能(neng)源革命(ming)、工(gong)業革命(ming)、科技革(ge)命(ming)、人工(gong)智(zhi)能(neng)疊(die)加，引發(fa)了(le)前所(suo)未(wei)有(you)的(de)大(da)變(bian)革，而(er)能源(yuan)化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)正(zheng)處於變革的起(qi)點(dian)。如(ru)何(he)迎(ying)接變(bian)革帶(dai)來的(de)未(wei)知(zhi)機(ji)遇與(yu)挑戰(zhan)?近日(ri)，中國工程院院士、中國科學院大連(lian)化(hua)學(xue)物理(li)研究(jiu)所(suo)(以(yi)下(xia)簡(jian)稱(cheng)大(da)化(hua)所(suo))所(suo)長(chang)劉中(zhong)民(min)給(gei)出(chu)了(le)他的(de)回(hui)答(da)——沿著“四條(tiao)主線(xian)”打造更加合理(li)的(de)能源結構(gou)和工(gong)業結構(gou)。即(ji)行(xing)業(ye)應以(yi)新思(si)維(wei)去審視舊流程，沿著化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)清潔高(gao)效利用(yong)與(yu)耦(ou)合替代(dai)、可再(zai)生能源多能互補(bu)與(yu)規模(mo)利用(yong)、基於低碳(tan)與零(ling)碳(tan)的工(gong)業再(zai)造、低碳(tan)化(hua)智(zhi)能(neng)化(hua)多(duo)能(neng)融(rong)合的四條(tiao)主線(xian)打造新體(ti)系(xi)。

能源高(gao)效利用(yong)推(tui)動煤化(hua)工(gong)與(yu)石(shi)油(you)化(hua)工(gong)耦(ou)合

劉中(zhong)民(min)指出(chu)，在(zai)我(wo)國貧油(you)少氣的(de)資(zi)源稟(bing)賦(fu)背景下(xia)，油(you)品(pin)和(he)化(hua)工(gong)品(pin)的(de)結構(gou)矛(mao)盾(dun)長(chang)期(qi)存(cun)在(zai)，因(yin)此(ci)用(yong)煤炭填補(bu)能(neng)源化(hua)工(gong)缺(que)口十分必(bi)要(yao)。煤化(hua)工(gong)產(chan)業(ye)要(yao)在(zai)石油(you)化(hua)工(gong)特別是(shi)煉化(hua)產(chan)業(ye)布(bu)局(ju)已經成熟(shu)的情(qing)況下(xia)，放眼(yan)整(zheng)個能(neng)源化(hua)工(gong)，甚(shen)至(zhi)是我(wo)國整體(ti)工(gong)業結構(gou)中去(qu)統籌考慮(lv)自(zi)己的(de)定(ding)位問題(ti)。

煤化(hua)工(gong)如(ru)何(he)與(yu)傳(chuan)統煉化(hua)產(chan)業(ye)實(shi)現(xian)“共生”?劉(liu)中(zhong)民(min)強(qiang)調(tiao)，關(guan)鍵在(zai)於發揮(hui)煤化(hua)工(gong)的(de)獨(du)有優勢。

“煤化(hua)工(gong)有(you)自(zi)己的特色，例(li)如(ru)用(yong)合成氣做(zuo)甲(jia)醇(chun)或(huo)者做(zuo)含氧(yang)化(hua)學(xue)品(pin)是(shi)相(xiang)對(dui)容(rong)易的(de)，但(dan)從(cong)石油(you)化(hua)工(gong)的(de)路(lu)線(xian)加工含氧(yang)化(hua)學(xue)品(pin)就(jiu)需要氧(yang)化(hua)過程，很難控制(zhi)反(fan)應的選擇性。”劉中(zhong)民(min)解釋說(shuo)，煤化(hua)工(gong)中(zhong)碳(tan)碳(tan)鍵的(de)變(bian)化(hua)也(ye)與(yu)石(shi)油(you)化(hua)工(gong)不同。傳(chuan)統石油(you)化(hua)工(gong)的(de)加工路(lu)線(xian)大部分是(shi)大(da)分子變為(wei)小分子的裂解過程，化(hua)學(xue)鍵的(de)斷裂需要相(xiang)對(dui)高(gao)溫的(de)條(tiao)件和(he)較高(gao)的能(neng)量(liang)供給(gei)，屬(shu)於吸熱(re)反應。而(er)煤化(hua)工(gong)的(de)主要路(lu)線(xian)是先將煤轉化(hua)為(wei)合成氣，再(zai)轉化(hua)為(wei)烯(xi)烴、甲(jia)醇(chun)或(huo)其(qi)他下(xia)遊(you)產(chan)品(pin)，是(shi)由小分子變為(wei)大(da)分子，增加化(hua)學(xue)鍵的(de)過程，比(bi)裂解所(suo)需的條(tiao)件更溫(wen)和(he)穩(wen)定(ding)。

