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碳中和背景下,能源变革成为“必考题”——2021碳达峰、碳中和背景下的氢能产业发展高端论坛侧记

我国去年在联合国大会上明确提出,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这不只是环保领域的概念,还将重构整个能源产业。

传统高能耗、高碳排产业和传统能源产业如何转型?以氢能、光伏和风电为代表的新能源和可再生能源将如何发展?10月19日-20日,由中国科协指导、中国石化集团公司主办,上海市科协、中国石化上海石化公司等单位承办的“碳达峰、碳中和背景下的氢能产业发展高端论坛”召开。来自业界的院士专家和企业家齐聚一堂,共同探讨我国能源产业发展。中国科协副主席、书记处书记孟庆海,中国石化集团公司董事、党组副书记赵东,上海市人民政府副秘书长陈鸣波出席论坛并致辞。市科协党组书记、副主席马兴发,市科协党组成员、二级巡视员黄兴华出席论坛。

石化:从原油生产向化工材料转型

石化产业是国民经济的压舱石和驱动器,已形成完整的产业体系。我国炼油工业的原油加工量和成品油消费量位居世界第二,也是仅次于美国的世界第二大乙烯生产国。

但石化产业又具有资源型和能源型产业的属性,是高耗能、高排放的产业。如何助力中国实现“碳达峰、碳中和”,是石化行业的必考题。

中国工程院院士王基铭介绍说,我国炼油业和化工行业产能总体过剩,化工行业结构过剩更为突出。同时,在我国工业部门中,石化工业的能源消耗总量比较大,能源的消耗仅次于冶金,居第二位。

虽然中国石化行业产能过剩,但与发达国家相比,产业结构、产品结构以及组织结构、布局结构方面仍然存在着比较大的差距,尤其是产品结构的高端化方面差距更加明显。以乙烯为例,烯烃、芳烃是与工业生产和人民生活息息相关的重要基础原料,但我国乙烯消费还有一半左右依赖进口。

“技术进步成为产业发展的核心动力,创新是实现‘双碳’目标的第一驱动力。”王基铭表示,绿色低碳的发展是必然趋势。随着氢能、生物基液体燃料、新能源汽车迅速发展,原油的需求明显放缓,预计在2030-2035年达到需求峰值,但化工轻油的需求还有较高的增长。“这意味着,我国石化行业消费格局发生了巨大的变化,由生产成品油为主转向生产化工材料为主。”

王基铭建议,应该坚持深度炼化一体化,最大程度的实现化工原料、油品、能源的互供互用,上下游协同发展,将稀缺的石油资源“吃干榨净”,重点保障我国日益增长的基础化工原料需求,增加石化产业整体竞争力。

能源:光伏、风电将爆发式增长

工业革命以来,化石能源的大量使用,极大地提高了劳动生产率,但对环境的影响也非常显著:工业革命以来人类向大气环境排放的二氧化碳2.2万亿吨,全球地表平均气温上升1.1摄氏度,按照这个趋势,本世纪中叶将超过2摄氏度。

中国消耗了全球近1/2的煤炭,二氧化碳排放量占全球1/3,能源消费占全球1/4,是世界目前上最大的二氧化碳排放国和能源消费国。其中,我国48%的碳排放来自于电力行业。

“电力行业脱碳和零碳,是中国能源变革的核心,也是实现碳中和目标的关键。”中国工程院院士黄震建议,在能源供给侧,需要建立以新能源为主体的全新电力系统。

目前我们国家可再生能源的开发规模已经是世界第一。以光伏和风电为例,2020年底,我国光伏和风电装机量已经达到5.3亿千瓦,未来还会继续爆发式增长。黄震预测,到2030年预计可以达到18亿千瓦。

和火电相比,光伏和风电作为清洁能源的优势无可比拟,但一直以来,价格是最敏感的问题之一,用得起才是决定能否推广的关键因素。黄震介绍说,近年来光伏和风电的成本都已经大幅下降:20年以前,光伏发电成本是5块钱一度电,根据国家电投四川地区最新数据,除去生态费用补贴,每度电的上网价已经低于0.15元。

但新能源为主的电力系统还有很多关键技术需要进一步解决。黄震说,和稳定供应的火电不同,光伏、风能等新能源具有不确定性、随机性、有波动的问题,需要进一步提升电力系统韧性,构建互信交易机制,深化电力体制改革,实现“源网荷储”深度协同的电力系统。

在能源供给侧方面,除了电力零碳化,还需要实现燃料零碳化。黄震表示,可以在电力零碳化的基础上,用零碳电力制氢、制氨,以及制备合成燃料。

他举例说,在冰岛有一座以诺贝尔奖获得者乔治奥拉命名的能源示范工厂,利用地热制备氢气,再用氢气合成甲醇等化工原料。而在国内,利用可再生能源制备燃料的研究也在进行中。

氢能:安全可控是关键

实现“碳达峰”和“碳中和”,氢能源的利用不可忽略。

中国工程院院士曹湘洪介绍,氢能可以显著减少化石能源利用过程中的碳排放。利用先进流程的天然气制氢能效超过80%,燃料电池能效可以达到90%,综合能效达到72%,明显高于燃气轮机联合循环60%的热效率。使用燃料电池的新能源汽车百公里氢耗明显低于同等质量的汽油车的油耗。

此外,氢能还能替代传统的化石能源用于冶金,通过风电、光电、电解水制氢,再和二氧化碳合成甲醇,进一步转化成汽油或乙烯、丙烯等化工原料。

但氢能源想要飞入寻常百姓家,首先要解决的问题,是安全。

中国工程院院士涂善东表示:“氢气使用中的安全风险要可防可控。”他认为,氢的危险性主要有易泄漏性、极宽的燃烧范围、易燃易爆性等。如何保障氢能的本质安全利用问题,需要关注本质安全储运工艺和本质安全的装备技术。

涂善东表示,保障氢能本质安全的基础是材料。当前,行业迫切需要抗氢损伤的高强材料。其研究方向的第一个方法是用涂层覆盖,第二个方法是阻止氢在材料内部的扩散,第三个方法是在微结构调控引入抗氢的成本。

据了解,上海石化在碳纤维储氢气瓶技术方面取得新突破。车载储氢技术的改进,将是未来氢燃料电池车发展的重点突破环节。其中,碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶被寄予厚望。目前,上海石化积极推进碳纤维用于缠绕气瓶的制造工艺技术研发,已在金属、非金属内胆纤维全缠绕气瓶方面取得突破性成果。

曹湘洪表示,氢气的安全防控风险并不比汽油和天然气更大。在具体实践中,氢气爆炸的能量相当于汽油的1/22,“氢气安全性能相比汽油高,证明氢燃料电池汽车还是很安全的。”中国工程院院士张久俊也表示,氢能的普及,一方面需要技术上的安全保障,另一方面还要提高大众对氢能的认识。

(来源:腾讯网)

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