甲醇在我國的應(yīng)用已經(jīng)有四十多年的歷史，目前甲醇年產(chǎn)能8000多萬噸，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施累計投入上萬億，圍繞甲醇的制、儲、運、用，在制度建設(shè)以及應(yīng)用管理等方面已經(jīng)形成了完整的體系，在我國的經(jīng)濟建設(shè)過程中發(fā)揮著獨一無二的作用。隨著雙碳目標的實施，甲醇的制備過程逐漸走向“清潔化”，豐富的風、光資源，為綠色甲醇制備提供了源源不斷的綠氫原料，通過完全技術(shù)自主的“液態(tài)陽光工程”技術(shù)，將綠氫與二氧化碳經(jīng)過催化重整產(chǎn)生綠色甲醇，將可再生能源儲存在常溫常壓的綠色甲醇里，為規(guī)模化綠色能源應(yīng)用、實現(xiàn)雙碳目標，提供了具備中國特色的解決方案。

 

以綠色發(fā)展為目的的“雙碳目標”，從根本上來說是傳統(tǒng)資源的重組、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。這個調(diào)整將淘汰落后技術(shù)和產(chǎn)能，產(chǎn)生新的“不平衡”狀態(tài)，形成新的技術(shù)與產(chǎn)能的“空缺”，需要通過制度創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)能源系統(tǒng)的重構(gòu)，創(chuàng)建新型能源系統(tǒng)，以適應(yīng)綠色發(fā)展的要求。就如何創(chuàng)建新型能源系統(tǒng)，筆者結(jié)合工作學(xué)習體會，談一點認識，拋磚引玉。

 

1、碳排放結(jié)構(gòu)反映出工作重點

 

從我國的碳排放結(jié)構(gòu)看，根據(jù)研究成果表明，2020年，中國二氧化碳排放量為139億噸，在全球占比30％。排放主體上，工業(yè)占38％，電力占比33％。從行業(yè)大類來看，工業(yè)排放了最多的二氧化碳，排放量為51.63億噸，占比50％；電力位列第二，排放了36.66億噸二氧化碳，占比35％；移動源（汽油車、燃油車和非道路機械）排放了9.08億噸二氧化碳，占比9％；最后是民用行業(yè)排放了6.4億噸二氧化碳，占比6％。

 

從碳排放結(jié)構(gòu)可以看出，盡管碳排放總量不小，但排放源分布存在不一致性，呈現(xiàn)發(fā)散特性，說明碳排放是經(jīng)濟社會的伴生體，只要有人類活動，就會有碳排放。但是通過行業(yè)分析，碳排放又表現(xiàn)出行業(yè)集中性，即在工業(yè)、電力兩大領(lǐng)域，貢獻了碳排放的絕大部分，他們是“碳老虎”，因此，減排的重點突破口就在于工業(yè)、電力領(lǐng)域的發(fā)力，相關(guān)的減排技術(shù)創(chuàng)新與投資活動，也應(yīng)聚焦這兩大領(lǐng)域。新型能源系統(tǒng)的一個主要任務(wù)就是實現(xiàn)“減排”，為綠色發(fā)展保駕護航。通過技術(shù)創(chuàng)新，置換掉重點領(lǐng)域的二氧化碳，在實現(xiàn)二氧化碳資源化利用的同時實現(xiàn)綠色發(fā)展。

 

2、氫電協(xié)同是綠色發(fā)展的重要手段

 

目前，我國年用氫量約3700萬噸，以“灰氫”為主，依賴化石能源為原料的傳統(tǒng)制氫工藝過程是碳排放的主要根源。因此，用綠氫替代灰氫，從而減少碳排放，是一種現(xiàn)實選擇。以碳排放龍頭－－工業(yè)領(lǐng)域為例，其中的化工行業(yè)是碳排放大戶，化工是主要的碳排放行業(yè)，也是脫碳難度最高的行業(yè)之一。我國石油煉化、合成氨、合成甲醇等化工行業(yè)每年消費的氫氣量高達2000多萬噸，其上游原料幾乎全部源于煤炭、天然氣（部分石腦油）等化石能源。在“雙碳”目標背景下，化工行業(yè)減碳壓力巨大，用可再生能源制氫替代傳統(tǒng)化石能源制氫是實現(xiàn)低碳化工的關(guān)鍵之舉。在這個過程中，基于氫能兼?zhèn)淠茉摧d體（電氫）和工業(yè)原料（料氫）的兩重性，通過“電氫協(xié)同”，可實現(xiàn)可再生能源發(fā)電制備綠氫（電氫），綠氫再以原料身份（料氫）進入化工領(lǐng)域，實現(xiàn)綠氫替代灰氫，減少化石能源制氫過程，從而實現(xiàn)化工減碳，打造基于可再生能源的綠氫化工體系。