據(ju)劉中(zhong)民(min)介紹(shao)，大(da)化(hua)所(suo)進行(xing)了(le)將煤化(hua)工(gong)與(yu)傳(chuan)統石油(you)化(hua)工(gong)路(lu)線(xian)耦(ou)合的嘗(chang)試(shi)，已經開(kai)發(fa)出(chu)較(jiao)為(wei)成熟(shu)的煤基甲(jia)醇(chun)耦(ou)合石腦油(you)制(zhi)烯(xi)烴路(lu)線(xian)，利用(yong)甲(jia)醇(chun)制(zhi)烯(xi)烴的(de)強(qiang)放熱(re)特點，與(yu)石腦油(you)裂解制(zhi)乙(yi)烯的強(qiang)吸(xi)熱(re)反應聯(lian)動耦(ou)合，讓反(fan)應熱(re)量(liang)達到(dao)相對(dui)平(ping)衡。相比(bi)起(qi)傳(chuan)統的石腦油(you)制(zhi)烯(xi)烴技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)，耦(ou)合路(lu)線(xian)的能耗可(ke)降低1/3～1/2，不僅(jin)副(fu)產(chan)物甲(jia)烷的(de)產(chan)率可降(jiang)低到4%以(yi)下(xia)，還能讓石腦油(you)的原(yuan)料(liao)利用(yong)率提高(gao)10%。

多種(zhong)綠能(neng)互補(bu)發(fa)展儲(chu)能(neng)實(shi)現(xian)規模(mo)利用(yong)

“雙碳(tan)”目(mu)標對(dui)新能(neng)源(yuan)的發(fa)展提出(chu)了(le)全新的(de)要(yao)求，在(zai)碳(tan)達峰(feng)碳(tan)中和(he)背景下(xia)，新能(neng)源(yuan)產(chan)業(ye)要(yao)“先(xian)破後立(li)”，發展大規(gui)模(mo)、高(gao)比(bi)例(li)可(ke)再(zai)生能源，逐步實(shi)現(xian)對(dui)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)的替代(dai)。

談(tan)及(ji)可再(zai)生能源發展的方(fang)向(xiang)和(he)目(mu)標，劉(liu)中民(min)表示(shi)，從(cong)行業(ye)宏觀來看(kan)，可再(zai)生能源發展的大(da)方(fang)向(xiang)是“三(san)高(gao)壹低”，即(ji)提高(gao)轉換效率、提高(gao)供給(gei)質(zhi)量(liang)、提高(gao)替代(dai)比(bi)例(li)、降(jiang)低應用(yong)成本。而(er)具體(ti)產(chan)業(ye)則“各有(you)難念的(de)經”，光伏產(chan)業(ye)目(mu)標是(shi)進壹步提升光電轉化(hua)效(xiao)率;風能(neng)產(chan)業(ye)需要打破大功率機(ji)組整機(ji)方案和(he)部分核(he)心(xin)部件依(yi)賴進口(kou)的問題(ti);水電(dian)產(chan)業(ye)需要突(tu)破(po)水能(neng)發電(dian)機(ji)組瓶頸(jing)問題(ti);生物質(zhi)能(neng)則聚焦(jiao)於生物質(zhi)高(gao)值化(hua)利用(yong)。

不過，無論(lun)是(shi)哪(na)種(zhong)可再(zai)生能源產(chan)業(ye)，都繞(rao)不開壹個(ge)問題(ti)——並網(wang)消(xiao)納。

