能(neng)源革(ge)命、工(gong)業革(ge)命、科技(ji)革(ge)命、人工(gong)智能(neng)疊加(jia)，引發(fa)了前所(suo)未有的(de)大(da)變(bian)革(ge)，而(er)能(neng)源化工(gong)行業正(zheng)處(chu)於變(bian)革(ge)的(de)起(qi)點(dian)。如何(he)迎接(jie)變(bian)革(ge)帶來(lai)的(de)未知機遇與(yu)挑(tiao)戰(zhan)?近日，中國(guo)工(gong)程(cheng)院(yuan)院(yuan)士(shi)、中國(guo)科學院(yuan)大(da)連化學物理研(yan)究(jiu)所(suo)(以(yi)下(xia)簡稱大化所(suo))所長(chang)劉中(zhong)民(min)給(gei)出了他的(de)回(hui)答——沿著(zhe)“四條主線”打造更加合(he)理的(de)能(neng)源結構(gou)和工(gong)業結構(gou)。即行業應(ying)以(yi)新思(si)維(wei)去審視舊(jiu)流程(cheng)，沿著(zhe)化石(shi)能源清潔高(gao)效利(li)用與(yu)耦(ou)合(he)替(ti)代、可再(zai)生能源多能互補(bu)與(yu)規(gui)模(mo)利(li)用、基於低碳(tan)與(yu)零碳(tan)的(de)工(gong)業再(zai)造(zao)、低碳(tan)化智能(neng)化多(duo)能融(rong)合(he)的(de)四(si)條主線打造新體(ti)系。

能(neng)源高效利(li)用推(tui)動(dong)煤(mei)化工(gong)與石油(you)化工(gong)耦(ou)合(he)

劉(liu)中(zhong)民指(zhi)出，在我國貧油(you)少氣的(de)資(zi)源稟賦背(bei)景下(xia)，油(you)品和化工(gong)品的(de)結構(gou)矛盾長(chang)期存在(zai)，因(yin)此用煤(mei)炭(tan)填(tian)補(bu)能(neng)源化工(gong)缺口十(shi)分必要。煤(mei)化工(gong)產業要在石(shi)油(you)化工(gong)特別是(shi)煉化產(chan)業布局已(yi)經成(cheng)熟的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，放眼(yan)整個(ge)能源化工(gong)，甚至是(shi)我國整(zheng)體(ti)工(gong)業結構(gou)中去(qu)統籌考慮自己的(de)定位(wei)問(wen)題(ti)。

煤(mei)化工(gong)如何(he)與傳(chuan)統煉化產(chan)業實(shi)現(xian)“共生”?劉中(zhong)民(min)強(qiang)調，關鍵在(zai)於發(fa)揮(hui)煤(mei)化工(gong)的(de)獨(du)有優勢。

“煤(mei)化工(gong)有自己的(de)特(te)色，例如用合(he)成(cheng)氣(qi)做甲(jia)醇或者做(zuo)含氧化學品是(shi)相對(dui)容易(yi)的(de)，但(dan)從石油(you)化工(gong)的(de)路(lu)線(xian)加工(gong)含氧化學品就(jiu)需要氧化過程(cheng)，很難控(kong)制(zhi)反(fan)應(ying)的(de)選(xuan)擇性(xing)。”劉(liu)中民(min)解釋說，煤(mei)化工(gong)中碳(tan)碳(tan)鍵(jian)的(de)變(bian)化也(ye)與石油(you)化工(gong)不同(tong)。傳(chuan)統石(shi)油(you)化工(gong)的(de)加(jia)工(gong)路(lu)線(xian)大部分是(shi)大分(fen)子(zi)變(bian)為(wei)小分(fen)子(zi)的(de)裂解(jie)過程(cheng)，化學鍵的(de)斷裂需要相對(dui)高溫的(de)條件(jian)和(he)較(jiao)高(gao)的(de)能(neng)量(liang)供(gong)給，屬於吸熱反(fan)應(ying)。而(er)煤(mei)化工(gong)的(de)主要路(lu)線(xian)是(shi)先(xian)將煤(mei)轉(zhuan)化為(wei)合(he)成(cheng)氣(qi)，再轉(zhuan)化為(wei)烯(xi)烴、甲(jia)醇或其他(ta)下(xia)遊產品，是(shi)由(you)小分(fen)子(zi)變(bian)為(wei)大(da)分(fen)子(zi)，增加化學鍵的(de)過程(cheng)，比裂解(jie)所需的(de)條件(jian)更(geng)溫和穩(wen)定。