 

2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021－2035年）》，指出“探索開展可再生能源制氫在合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)替代化石能源示范”。2022年4月，工信部聯(lián)合六部委印發(fā)了《“十四五”推動石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出“鼓勵石化化工企業(yè)因地制宜、合理有序開發(fā)‘綠氫'，推進煉化、煤化工與’綠電‘’綠氫'等產(chǎn)業(yè)融合示范”。中石化新疆庫車利用光伏發(fā)電制氫，供應(yīng)塔河石化的實踐值得研究。塔河石化案例表明，由于煉廠的連續(xù)性生產(chǎn)要求，所有緑氫都必須能夠連續(xù)性供應(yīng)并且不可中斷（停檢除外），但可再生能源的間歇性特點又是現(xiàn)實存在。如何解決這一連續(xù)性需求與間歇性生產(chǎn)之間的矛盾，既是大工業(yè)用戶的生產(chǎn)要求，也是保證氫能產(chǎn)業(yè)能夠多元化發(fā)展的關(guān)鍵，這個案例充分展示了“氫電協(xié)同”在實現(xiàn)通過規(guī)模化綠氫生產(chǎn)來推動化工低碳轉(zhuǎn)型方面的積極意義，具有很好的示范效應(yīng)。

 

3、甲醇是氫能多元化發(fā)展的有效支撐

 

在國家大力推動下，我國氫能產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展期。基于電解水技術(shù)制取的緑氫具備“電、氫二象性”，如何發(fā)揮好這個“二象性”，滿足多元化應(yīng)用場景的需求，是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目的，也是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。

 

（1）氫電協(xié)同是必然要求

 

毋庸置疑，能源供給與能源消費和電力供應(yīng)一樣存在“相差”，這個“相差”是能源的積累，本質(zhì)上也是高品質(zhì)能源，如果不能加以有效利用而是廢棄掉或低品位利用（如谷電），是一種資源的浪費。綠氫的“二象性”可實現(xiàn)電力、熱力、燃料等能源品種之間的轉(zhuǎn)化，是解決能源供給和能源消費在空間與時間上的結(jié)構(gòu)性矛盾的重要手段。解決方案之一就是“氫電協(xié)同”。

 

（2）源網(wǎng)荷儲需要氫電協(xié)同發(fā)力

 

目前我國用氫約80％來自化石能源制氫。數(shù)據(jù)表明，天然氣生產(chǎn)1噸氫氣產(chǎn)生10噸二氧化碳；石油生產(chǎn)1噸氫氣產(chǎn)生12噸二氧化碳；煤炭制1噸的氫，同時產(chǎn)生19噸二氧化碳。如果能夠?qū)崿F(xiàn)緑氫替代，可直接減排二氧化碳2億噸－4.8億噸。在“源網(wǎng)荷儲”中，作為用戶端的“荷”是其中重要一環(huán)，在新型能源體系中，這個“荷”具有“不用即是儲”的特性，在這里，“儲”體現(xiàn)的是“荷端”的消納能力與調(diào)節(jié)能力，是通過“氫電協(xié)同”來實現(xiàn)的。因此推動以“氫電協(xié)同”為技術(shù)支撐的新型能源體系建立，在化工、電力、冶金等行業(yè)大有可為。

 

（3）氫電互補是氫電協(xié)同的基本方式

 

新型能源系統(tǒng)的主力是新型電力系統(tǒng)，長周期調(diào)節(jié)功能是其主要特征之一，由于綠色甲醇的存在，氫能的大規(guī)模長周期儲存成為現(xiàn)實，能夠充分發(fā)揮儲存氫對于“峰谷電”的調(diào)節(jié)功能。在氫電協(xié)同條件下，通過氫電互補，平抑可再生能源發(fā)電的間歇性、波動性，為促進可再生能源規(guī)模化發(fā)展的提供技術(shù)保障，通過'風光氫儲‘一體化發(fā)展，在實現(xiàn)可再生電力消納的同時，保證電網(wǎng)平穩(wěn)運行，發(fā)揮協(xié)同效能。

 

（4）推動擴大氫電協(xié)同的應(yīng)用

 

