“十四五”我國將進入新發展階段,能源結構將持續向綠色低碳方向發展。根據中國電力企業聯合會和國家統計局的統計數據,我國2019年發電總裝機容量為201066萬千瓦,發電總量為71422.1億千瓦時,全年耗煤22.9億噸,火電、水電、核電、風電、太陽能五種發電形式裝機容量占比分別為59.3%、17.7%、2.4%、10.4%和10.2%,發電量占比分別為72%、16%、5%、5%和2%。從統計結果可以看出,火電裝機容量仍占全國總裝機容量的近60%,發電量占比接近3/4,這是由我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦和當前電力技術水平共同決定的。水電、核電、風電、太陽能發電裝機容量占比已經超過40%,尤其以風電、太陽能為代表的新能源發電占比已經超過20%,發電行業向綠色低碳轉型的速度在不斷加快。
但同時(shi)(shi)也(ye)應注意到,從(cong)單位GDP能(neng)耗(hao)看,我國與世(shi)(shi)界平(ping)(ping)均水平(ping)(ping)相比還存(cun)在差(cha)距(ju),是(shi)世(shi)(shi)界平(ping)(ping)均值的(de)1.5倍,進(jin)一步降低(di)能(neng)耗(hao)水平(ping)(ping)、減少(shao)污染(ran)物排放的(de)任務依然面臨巨(ju)大壓力;從(cong)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)消(xiao)耗(hao)總量看,我國每年消(xiao)耗(hao)40多億噸標(biao)準煤(mei)(mei),其中(zhong)電煤(mei)(mei)消(xiao)耗(hao)占比為57%,鋼鐵、化(hua)工(gong)、建材等行業也(ye)有著較大的(de)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)消(xiao)耗(hao)量;從(cong)能(neng)源轉換效率看,隨(sui)著技術水平(ping)(ping)的(de)不斷提高(gao),火電機(ji)組節能(neng)水平(ping)(ping)突飛猛進(jin),目前全國新建60萬千(qian)瓦(wa)以(yi)上機(ji)組供電煤(mei)(mei)耗(hao)已降低(di)至300克/千(qian)瓦(wa)時(shi)(shi)以(yi)內,達到世(shi)(shi)界先進(jin)水平(ping)(ping)。
在當前(qian)形勢(shi)下,提高可再生能源使用占比,實(shi)現(xian)能源清潔化是大勢(shi)所趨,而提升能源利用效率,降低能源消耗(hao),更是今后能源行業發展的首(shou)要(yao)任務。
能源耦合發展是能源效率提升的新思路
能(neng)源產業要實(shi)現綠色低碳發(fa)展,實(shi)現能(neng)源利用效率提(ti)升,主要有兩種路徑:一是(shi)行業內縱向優化,進(jin)一步挖潛增(zeng)效;二是(shi)行業間(jian)橫向合(he)(he)作,實(shi)現能(neng)源耦(ou)合(he)(he)發(fa)展。
近年(nian)(nian)來,在電(dian)力行(xing)業(ye),大容量、高(gao)參數(shu)超超臨界機組(zu)全(quan)面實(shi)現了國產(chan)化(hua),“二次再熱”等技(ji)術也日(ri)益推廣,我國各類機組(zu)的(de)平均供電(dian)標準煤耗(hao)逐(zhu)年(nian)(nian)下降,2019年(nian)(nian)平均煤耗(hao)僅為307克/千瓦時(shi),較本世紀初(chu)年(nian)(nian)均節煤可達(da)數(shu)億噸(dun)。同時(shi),減排技(ji)術的(de)不斷升級也使火電(dian)廠實(shi)現了二氧化(hua)硫、氮氧化(hua)物、煙塵(chen)的(de)“近零排放”。隨著(zhu)技(ji)術進步(bu),其它(ta)用能行(xing)業(ye)的(de)能耗(hao)水平也得(de)到有效控制,2019年(nian)(nian)單位GDP能耗(hao)下降到0.49噸(dun)標準煤/萬元(yuan)。
關于能(neng)(neng)源(yuan)耦(ou)合發(fa)展(zhan),首先(xian)是(shi)行業內不同能(neng)(neng)源(yuan)形式(shi)的(de)耦(ou)合。“十四五(wu)”期間,我國將在充分發(fa)揮(hui)火(huo)電(dian)(dian)(dian)基礎性保障作(zuo)用(yong)的(de)同時,大(da)力(li)推動清潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)力(li)建(jian)設(she)。以儲能(neng)(neng)技術為(wei)突破口,依托精細(xi)化(hua)(hua)(hua)功率(lv)預(yu)測、優化(hua)(hua)(hua)調度、需(xu)求側響應等(deng)一(yi)系列集(ji)成技術手段,以“風光水火(huo)儲一(yi)體化(hua)(hua)(hua)”“源(yuan)網(wang)荷儲一(yi)體化(hua)(hua)(hua)”為(wei)主(zhu)要模式(shi),大(da)力(li)建(jian)設(she)一(yi)批(pi)“系統友好型”的(de)綜合能(neng)(neng)源(yuan)項目,進一(yi)步促進區域清潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)開發(fa)利用(yong),帶(dai)動能(neng)(neng)源(yuan)電(dian)(dian)(dian)力(li)產業的(de)轉(zhuan)型升級,實現我國能(neng)(neng)源(yuan)綠色低碳的(de)發(fa)展(zhan)目標。