劉(liu)中(zhong)民(min)指出(chu)，儲(chu)能(neng)是可再(zai)生能源降低並網(wang)風(feng)險、提高(gao)利用(yong)效(xiao)率和穩(wen)定(ding)性的關(guan)鍵。目(mu)前，我(wo)國在短時高(gao)頻、中(zhong)短時長(chang)儲(chu)能(neng)都有(you)較(jiao)為明確的(de)解(jie)決方案，鋰(li)離(li)子電池(chi)、鉛(qian)酸(suan)電(dian)池(chi)等(deng)技(ji)術(shu)目(mu)前已經較(jiao)為(wei)成熟(shu)，不過未(wei)來還需要經(jing)過市場(chang)驅(qu)動和(he)檢(jian)驗，選擇、固化(hua)具(ju)有(you)成本更低等(deng)特點的(de)優勢技術(shu)體(ti)系(xi)。在長(chang)時低頻儲(chu)能(neng)方面則仍然以(yi)抽水儲(chu)能(neng)為主，經濟性有(you)優勢的其他(ta)長(chang)時儲(chu)能(neng)技術(shu)仍需發展。

“不只是可(ke)再(zai)生能源的大規模(mo)融(rong)合利用(yong)，未(wei)來我(wo)們(men)要(yao)做(zuo)智(zhi)慧能源(yuan)系(xi)統、構建智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)也(ye)離不開儲(chu)能(neng)。”劉中民(min)表示(shi)，氫(qing)能(neng)的(de)產(chan)生(sheng)、利用(yong)、儲(chu)存(cun)是(shi)壹個(ge)系(xi)統工程，目(mu)前成本仍然偏高(gao)，未(wei)來的(de)發(fa)展和應用(yong)需要政(zheng)府的積(ji)極(ji)引(yin)導和全社(she)會(hui)的(de)共(gong)同(tong)努(nu)力;而(er)當前(qian)以(yi)鋰(li)電(dian)池(chi)為(wei)主的電化(hua)學(xue)儲(chu)能(neng)則受我(wo)國鋰(li)資(zi)源儲(chu)量(liang)限制(zhi)，國家也出(chu)臺了(le)重大(da)研究(jiu)計(ji)劃(hua)推動其(qi)他電化(hua)學(xue)儲(chu)能(neng)方式(shi)的(de)研究(jiu)，液流電池(chi)就是(shi)其(qi)中(zhong)之(zhi)壹。

引(yin)入(ru)清(qing)潔氫(qing)能(neng)基於低碳(tan)再(zai)造工業流程

“在工(gong)業(ye)中，氫(qing)能(neng)同時具有(you)物質(zhi)和(he)能(neng)量(liang)屬(shu)性(xing)，能(neng)同(tong)時滿足生產(chan)供(gong)能(neng)和(he)原(yuan)料(liao)的(de)需求。”談(tan)及(ji)能源化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)的減碳(tan)之路(lu)，劉(liu)中(zhong)民(min)認(ren)為，難脫(tuo)碳(tan)行業(ye)深度(du)減排的重(zhong)點(dian)，應該放在(zai)壹個(ge)“氫(qing)”字(zi)上：“因為(wei)從(cong)概念上來講(jiang)，化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)無論是燃(ran)燒(shao)還是生產(chan)油(you)品(pin)、化(hua)學(xue)品(pin)，都是(shi)產(chan)生(sheng)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)的過程，單(dan)靠(kao)能源(yuan)化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)自身實(shi)現(xian)零(ling)碳(tan)是不可能(neng)的(de)，應當引入(ru)其(qi)他清潔原(yuan)料(liao)或(huo)能(neng)源(yuan)‘對(dui)沖’，由清(qing)潔能(neng)源(yuan)制(zhi)取(qu)的綠(lv)氫就是很好(hao)的(de)選(xuan)擇。”

據(ju)介紹(shao)，目(mu)前生(sheng)產(chan)技(ji)術(shu)最成熟(shu)的氫(qing)還是來自(zi)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)，碳(tan)排放量(liang)較高(gao)的“灰(hui)氫”。由化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)聯(lian)合碳(tan)捕集(ji)、利用(yong)與(yu)封存(cun)技(ji)術(shu)制(zhi)得的(de)“藍(lan)氫(qing)”雖(sui)然降低了(le)部分過程碳(tan)排放，但(dan)能耗大(da)、成本高(gao)的特點仍(reng)然讓其(qi)難以(yi)大規(gui)模(mo)應用(yong)。而(er)由可(ke)再(zai)生能源制(zhi)取(qu)的“綠(lv)氫”能實(shi)現(xian)全過程無碳(tan)化(hua)，將(jiang)成為難脫(tuo)碳(tan)行業(ye)實(shi)現(xian)低碳(tan)與零(ling)碳(tan)發展的重(zhong)要(yao)媒(mei)介。