氫電協(xié)同需要做好制氫端（源）、應(yīng)用端（荷）和電網(wǎng)端（網(wǎng)、儲）的協(xié)同，由于應(yīng)用場景多樣化，對電力需求也是要求不一，因此需要電網(wǎng)側(cè)具備強大的適應(yīng)性協(xié)同能力，對于傳統(tǒng)供電模式無疑是一個挑戰(zhàn)，這也是創(chuàng)建新型能源社會的必經(jīng)之路，新能源輸配電的建設(shè)與運營將會更加靈活，以便滿足不同區(qū)域、不同行業(yè)的多元化需求，電網(wǎng)側(cè)將由“坐商”變成“營商”，其中制氫端（源）的靈活性體現(xiàn)在平抑可再生能源波動的并網(wǎng)型電制氫、集中式可再生能源自發(fā)自用制氫＋余電上網(wǎng)、可再生能源離網(wǎng)型電制氫、傳統(tǒng)火電與可再生能源耦合制氫、海上風電制氫、核電制氫、生物質(zhì)發(fā)電制氫等；電網(wǎng)端（網(wǎng)、儲）的靈活性主要體現(xiàn)在局域電網(wǎng)建設(shè)（負荷相對穩(wěn)定用戶）、孤網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)（負荷變化頻率高的用戶）、氫儲能電站配套建設(shè)等，通過對不同負荷端的精準化電力匹配，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性和靈活性；應(yīng)用端（荷）的靈活性體現(xiàn)在分布式技術(shù)應(yīng)用，包括分布式網(wǎng)電制氫、分布式可再生能源自發(fā)自用與網(wǎng)電聯(lián)合制氫、分布式氫能熱電聯(lián)供、分布式電氫制充注一體站等；通過解剖整合這些“靈活性”，構(gòu)成以氫能為軸，與電、熱、冷實現(xiàn)互聯(lián)互通的智能化交互系統(tǒng)，實時動態(tài)響應(yīng)，實現(xiàn)“源、荷、儲互動”，提高綜合能效，保障新型能源系統(tǒng)運行安全可靠。

 

（5）甲醇是實現(xiàn)“電氫協(xié)同”“的最佳載體

 

在氫能得多元化發(fā)展過程中，氫能必須具備可大規(guī)模長周期儲存的能力，以便于在氫電協(xié)同中擔當好氫能”蓄水池“、電力”穩(wěn)定器“，由于氫的特性，目前無論從氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)等形式儲存都存在效率、成本、氫的提取等等各種不均衡的矛盾，科技工作者也從不同角度尋找替代方案，其中綠色甲醇（液態(tài)陽光）由于可以實現(xiàn)常溫常壓儲存且運輸成本低，成為重要替代方案。在綠色甲醇的加持下，氫能的規(guī)模化發(fā)展有了依托。

 

中科院大連化物所李燦院士團隊的”液態(tài)陽光技術(shù)“（綠色甲醇技術(shù)）利用二氧化碳加氫重整合成甲醇的循環(huán)模式已經(jīng)在多方面實現(xiàn)了突破，是我國獨立自主的技術(shù)密鑰，為緑氫的大規(guī)模發(fā)展提供了綠色甲醇解決方案。

 

綠色甲醇（液態(tài)陽光）作為一種新型能源形態(tài)，立足我國國情，實現(xiàn)技術(shù)獨立自主，充分發(fā)揮我國資源稟賦優(yōu)勢。由于綠色甲醇可以常溫常壓儲存，在業(yè)內(nèi)已被視為液態(tài)的”氫“，移動的”電“，實現(xiàn)了氫能的大規(guī)模儲存，突破了氫能運輸瓶頸，解決了”氫電協(xié)同“的時間性、空間性要求，綠色甲醇通過重整分離儲存的氫，做為氫燃料電池原料，以氫燃料電池為能源體，向用戶提供冷、熱、電等能源。從這個角度看，綠色甲醇是成熟的”儲能“方式。同時，綠色甲醇還可以直接作為燃料，用于交通、海運領(lǐng)域。實現(xiàn)技術(shù)、資源自主可控，實現(xiàn)部分原油替代，緩解原油進口壓力。

 

事實上合成甲醇、合成氨由于可實現(xiàn)長時儲存，已經(jīng)形成共識作為可再生能源制氫的有效載體，帶動了氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2022年底，國內(nèi)已規(guī)劃綠醇項目產(chǎn)能接近450萬噸，綠氨項目產(chǎn)能達到340萬噸，合計每年綠氫需求接近120萬噸。

 

4、新型能源系統(tǒng)下的甲醇地位

 

新型電力系統(tǒng)是新型能源系統(tǒng)的主力軍，這個新型電力系統(tǒng)以高比例收納新能源接入為特征，具備消納新能源不穩(wěn)定性的能力，因此，大容量、智能化、可存儲、平峰谷、多向性、強響應(yīng)性成為新型能源系統(tǒng)下氫電協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新的主要任務(wù)，與之相應(yīng)的制氫端、輸配端、存儲端、負荷端的投資將逾萬億，在資本推動下，成本及效率的約束也將推動科技進步，為以綠色發(fā)展為基調(diào)、以減排為目標的新能源大規(guī)模應(yīng)用提供相應(yīng)的科技手段。