能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)耦合發展的(de)另一重要方面是跨行(xing)(xing)業、跨產(chan)業間的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)耦合。近年來,針對如何提高能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)利用(yong)效(xiao)率(lv),各個能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)行(xing)(xing)業都在行(xing)(xing)業內部進(jin)行(xing)(xing)了大(da)量有益的(de)探索和(he)實踐(jian),也取得了許多重大(da)的(de)成果(guo)。然而,就能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)利用(yong)效(xiao)率(lv)提升而言(yan),各行(xing)(xing)業的(de)“產(chan)出/投入比”越來越小(xiao)。因此(ci),打破行(xing)(xing)業間能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)壁壘,開(kai)展跨行(xing)(xing)業合作,以能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)耦合發展的(de)方式(shi),形成不同行(xing)(xing)業間能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)利用(yong)形式(shi)的(de)優勢互補,實現資源(yuan)(yuan)(yuan)梯級(ji)利用(yong),進(jin)一步提高能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)利用(yong)效(xiao)率(lv),成為(wei)我國能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)革命的(de)必(bi)由之(zhi)路。
跨行業能源耦合發展潛力巨大
根據我(wo)(wo)國(guo)一(yi)次能(neng)(neng)(neng)源(yuan)稟賦,煤炭(tan)(tan)是(shi)最(zui)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)一(yi)次能(neng)(neng)(neng)源(yuan),如何利(li)用(yong)好(hao)煤炭(tan)(tan)資(zi)(zi)源(yuan)是(shi)提(ti)高(gao)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)利(li)用(yong)效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)關鍵(jian)。近年來,煤化工行(xing)業發展迅猛(meng),已(yi)經成為最(zui)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)煤炭(tan)(tan)資(zi)(zi)源(yuan)轉化途徑。我(wo)(wo)們(men)同時注意到,煤化工也是(shi)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消費行(xing)業。由(you)于(yu)自身工藝(yi)特(te)點,煤化工系統中存在大量(liang)的(de)(de)(de)用(yong)汽(qi)、用(yong)能(neng)(neng)(neng)需求,其解(jie)決方式通常是(shi)采用(yong)小容量(liang)、常規參(can)數的(de)(de)(de)鍋爐直接(jie)供(gong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)方式,產出的(de)(de)(de)蒸汽(qi)一(yi)般直接(jie)供(gong)應或減溫減壓后(hou)供(gong)應給各工藝(yi)分系統。這種供(gong)能(neng)(neng)(neng)方式的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)利(li)用(yong)效(xiao)(xiao)率(lv)不高(gao),能(neng)(neng)(neng)耗(hao)較(jiao)大,也未能(neng)(neng)(neng)實現能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)(xiao)梯級利(li)用(yong)。
