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贯彻新《规划》 把握新机遇拓展煤炭深加工与氢能协同发展新天地

2022-11-22

煤炭加工与综合利用 2022年7期
关键词:制氢氢能氢气

刘 峰

中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长

尊敬的显政同志、凌文同志、各位领导、各位院士专家、各位代表:

大家上午好!

由中国煤炭加工利用协会与山东能源集团、中科院大连化物所联合举办的“第四届中国制氢与氢能源产业发展大会”今天在这里隆重召开,首先请允许我代表中国煤炭工业协会、中国煤炭学会和会议主承办单位,向参会的各位领导、各位嘉宾、各位代表表示热烈的欢迎和衷心的感谢!向山东能源集团、中科院大连化物所的大力支持表示衷心的感谢!尤其要对各位领导、院士专家、各位代表大家克服疫情困难相聚济南参加本次会议对煤炭行业一如既往地支持表示衷心地感谢!同时也要提醒各位代表在会议期间务必服从大会防疫工作要求安排,做好疫情防控工作。

今年3月,国家发改委、国家能源局正式制定和联合发布了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,这是氢能领域未来发展的纲领性文件,是氢能在我国能源结构调整和转型发展中的战略定位、指导思想、基本原则和发展目标,对系统构建支撑氢能高质量发展创新体系、统筹布局试点示范、稳步推进氢能多元化示范应用、加快完善氢能发展1+N政策和制度保障体系等方面都做出了比较明确和详细的规划。这是促进我国氢能产业健康有序、可持续发展进程中的一件大事,需要进一步学习领会和认真贯彻。

发展氢能的核心目的是能源转型升级脱碳,助力实现碳中和,同时具有补充和替代我国油气资源短板的作用。但是,大家也应该清楚认识到,氢能是二次能源,自然界中没有独立的氢资源可供获取,需要依靠电解水或通过化石能源进行化工转换才能获取足量的氢气,而我国“贫油、少气”的能源资源禀赋本身就一直困扰着我们,在现阶段还是只有依靠资源比较丰富的煤炭来制取氢气,否则氢能源发展供应就可能出现“无米之炊”的状况。

煤炭是我国的优势能源矿产资源,也一直是我国的基础和主要能源,保障了我国经济和社会发展的长期能源需求。依托煤炭、用好煤炭仍然是未来一定时期内,保证国家能源安全和消费需求的“压舱石”和“稳定器”。2021年,我国生产了41.3亿t以上煤炭,净进口3亿t,才基本满足了经济社会发展对能源的需求。特别是2021年下半年以来,煤炭供需出现失衡,煤炭价格剧烈波动,国家采取强力措施保供稳价,并要求紧急增加煤炭产能3亿t,足见煤炭在我国能源生产和供应中的重要性。今天大会的主题是谈氢能,结合本次会议的主题,我谈几点意见,供大家参考。

一、在践行能源革命、对标“双碳”目标的过程中,煤炭工业重点推动煤炭安全高效生产和清洁高效利用,并取得了显著进展

煤炭行业企业认真贯彻落实党中央重大战略部署,深刻领会践行习近平总书记关于“能源四个革命、一个合作”的能源安全发展新战略思想,立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局,扎实“做好煤炭这篇大文章”,推进煤炭工业转型升级和高质量发展。煤炭行业积极推动资源整合,有效化解落后过剩产能,累计退出煤矿5 500余处,关闭淘汰落后产能10亿t/a以上,转岗分流安置煤矿职工超过100万人。通过关闭淘汰小煤矿和衰老枯竭矿井,煤矿整体发展质量得到了较大提高,原煤生产综合能耗、采掘机械化智能化水平、全员生产效率、安全生产保障能力、原煤洗选加工率、矿区生态文明建设水平等都得到了大幅度提升。目前拥有规模以上煤矿4 700余处,承担着未来我国能源的“兜底保供”任务。预计到“十四五”末期,我国煤炭供给质量和生产集中度将进一步优化,技术和装备水平将进一步提高,煤炭工业将全面进入高质量发展新时代。

在煤炭清洁高效利用和转化层面,经过10多年的不断推进,我国燃煤发电基本全部实现能效提升和超低排放,正在进一步推进 “三改联动”工作;钢铁、焦化、建材和工业锅炉、窑炉等主要用煤行业正在全力推进能效提升和超低排放改造。我国现代煤化工技术和产业空前发展,大型现代煤化工企业发展到70多家,已经建成投运各种大型气化炉近400台套,形成煤制油产能931万t、煤制气产能61.25亿m3、煤制烯烃产能1 672万t、煤制乙二醇675万t,煤制合成氨产能稳定在6 000余万t,低阶长焰煤热解(含兰炭)产能1.3亿t。2021年煤制油产量796万t、煤制天然气产量46.29亿m3、煤制烯烃产量1 575万t、煤制乙二醇产量323万t,还有大量煤焦油加氢制油和高端小众化学品。现代煤化工部分共消耗商品煤量14 675万t,其中原料煤10 704万t,燃料煤3 931万t。