據劉中(zhong)民(min)介紹，大化所(suo)進行了(le)將煤(mei)化工(gong)與傳(chuan)統石(shi)油(you)化工(gong)路(lu)線(xian)耦(ou)合(he)的(de)嘗(chang)試(shi)，已(yi)經開(kai)發(fa)出較為成熟的(de)煤(mei)基甲(jia)醇耦(ou)合(he)石(shi)腦(nao)油(you)制烯(xi)烴路(lu)線(xian)，利(li)用甲(jia)醇制烯(xi)烴的(de)強(qiang)放熱特(te)點(dian)，與(yu)石(shi)腦油(you)裂解(jie)制乙(yi)烯(xi)的(de)強(qiang)吸熱反(fan)應(ying)聯動(dong)耦(ou)合(he)，讓(rang)反(fan)應(ying)熱量(liang)達(da)到(dao)相對(dui)平(ping)衡。相比起傳(chuan)統的(de)石(shi)腦油(you)制烯(xi)烴技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)，耦(ou)合(he)路(lu)線(xian)的(de)能(neng)耗可降低1/3～1/2，不(bu)僅(jin)副(fu)產物甲(jia)烷的(de)產(chan)率可降低到(dao)4%以(yi)下(xia)，還(hai)能(neng)讓(rang)石(shi)腦油(you)的(de)原(yuan)料利(li)用率(lv)提高(gao)10%。

多種綠(lv)能(neng)互補(bu)發(fa)展儲能實現(xian)規模(mo)利(li)用

“雙(shuang)碳(tan)”目(mu)標(biao)對(dui)新能(neng)源的(de)發(fa)展提出了全新的(de)要求，在(zai)碳(tan)達(da)峰碳(tan)中(zhong)和背(bei)景下(xia)，新(xin)能(neng)源產業要“先(xian)破(po)後(hou)立(li)”，發(fa)展大(da)規模(mo)、高(gao)比例可再(zai)生能源，逐步實現(xian)對(dui)化石(shi)能源的(de)替(ti)代。

談及可再(zai)生能源發(fa)展的(de)方向(xiang)和(he)目標(biao)，劉(liu)中(zhong)民(min)表示，從行業宏(hong)觀(guan)來(lai)看(kan)，可再生能源發(fa)展的(de)大(da)方向(xiang)是(shi)“三(san)高(gao)壹(yi)低”，即(ji)提高(gao)轉(zhuan)換(huan)效率、提高(gao)供(gong)給質量(liang)、提高(gao)替代比例、降低應(ying)用(yong)成(cheng)本。而(er)具(ju)體(ti)產業則(ze)“各有(you)難念(nian)的(de)經”，光(guang)伏產業目(mu)標(biao)是(shi)進壹(yi)步提升(sheng)光(guang)電轉(zhuan)化效率;風(feng)能(neng)產業需要打破(po)大(da)功率機組整(zheng)機方案(an)和部分(fen)核(he)心(xin)部件(jian)依賴進口的(de)問(wen)題(ti);水(shui)電產業需要突(tu)破(po)水(shui)能(neng)發(fa)電機組瓶(ping)頸(jing)問(wen)題(ti);生物質能(neng)則聚焦於生物質高(gao)值化利(li)用。

不(bu)過，無論(lun)是(shi)哪種可再生能源產業，都(dou)繞(rao)不開壹(yi)個(ge)問(wen)題(ti)——並(bing)網消納(na)。