目(mu)(mu)(mu)前,煤(mei)化(hua)(hua)工(gong)(gong)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)數(shu)量(liang)(liang)(liang)急劇增加,規(gui)模也(ye)越(yue)來越(yue)大(da)(da)(da)(da),而(er)且現代煤(mei)化(hua)(hua)工(gong)(gong)園區一(yi)(yi)(yi)體化(hua)(hua)建設(she)模式成(cheng)為新的(de)(de)發(fa)(fa)展趨(qu)(qu)勢。在這(zhe)一(yi)(yi)(yi)大(da)(da)(da)(da)趨(qu)(qu)勢下,熱(re)負荷總量(liang)(liang)(liang)和(he)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)需求也(ye)大(da)(da)(da)(da)大(da)(da)(da)(da)增加,客(ke)觀(guan)上需要統一(yi)(yi)(yi)規(gui)劃(hua)園區及(ji)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)的(de)(de)供(gong)能系(xi)統,電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)和(he)煤(mei)化(hua)(hua)工(gong)(gong)的(de)(de)跨行(xing)業耦合(he)越(yue)來越(yue)成(cheng)為可(ke)(ke)能。在這(zhe)種應用(yong)(yong)背景下,煤(mei)化(hua)(hua)工(gong)(gong)園區(或項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu))采用(yong)(yong)先進成(cheng)熟的(de)(de)高參數(shu)燃煤(mei)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術,一(yi)(yi)(yi)方(fang)面(mian)(mian)可(ke)(ke)以(yi)大(da)(da)(da)(da)幅提高能源利用(yong)(yong)效率,使燃燒效率同(tong)比提高3%~4%;另一(yi)(yi)(yi)方(fang)面(mian)(mian),高參數(shu)蒸汽(qi)在優先發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)做功后,依然可(ke)(ke)提供(gong)給化(hua)(hua)工(gong)(gong)系(xi)統,滿足化(hua)(hua)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝用(yong)(yong)途,從(cong)而(er)實(shi)現能量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)梯級(ji)利用(yong)(yong)。采用(yong)(yong)這(zhe)一(yi)(yi)(yi)耦合(he)流程后,煤(mei)化(hua)(hua)工(gong)(gong)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)的(de)(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)能力(li)(li)得到(dao)(dao)放大(da)(da)(da)(da),發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)容量(liang)(liang)(liang)可(ke)(ke)達到(dao)(dao)常規(gui)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)的(de)(de)三倍以(yi)上,而(er)且產出的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)能耗低(di)、成(cheng)本低(di),煤(mei)耗僅為常規(gui)純凝(ning)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機組的(de)(de)1/2,可(ke)(ke)有(you)效地實(shi)現能源的(de)(de)高效梯級(ji)利用(yong)(yong)。此外(wai),項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)產生的(de)(de)余熱(re)、余汽(qi)可(ke)(ke)通過發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)回熱(re)系(xi)統充分回收利用(yong)(yong),產生的(de)(de)固廢(fei)(fei)可(ke)(ke)用(yong)(yong)作燃料進行(xing)摻(chan)燒,從(cong)而(er)最大(da)(da)(da)(da)程度地解(jie)決(jue)能源利用(yong)(yong)效率、排放總量(liang)(liang)(liang)、固廢(fei)(fei)處理等一(yi)(yi)(yi)系(xi)列綜合(he)性問題(ti),實(shi)現耦合(he)的(de)(de)最大(da)(da)(da)(da)效益。