“以(yi)煤制(zhi)烯(xi)烴為(wei)例(li)，充足綠氫的(de)加入(ru)可(ke)以(yi)完全替代(dai)掉流程中水煤氣變換的環(huan)節，減少70%的二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排放，同(tong)時(shi)，電解(jie)水制(zhi)氫(qing)剩(sheng)下(xia)的(de)副(fu)產(chan)品(pin)氧(yang)氣(qi)還能用(yong)於煤氣化(hua)工(gong)藝(yi)流程，這樣又(you)能(neng)從(cong)空(kong)分裝(zhuang)置裏‘省下(xia)’壹筆(bi)能(neng)耗，可(ke)以(yi)促進(jin)煤化(hua)工(gong)零(ling)碳(tan)排甚(shen)至(zhi)負碳(tan)排。”劉(liu)中民(min)說(shuo)。

疊加人工(gong)智(zhi)能(neng)低碳(tan)化(hua)智(zhi)能(neng)化(hua)多(duo)能(neng)融(rong)合

劉中(zhong)民(min)表示(shi)，人工(gong)智(zhi)能(neng)將(jiang)帶(dai)動能(neng)源化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)的深刻變革(ge)。以(yi)能源(yuan)化(hua)工(gong)行(xing)業(ye)的科技創新為(wei)例(li)，傳(chuan)統的產(chan)業(ye)化(hua)流程要經(jing)歷(li)實(shi)驗室(shi)小試(shi)、中試(shi)放大(da)、工(gong)業性(xing)試(shi)驗三(san)個環節才(cai)能(neng)嘗試(shi)投入(ru)工(gong)業生產(chan)，成本高(gao)、時間(jian)長(chang)，其中(zhong)的中試(shi)放大(da)環(huan)節更是(shi)行(xing)業(ye)難點、痛(tong)點，很(hen)多技術(shu)都“倒(dao)在(zai)”這壹關(guan)上。

“現在(zai)人工(gong)智(zhi)能(neng)來了(le)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)探索(suo)從(cong)小試(shi)通(tong)過人工(gong)智(zhi)能(neng)壹步幹(gan)到(dao)工廠的路(lu)徑(jing)。”據(ju)劉中(zhong)民(min)介紹(shao)，大(da)化(hua)所(suo)已經形(xing)成了(le)壹整(zheng)套(tao)方案，正(zheng)在研究(jiu)如(ru)何(he)建(jian)立(li)數(shu)字(zi)化(hua)孿生(sheng)的(de)虛擬工廠模(mo)型(xing)，實(shi)現(xian)化(hua)工(gong)知(zhi)識(shi)的快(kuai)速檢(jian)索(suo)及化(hua)工(gong)流程工藝(yi)的(de)自主設計和(he)優化(hua)，有(you)望縮(suo)短化(hua)工(gong)工(gong)藝(yi)流程的研發(fa)周(zhou)期(qi)，為實(shi)驗室(shi)成果(guo)快(kuai)速走(zou)向(xiang)工業化(hua)提供(gong)可(ke)能。

“未(wei)來的(de)能(neng)源(yuan)系(xi)統，必然是低碳(tan)化(hua)、智(zhi)能(neng)化(hua)和(he)分布(bu)式(shi)能(neng)源相結合的系(xi)統。能源革命(ming)、工(gong)業革命(ming)正(zheng)在呼(hu)喚科技革(ge)命(ming)，疊(die)加人工(gong)智(zhi)能(neng)，壹場(chang)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的(de)大(da)變(bian)革正(zheng)在啟(qi)動。”劉(liu)中民(min)說(shuo)，“我(wo)們(men)處(chu)於變革的起(qi)點(dian)，有(you)很(hen)多未(wei)知(zhi)，也(ye)就(jiu)有(you)很多希(xi)望，我(wo)們(men)壹定(ding)要(yao)用(yong)新思(si)維(wei)去審視舊流程，在這個(ge)基礎上打造更加合理(li)的(de)能源結構(gou)和工(gong)業結構(gou)。”