劉(liu)中民指(zhi)出，儲能是(shi)可再(zai)生能源降低並(bing)網風險、提高(gao)利(li)用效率和(he)穩(wen)定性(xing)的(de)關鍵。目(mu)前，我國在(zai)短時(shi)高頻、中短時(shi)長(chang)儲能都(dou)有(you)較為明(ming)確(que)的(de)解(jie)決(jue)方案(an)，鋰離子(zi)電池(chi)、鉛(qian)酸(suan)電池(chi)等技(ji)術(shu)目(mu)前已(yi)經較(jiao)為成熟，不過未來(lai)還(hai)需要經過市場驅(qu)動(dong)和檢(jian)驗，選(xuan)擇、固化具(ju)有成(cheng)本更低等特點(dian)的(de)優勢技(ji)術(shu)體(ti)系。在(zai)長(chang)時(shi)低頻儲能方面(mian)則仍(reng)然(ran)以抽(chou)水儲能為主，經濟(ji)性(xing)有(you)優勢的(de)其(qi)他長(chang)時(shi)儲能技(ji)術(shu)仍(reng)需發(fa)展。

“不(bu)只是(shi)可再(zai)生能源的(de)大(da)規模(mo)融(rong)合(he)利(li)用，未來(lai)我們(men)要做智慧能(neng)源系統、構(gou)建(jian)智能(neng)電網也離不開儲能。”劉中(zhong)民表示，氫能的(de)產(chan)生、利(li)用、儲存是(shi)壹(yi)個(ge)系統(tong)工(gong)程(cheng)，目前成(cheng)本仍(reng)然(ran)偏高(gao)，未來(lai)的(de)發(fa)展和(he)應用需要政(zheng)府(fu)的(de)積極(ji)引導(dao)和(he)全社(she)會的(de)共(gong)同(tong)努(nu)力(li);而(er)當(dang)前以(yi)鋰(li)電池(chi)為(wei)主的(de)電化學儲能則受(shou)我國鋰(li)資(zi)源儲量(liang)限(xian)制，國(guo)家(jia)也出臺了重(zhong)大研(yan)究(jiu)計(ji)劃(hua)推(tui)動(dong)其他電化學儲能方式(shi)的(de)研(yan)究(jiu)，液(ye)流電池(chi)就(jiu)是(shi)其中(zhong)之(zhi)壹(yi)。

引入(ru)清潔氫(qing)能(neng)基於低碳(tan)再(zai)造工(gong)業流程(cheng)

“在工(gong)業中(zhong)，氫(qing)能同(tong)時(shi)具(ju)有物(wu)質和(he)能量(liang)屬(shu)性(xing)，能(neng)同(tong)時(shi)滿足生產供(gong)能和原(yuan)料的(de)需求。”談(tan)及能源化工(gong)行業的(de)減(jian)碳(tan)之(zhi)路(lu)，劉(liu)中民認為(wei)，難脫(tuo)碳(tan)行業深(shen)度(du)減(jian)排(pai)的(de)重(zhong)點(dian)，應(ying)該(gai)放在壹(yi)個(ge)“氫”字(zi)上：“因為從概念(nian)上來(lai)講(jiang)，化石(shi)能源無論(lun)是(shi)燃燒(shao)還(hai)是(shi)生產油(you)品、化學品，都(dou)是(shi)產生二氧化碳(tan)的(de)過程(cheng)，單靠能源化工(gong)行業自(zi)身(shen)實現(xian)零碳(tan)是(shi)不可(ke)能(neng)的(de)，應(ying)當引入(ru)其(qi)他(ta)清潔原(yuan)料或能源‘對(dui)沖’，由(you)清潔能(neng)源制取的(de)綠(lv)氫(qing)就(jiu)是(shi)很好(hao)的(de)選(xuan)擇。”

據介紹，目前生產技(ji)術(shu)最(zui)成熟的(de)氫(qing)還(hai)是(shi)來(lai)自(zi)化石(shi)能源，碳(tan)排(pai)放量(liang)較(jiao)高的(de)“灰(hui)氫”。由(you)化石(shi)能源聯合(he)碳(tan)捕集、利(li)用與(yu)封存技(ji)術(shu)制(zhi)得的(de)“藍(lan)氫”雖然(ran)降低了(le)部(bu)分(fen)過程(cheng)碳(tan)排(pai)放，但(dan)能(neng)耗大、成本高的(de)特(te)點(dian)仍(reng)然(ran)讓其(qi)難以(yi)大(da)規模(mo)應(ying)用(yong)。而(er)由(you)可(ke)再生能源制取的(de)“綠(lv)氫(qing)”能實現(xian)全過程(cheng)無碳(tan)化，將成為難脫(tuo)碳(tan)行業實(shi)現(xian)低碳(tan)與(yu)零碳(tan)發(fa)展的(de)重(zhong)要媒(mei)介(jie)。