 

根據(jù)我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標，以統(tǒng)是實現(xiàn)雙碳目標的前提，也是新型能源系統(tǒng)賴以建立的基礎(chǔ)。及雙碳目標的要求，規(guī)模化的綠氫制備系制氫端的發(fā)力，是實現(xiàn)雙碳目標的重中之重。目前，國家通過政策導(dǎo)入，示范引領(lǐng)，引導(dǎo)推動氫能產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新，這個階段還沒有形成有效的市場。分析其根本原因就在于由于技術(shù)手段不足導(dǎo)致綠氫成本不足以抵消投入，對于資本來說沒有吸引力。隨著政策導(dǎo)入的推進以及科技創(chuàng)新的快速迭代，預(yù)計到2027年，將開啟市場窗口，也就是說在政策及技術(shù)創(chuàng)新加持下，綠氫成本基本可以達到市場成本線，綠氫替代投入與收益基本持平，同時還可以實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，享受碳匯收益。預(yù)計到2030年，隨著氫電協(xié)同的細化完善、電氫耦合技術(shù)攻關(guān)及示范工程產(chǎn)業(yè)鏈日益健全，做為緑氫制備”龍頭“的寬頻、高效、低成本、模塊化電解水制氫裝備及其緑氫市場應(yīng)用等進入最佳投資節(jié)點，大規(guī)模綠氫制備進入商業(yè)化階段。這個時期，新型能源系統(tǒng)就要發(fā)揮作用，以滿足雙碳目標下可再生電制氫、氫發(fā)電及分布式應(yīng)用、工業(yè)場景、交通、民用等多角度多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

 

綠氫規(guī)模化發(fā)展時期表現(xiàn)出如下特征：一是根據(jù)”不用即是儲“的特點，可再生能源電解水制氫成為重要的可調(diào)節(jié)負荷；二是結(jié)合大規(guī)模可再生電解水制氫項目、電網(wǎng)配套及輸氫管道建設(shè)，綠氫制備端與電網(wǎng)協(xié)同互動成為常態(tài)；三是為了支撐新型電力系統(tǒng)區(qū)域性、季節(jié)性、行業(yè)性等電力平衡，大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)的氫儲能工程成為重要支點，考慮到各地各行業(yè)對于可再生能源的獲取差異性以及資源稟賦的多少，這個氫儲存將呈現(xiàn)點、線、面結(jié)合的特點，依靠智能化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)儲存互聯(lián)互通，提高存儲容量的使用效率，發(fā)揮社會效益。

 

通過上述分析可以看出，新型能源系統(tǒng)的建立必須依靠新型儲能的創(chuàng)新，綠色甲醇由于其自身優(yōu)良特性，在新型能源系統(tǒng)長周期調(diào)節(jié)過程中，能夠以”液態(tài)儲氫“的身份參與大規(guī)模、長周期存儲，克服了距離障礙，可以充分發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，有力推動氫能產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，平抑可再生能源發(fā)電的間歇性、波動性，保證電網(wǎng)穩(wěn)定，實現(xiàn)氫電互補，發(fā)揮氫電協(xié)同的效能。

 

新型能源體系的建立，不僅僅是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源形態(tài)創(chuàng)新，同時也必將帶動能源產(chǎn)業(yè)革命，形成新的能源體系，組合出新的產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈，所有這些投入都是圍繞”綠色發(fā)展“這個國策大目標，在形成新的投資產(chǎn)能的同時，會推動實現(xiàn)”雙碳目標“，促進國民經(jīng)濟健康長足發(fā)展。僅以儲能為例，多達十余種儲能技術(shù)都在各自發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，都有自己的”絕招“，在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，都將發(fā)揮不可或缺的作用。綠色甲醇的特點，在于能夠滿足大規(guī)模的制氫端的”儲氫“需求，也具備分布式應(yīng)用的優(yōu)勢，中石化北方能源全國首臺套分布式甲醇制氫裝置的應(yīng)用示范就是一個成功的案例。

 

在新型能源系統(tǒng)的創(chuàng)建過程中，需要各種力量的助推，綠色甲醇可以起到推進劑的作用。涉及到具體需求，方案的制定應(yīng)該因地制宜，結(jié)合自身資源稟賦及產(chǎn)業(yè)特點，選擇最佳方式來組合綠氫的”制、儲、用“，做到既能滿足本地區(qū)、本行業(yè)的”減排“需求，又能取得很好的經(jīng)濟效益，拉動經(jīng)濟增長。

 

 

作者簡介：

 

大連氫能協(xié)會特聘專家

 

深圳氫醇研究院學(xué)術(shù)委員會專家

 

世界低碳城市聯(lián)盟特聘專家

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