2021年以来,在升级示范成功的基础上,又核准批建了一批现代煤化工项目,产业链延伸和高端化、差异化、低碳化发展不断创新,百万吨级煤制特种油品、芳烃、乙醇,千万吨级低阶末煤干馏热解、提质分级和转化升级示范工程正在加快建设,煤制氢技术和装备已经非常成熟可靠。

二、在全球气候变化治理中,能源脱碳、低碳、无碳化已经成为共识,煤炭行业企业也正在积极参与其中

我国国民经济进入高质量发展新时代,大气污染防控和全球气候变化治理更加紧迫。最近一段时间,由于煤炭供应紧张,特别是俄乌战争导致的欧洲能源危机和全球能源价格上涨,一方面让我们重新认识和审视能源安全和自主保障的极端重要性,但同时全球气候变化问题也是客观存在,碳达峰、碳中和“3060”既定目标没有改变,能源脱碳、低碳、无碳化进程还在稳步推进,必将倒逼我国加速驱动能源转型和能源消费结构调整。风能、太阳能等清洁能源虽然目前暂时还担负不起能源保供的重任,但发展也在加速推进、规模在不断扩大,各主要煤炭企业,如国家能源、山东能源、晋能集团、陕煤化、平煤神马、淮南矿业集团等,都在大规模参与新能源和清洁能源开发。此外,在煤炭深加工、综合利用领域副产的氢气也被重新认识,大力开展浓缩、提纯以及生产合成氨、甲醇等高值化利用,为支撑我国氢能产业的发展提供了先天性的资源优势,也为煤炭清洁高效低碳化利用开辟了一个新的方向。

相比于美、欧、日等发达国家和地区,我国能源品种更加多样,工业制氢基础更加雄厚。根据有关资料,目前我国氢产量达到3 500万t以上,是名副其实的世界第一产氢大国,其中单是高温炼焦和低阶煤分质利用中低温热解副产的氢气就有近1 000万t,如果加工成高纯氢气供汽车使用,以某型投运在鄂尔多斯某露天煤矿的6×4氢能重卡估算,每辆车每年跑10万km,可以供同类型100多万辆车一年的氢用量,如果是家用小型汽车可供数百万辆使用。所以在氢能源起步阶段,仅靠这些尚没有得到很好利用的副产氢气就能够支撑大量的氢能源汽车使用,而且这些副产氢气的碳排放已经由其主导产品负担和转化,工业副产氢气理应属于“绿氢”或“蓝氢”范畴。大家理想中的“绿氢”要来源于富余而且廉价的“绿电”,2021年我国电力消耗近8万亿kW·h,短时间内很难产生出“富余的绿电”,也就很难生产足够的“绿氢”,所以这正是煤炭深加工领域发挥作用的一个“窗口”好时机。

在新能源可再生能源等低碳、无碳能源尚不能完全满足经济社会发展需要的当前阶段,化石能源,对我国而言尤其是煤炭,还要继续发挥“兜底”作用,煤炭工业的高质量发展工作仍然不能有丝毫松懈。为适应新时代高质量发展的新要求,作为生产单一高碳化石能源的煤炭行业、煤炭企业,要深刻认识时代的变化,深刻认识人类发展长河中各种能源发展的阶段性、更替性,深刻认识新能源、可再生能源的未来潜力,未雨绸缪,抓住转型发展的新机遇,满腔热忱的迎接低碳、无碳能源时代,积极参与和投身到新能源发展的潮流中。

三、煤炭在未来氢气生产中具备很好的发展条件,能够继续担负“兜底”和“保供”作用

建立氢能源系统的发展离不开足够的氢气,我国当前的氢气源生产结构仍是以煤为主,据统计分析,在现有3 500多万t氢气产能中,煤气化制氢占62%以上,工业副产占20%左右,天然气制氢占比越来越小,电解水制氢尚不足2%。就目前情况下,即使采用电解水制氢,我国的电力中65%依然是燃煤发电生产,仍然主要靠煤。

近年来,现代煤化工技术和装备的发展,我国煤炭大型高温气化技术和装备不断成熟,各种类型并拥有自主知识产权的大型煤气化炉不断示范应用,大型干粉煤气化炉已经进入日气化煤量3 000 t级,水煤浆气化炉已经进入日气化煤量4 000 t级水平。以2 000 t级多喷嘴水煤浆气化炉为例,通过全部变换制氢,每天就可以生产120多t浓度99.99%~99.999%的高品质、高纯度氢气,其供应可靠性和经济性都很高。煤制氢成本只有10~15元/kg,仅为电解水制氢成本的1/4~1/5,也是现有汽油车油耗成本的1/2~1/3。如果利用高温炼焦和兰炭副产氢气,成本只有7~8元/kg,这些都为我国未来氢能源发展提供了重要支持和坚强保障。