“以(yi)煤(mei)制(zhi)烯(xi)烴為例，充(chong)足綠(lv)氫(qing)的(de)加(jia)入(ru)可(ke)以(yi)完(wan)全替代掉流程(cheng)中水(shui)煤(mei)氣(qi)變(bian)換(huan)的(de)環節(jie)，減(jian)少(shao)70%的(de)二(er)氧化碳(tan)排(pai)放，同(tong)時(shi)，電解水制氫(qing)剩(sheng)下(xia)的(de)副(fu)產品氧氣(qi)還(hai)能(neng)用(yong)於煤(mei)氣(qi)化工(gong)藝流程(cheng)，這樣(yang)又能(neng)從空分(fen)裝(zhuang)置裏‘省下’壹(yi)筆能耗(hao)，可以(yi)促進煤(mei)化工(gong)零碳(tan)排(pai)甚至負碳(tan)排(pai)。”劉(liu)中(zhong)民(min)說(shuo)。

疊加人工(gong)智能(neng)低碳(tan)化智能(neng)化多(duo)能融(rong)合(he)

劉(liu)中(zhong)民表示(shi)，人(ren)工(gong)智能(neng)將帶動(dong)能源化工(gong)行業的(de)深(shen)刻(ke)變(bian)革(ge)。以能(neng)源化工(gong)行業的(de)科技(ji)創新為例，傳(chuan)統的(de)產(chan)業化流程(cheng)要經歷(li)實(shi)驗室(shi)小試(shi)、中(zhong)試(shi)放大、工(gong)業性(xing)試(shi)驗三(san)個(ge)環節(jie)才(cai)能嘗(chang)試(shi)投(tou)入(ru)工(gong)業生產，成(cheng)本高、時(shi)間(jian)長(chang)，其中(zhong)的(de)中(zhong)試(shi)放大環節(jie)更(geng)是(shi)行業難點(dian)、痛(tong)點(dian)，很(hen)多(duo)技(ji)術(shu)都(dou)“倒在”這壹(yi)關上。

“現(xian)在人(ren)工(gong)智能(neng)來(lai)了(le)，我們(men)可以(yi)探索(suo)從小試(shi)通(tong)過人工(gong)智能(neng)壹(yi)步幹(gan)到(dao)工(gong)廠的(de)路(lu)徑(jing)。”據劉中(zhong)民(min)介紹，大化所(suo)已(yi)經形成了(le)壹(yi)整套方案(an)，正(zheng)在研(yan)究(jiu)如何(he)建(jian)立(li)數(shu)字(zi)化孿(luan)生的(de)虛擬工(gong)廠模(mo)型(xing)，實(shi)現(xian)化工(gong)知識(shi)的(de)快速(su)檢(jian)索(suo)及化工(gong)流程(cheng)工(gong)藝的(de)自(zi)主設計(ji)和優化，有(you)望縮(suo)短化工(gong)工(gong)藝流程(cheng)的(de)研(yan)發(fa)周期(qi)，為(wei)實(shi)驗室(shi)成果快速(su)走向(xiang)工(gong)業化提供(gong)可能。

“未來(lai)的(de)能(neng)源系統，必然是(shi)低碳(tan)化、智能(neng)化和(he)分布式(shi)能(neng)源相結合(he)的(de)系(xi)統。能源革(ge)命、工(gong)業革(ge)命正(zheng)在呼(hu)喚(huan)科技(ji)革(ge)命，疊加(jia)人工(gong)智能(neng)，壹(yi)場前所(suo)未有的(de)大(da)變(bian)革(ge)正(zheng)在啟動(dong)。”劉中民(min)說(shuo)，“我們(men)處(chu)於變(bian)革(ge)的(de)起(qi)點(dian)，有(you)很(hen)多未知，也(ye)就(jiu)有很(hen)多(duo)希望，我們(men)壹(yi)定要用新(xin)思(si)維(wei)去審視舊(jiu)流程(cheng)，在這個(ge)基礎(chu)上打造更加合(he)理的(de)能(neng)源結構(gou)和工(gong)業結構(gou)。”