處地理位置的關系,我們當地缺乏新能源資源。比如西部擁有風電、水電和光伏資源,可以進行大手筆投資,還能夠對新能源電力進行消納。我們如果想要用綠電,就只能上網購買。上網交易的電價是不會便宜的。只有當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技術委員會主任劉金成告訴記者,新能源與傳統化工產業耦合發展肯定是一個方向。為了能實現更好的融合,企業一直在思考,并做了不少工作。比如在耦合方式上已經申請了四五個專利,有些已經授權。
“但針對綠電,目前氮肥、甲醇企業投資的項目并不多,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,如果企業所用綠電必須依托電網供應的話,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,“現在生產1立方米氫氣大概要消耗5千瓦時電,成本不低。再加上風光發電有波動性,如果綠電供應不穩定,綠氫也無法連續穩定生產,對合成氨系統會造成很大的沖擊。要配合合成氨裝置的穩定生產,必須具備儲能或儲氫能力。而儲能成本也非常之高。”
困難擋不住企業的探索
盡管耦合發展存在諸多問題,但對于這個發展方向,業內企業還是希望“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代煤化工產業體系,打算采取的具體做法之一就是在園區內實現新能源與煤化工的耦合。如要大力推動可再生能源規模化發展,加快推進“源網荷儲一體化”建設,提升園區綠電利用水平;開展可再生能源大規模制氫、氫與煤化工耦合、氫與二氧化碳耦合制化學品等關鍵技術示范,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路徑,積極利用綠氫生產綠氨、低碳甲醇等高端低碳化學品。
河南心連心化學工業集團在綠色新能源與傳統煤化工的耦合應用上已經進行了有益的探索。該集團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9兆瓦光伏項目,共建了22個屋頂光伏電站,總面積約9萬平方米,總裝機容量8.74兆瓦功率,總投資約3300萬元,同年12月光伏項目投運。2022年全年光伏項目共發綠電849萬千瓦時,節約標煤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煤化工的耦合途徑,河南心連心建成一套500標準立方米/時減液法電解水制氫裝置,依托已建成的9兆瓦光伏項目產生的綠電生產綠氫,綠氫作為原料送往現有的合成氨生產線,實現了綠色新能源與傳統煤化工的耦合。目前該裝置的生產成本要高于煤化工制氫的生產成本,經測算,當電的價格在0.2元/千瓦時,電解水制氫可與煤制氫成本持平。隨著光伏規模的擴大,以及風光儲電的成熟,綠電價格將進一步降低。同時,隨著電解水制氫技術的進步,制氫效率的不斷提高,綠氫成本優勢將日益顯現。
“但是在新技術、新工藝開發引進過程中,也存在一些問題。如一些帶有實驗性質的側線裝置或者聯合研發項目,按照政策要求或新舊規范標準不同,會在一定程度上限制項目的實施,需要有關部門在審批和實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展也在積極嘗試。下一步首要考慮的是如何用自身生產系統適應綠電的波動,實現綠氫的低成本消納。
劉金成告訴記者,因為企業前端是有制氫裝置的。如果要用綠氫替代部分工業灰氫的話,就要頻繁調整制氫裝置生產負荷。對于企業來說,調整的經濟和安全成本是挺高的。“不過企業對下一步的耦合發展還是有所考慮,也準備與相關單位開展合作。”劉金成透露。
在劉金成看來,要達到耦合的目的,一是行業有減碳需求;二是氮肥、甲醇企業原有系統對綠氫也要有較好的動態消納能力,并能用原有系統去平復新能源發電的波動,從而減少投資、降低成本。
要做好耦合路徑研究
石油和化學工業規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,表明新能源已經初步具備了與傳統煤化工產業耦合發展的基礎條件。所以,氮肥、甲醇行業企業要適應新型電力系統的變化,積極實現能源轉型。但關鍵是要做好耦合路徑研究。
朱彬彬認為,耦合發展的優先路徑應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用電、自建可再生能源電站通過電量的上網下網在產業鏈層面進行上下游風險對沖、購買綠電綠證等,或被動跟隨大電網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展的重要路徑,具體來說,可以采用綠電離網制氫小比例補入合成系統;綠電補網電制氫單建穩態合成系統;綠電配儲能、儲能單建穩態合成系統;綠電配儲能、儲氫單建柔性合成系統;綠電制綠氫與現有合成氨尿素裝置結合等方式來實現耦合。由于可再生能源具有波動性,離網式可再生能源制氫需要采取逐級消納的模式,實現源與荷的實時匹配。其中,化工裝置要實現一定范圍內的負荷調節,以消納一定的波動性。
用綠電對化工裝置中的熱動需求進行替代,也是可探討的耦合路徑。用電熱鍋爐替代蒸汽鍋爐發生蒸汽,是用電對煤進行等熱值的替代,效率較低近期不宜采用。電驅熱泵節約蒸汽,由于制熱系數的乘數效果,替代效率較高,可以近期實施。電熱反應器對燃料加熱的替代,目前在電熱乙烯裂解爐、電熱天然氣轉化爐等工藝方面已有相關開發計劃,值得加強研究開發。
對化工裝置進行需求側調節,也是適應未來以可再生電力為主體的電力系統的必然要求。在新型電力市場峰谷電價價差急劇擴大的外部環境下,化工裝置通過負荷適當調節降低運營成本,長遠看將成為一個重要課題。
“化工產業是資本密集型產業,固定成本占比較高,深度負荷調節對產品成本有較大影響。而且化工裝置上下游關聯緊密,全系統具有非線性、慢響應的特點,參與負荷調節只能將調節范圍局限在個別環節。在化工裝置參與負荷調節時,可優先選擇固定成本相對較低、用能密集的單元裝置進行。例如氨合成單元、甲醇合成單元等。可以用用能裝置的千瓦投資這一指標,來篩選裝置參與負荷調節的相對經濟性。而且負荷調節深度宜控制在20%以內,固定成本增加控制在25%以內。發展智能控制系統實現裝置的可預測、快響應的負荷調節,是化工裝置參與負荷調節的前提條件。同時,負荷調節裝置的動設備要多采用變頻調節,適應變負荷操作條件。”朱彬彬強調說。
顧宗勤表示,當前綠氨綠醇行業還處于發展初期,生產經濟性、各種工況條件下系統穩定性等問題還有待解決,上下游配套的有效銜接還未建立。據悉,氮肥協會將在今年下半年成立綠氨綠醇產業聯盟,以促進綠氨綠醇上下游產業鏈的融合,做好與傳統合成氨、甲醇行業的協調發展。
中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態環境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業聯合會
江蘇省發展和改革委員會 江蘇省工業和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態環境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監督管理局 江蘇省統計局
北京市化學工業協會 天津市石油和化工協會 遼寧省石油和化學工業協會 內蒙古石油和化學工業協會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業協會 山西省化學工業協會 吉林省能源協會 黑龍江省石化行業協會 浙江省石油和化學工業行業協會 安徽省石油和化學工業協會 福建省石油和化學工業協會 江西省石油和化學工業協會 河南省石油和化學工業協會 湖北省石化行業協會 湖南省石油化學工業協會 廣東省石油和化學工業協會 海南省石油和化學工業行業協會 四川省化工行業協會 貴州省化學工業協會 云南省化工行業協會 陜西省經濟聯合會 甘肅省石化工業協會 青海省化工協會
電話:協會:025-8799064 學會:025-86799482
會員服務部:025-86918841
信息部:025-86910067
傳真:025-83755381
郵箱:jshghyxh@163.com
郵編:210019
地址:南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業務經營許可證:蘇B2-20110130
備案號:蘇ICP備13033418號-1