四、认识氢能产业发展的阶段性,起步阶段不必纠结于氢的颜色,应把重点放在核心的、关键的、新兴的、亟待突破和培育的氢燃料电池和氢应用领域

客观来看,当前我国氢能产业处于初创阶段,氢燃料电池核心技术和关键材料尚未完全国产化,氢燃料电池电堆关键组件制造工艺、氢燃料汽车技术有待提升,氢能基础设施建设刚刚起步,氢燃料电池和氢能应用在技术、装备、投资、成本等诸多环节急需攻克一个个难关。无论是技术还是资金,我国均需要大量投入才能支撑氢能产业的发展。抓住主要矛盾,集中核心力量攻克关键难题,打通全产业链的技术瓶颈、产业化瓶颈和应用瓶颈,以尽可能少的代价,最大程度地少走弯路、少交学费,是现阶段我国氢能产业发展的核心和关键所在。氢能产业发展初期阶段,氢气的需求量并不大,但氢气的便捷、低成本、稳定供应非常重要。尽管煤制氢是所谓的“灰氢”,尽管CCS和CCUS将增加煤制氢成本才能变成“蓝氢”,在“绿氢”尚不能具备足量、低价、稳定供应的时期,都不妨碍煤制氢作为氢源的一份子。

五、煤制氢碳排放问题是今后亟需加强攻关的首要问题,必须调动全社会的力量共同努力,逐渐把“灰氢”淡化,向“蓝氢”和“绿氢”转变

煤炭是高碳能源矿产,通过煤气化制氢要排放大量CO2,这是事实,也是大家关注的焦点。但是要知道,煤气化制氢所排放的CO2是高浓度、较高纯度的CO2,而且是集中排放,有利于CO2的无害化处置和碳循环利用,省去了碳捕捉环节,成本就大大降低;煤制氢低廉的价格,也为开展碳埋藏和碳循环利用节省了很大的成本空间,为我们大规模开展CCS/CCUS创造了很好的发展条件,当然现阶段技术还不成熟、处置能力还有限,这就要求我们下大力量,集中全社会的优势力量联合攻关来加以解决。

近一段时期,各种CCUS原创技术“苗头”在不断涌现,CO2与绿氢耦合制绿色甲醇(液态阳光)已完成千吨级示范,多个绿电-绿氢与煤化工耦合发展示范项目正在建设,CO2制淀粉、饲料蛋白、乙醇、油气产品,CO2与水合成长链烃、葡萄糖、脂肪酸等都在实验室和小型工业示范中。国内在完成10万t级CCS试验后,100万t级CCS工程示范正在进行,这些都在为煤制氢和煤基化工不断“蓝色化”和“绿色化”探索路径,相信我们在不远的将来会找到解决办法。利用碳中和原理,通过煤炭的清洁高效利用,可以把煤炭逐步低碳化、无碳化,把所生产的氢气逐渐由“灰氢”变成“蓝氢”,甚至最终成为“绿氢”都是有可能的,让我们拭目以待,共同努力。

同志们,煤炭是传统化石能源,氢和电都是二次能源;煤炭是传统能源,氢能是新型能源。二者起点不同,但作为能源应用的目标和功能相同;二者发展阶段不同,在能源体系中的地位和作用需要逐步统筹协调、协同发展。煤炭作为我国最丰富的能源品种,仍将在较长时期内发挥基础能源作用。“用好”煤炭,选择更加清洁、高效的转化路径,使其顺畅抵达能源消费终端意义重大。当前煤制氢以及衍生的甲醇制氢、焦炉气制氢等已广泛应用于石油化工、煤化工等生产领域,主要作为化工生产原料使用。氢燃料电池技术开辟了崭新的氢能应用路线,“煤制氢+氢能”有条件成为煤炭清洁高效利用的新方向。在氢能产业发展初期阶段,煤制氢与工业副产氢等一起发挥氢源优势,构建便捷、低成本的氢能供应网络,助力中国氢能产业起步成长,是煤基制氢的光荣使命。面向未来,即使到了“绿电”制氢的成本更低,规模更大的阶段,绿电、绿氢与煤化工相耦合,作为原料生产工业产品,实现碳氢互补,也能够更好地发挥二者的优势。无论是煤还是氢,只要以正确的、恰当的方式得到利用,都将为经济发展、为工业文明进步做出自己的贡献。

做好煤炭的事,积极投身到氢能源的发展进程中,加强煤制氢高浓度CO2的封存埋藏和碳循环利用,将赋予煤炭新的使命,在新能源和低碳经济发展进程中同样能够发挥更大的作用。

本次会议是我们连续举办的第四次氢能源大会,希望通过这一系列会议,大家能够畅通交流、获得更多的氢能专业观点和专业知识,对我国氢能产业发展引发更加深入的思考,正视煤炭在未来氢能源发展中的角色和作用,将来能够更好地投入到氢能产业实践中去。

祝本次大会取得圆满成功!祝各位领导、院士专家身体健康,工作顺利!

谢谢大家!

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