近年(nian)來(lai),在華電天津濱(bin)海新區南港發電工程、榆林(lin)化(hua)學煤(mei)炭(tan)分質利(li)用示范工程等(deng)項目(mu)的(de)應用實(shi)踐(jian)表明,能源(yuan)耦(ou)合型發展不但可大大降(jiang)低化(hua)工項目(mu)的(de)能耗水平及(ji)排放總量,而(er)且對于提高(gao)終端(duan)產品(pin)市(shi)場(chang)(chang)競爭能力,減少(shao)市(shi)場(chang)(chang)風(feng)險,同樣(yang)具有極其重要的(de)意義,經濟效益(yi)和社會效益(yi)非常(chang)顯著。
煤氣(qi)化(hua)聯合(he)循(xun)環發(fa)電(dian)(dian)(IGCC)與(yu)煤制(zhi)油的耦合(he)也是(shi)實(shi)現跨行業能源(yuan)耦合(he)、降低能源(yuan)消(xiao)耗(hao)的路(lu)徑選擇。IGCC技術(shu)是(shi)一種超潔、高(gao)(gao)效(xiao)的發(fa)電(dian)(dian)技術(shu),最(zui)高(gao)(gao)發(fa)電(dian)(dian)效(xiao)率(lv)(lv)可(ke)(ke)達(da)45%。相(xiang)關研(yan)究(jiu)表明,如果將煤制(zhi)油與(yu)IGCC進行耦合(he)發(fa)展,其(qi)綜合(he)能量轉化(hua)效(xiao)率(lv)(lv)可(ke)(ke)達(da)60%,高(gao)(gao)于單(dan)獨(du)發(fa)電(dian)(dian)(45%)或(huo)單(dan)獨(du)制(zhi)油(50%)的能量轉化(hua)效(xiao)率(lv)(lv),應用前(qian)景良(liang)好。
化工產業與新(xin)能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)耦合發(fa)展是推動(dong)我國新(xin)能(neng)源(yuan)發(fa)展的(de)有(you)力手段。在大型化工項目(mu)周邊建設(she)風(feng)力發(fa)電(dian)(dian)、光伏發(fa)電(dian)(dian)及(ji)新(xin)能(neng)源(yuan)相關的(de)裝備制造(zao)業等,可(ke)(ke)以為化工項目(mu)提供(gong)可(ke)(ke)再生能(neng)源(yuan)電(dian)(dian)力的(de)同時,更可(ke)(ke)以制氫、供(gong)熱(re),為煤化工行(xing)業提供(gong)動(dong)力及(ji)化工原料。
以跨行業能源耦合推動能源高質量發展
同時,我們也必須清(qing)醒地(di)認識到,目(mu)前跨行業能(neng)源耦合(he)多(duo)聯產(chan)系統集成(cheng)和設計(ji)優(you)化尚(shang)未形成(cheng)完整的(de)(de)(de)理論體系,根據多(duo)個行業和產(chan)品的(de)(de)(de)市場定位,通過對(dui)工藝(yi)單元、中間(jian)產(chan)物、目(mu)標產(chan)品市場變化等(deng)方(fang)面的(de)(de)(de)互補性分析,針對(dui)性地(di)設計(ji)整合(he)出合(he)適(shi)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工藝(yi)路(lu)線進行耦合(he)優(you)化,從而實現理想的(de)(de)(de)能(neng)源耦合(he)聯產(chan),可謂(wei)是(shi)任(ren)重道遠。
目(mu)前,部分地方(fang)政府(fu)及企業憑借區(qu)位(wei)和資源(yuan)(yuan)優(you)勢,率(lv)先嘗試將石(shi)油、天(tian)然氣、煤化工、電力(li)進行跨行業耦合聯產,在實(shi)現多能(neng)(neng)互補與平衡(heng)、提高(gao)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)資源(yuan)(yuan)利(li)用率(lv)的(de)同時,力(li)爭為能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)革(ge)命做出(chu)示(shi)范。
綜上(shang)所(suo)述,在我(wo)國“十四五”和(he)未來相當長一段時間內(nei),我(wo)國能源(yuan)結構將持續向(xiang)(xiang)綠色低碳轉型,能源(yuan)效率也(ye)將不斷提升。行(xing)業內(nei)的縱向(xiang)(xiang)挖潛和(he)橫向(xiang)(xiang)耦合是“節(jie)能減排(pai)”的有力(li)手段,而跨行(xing)業的能源(yuan)耦合發展,對于打破能源(yuan)、化工和(he)動(dong)力(li)等(deng)傳統(tong)行(xing)業間的用(yong)能壁壘,在更(geng)(geng)大范(fan)圍和(he)規(gui)模內(nei)做優化和(he)系(xi)統(tong)集(ji)成,實(shi)(shi)現多(duo)種(zhong)能源(yuan)的綜合梯級轉換利用(yong),最終實(shi)(shi)現能源(yuan)的高效、可持續發展,更(geng)(geng)是具有積(ji)極而深遠的意義。
注:作者系中國能建規劃設計集團西北院黨委書記、董事長胡明。