新形勢下的能源耦合發展構想
中國能建規劃設計集團西北院黨委書記、董事長 胡明
「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佔比分別為59.3%、17.7%、2.4%、10.4%和10.2%，發電量佔比分別為72%、16%、5%、5%和2%。從統計結果可以看出，火電裝機容量仍佔全國總裝機容量的近60%，發電量佔比接近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佔比已經超過40%，尤其以風電、太陽能為代表的新能源發電佔比已經超過20%，發電行業向綠色低碳轉型的速度在不斷加快。
但同時也應注意到，從單位GDP能耗看，我國與世界平均水平相比還存在差距，是世界平均值的1.5倍，進一步降低能耗水平、減少汙染物排放的任務依然面臨巨大壓力；從煤炭消耗總量看，我國每年消耗40多億噸標準煤，其中電煤消耗佔比為57%，鋼鐵、化工、建材等行業也有著較大的煤炭消耗量；從能源轉換效率看，隨著技術水平的不斷提高，火電機組節能水平突飛猛進，目前全國新建60萬千瓦以上機組供電煤耗已降低至300克/千瓦時以內，達到世界先進水平。
在當前形勢下，提高可再生能源使用佔比，實現能源清潔化是大勢所趨，而提升能源利用效率，降低能源消耗，更是今後能源行業發展的首要任務。
能源耦合發展是能源效率提升的新思路
能源產業要實現綠色低碳發展，實現能源利用效率提升，主要有兩種路徑：一是行業內縱向優化，進一步挖潛增效；二是行業間橫向合作，實現能源耦合發展。
近年來，在電力行業，大容量、高參數超超臨界機組全面實現了國產化，「二次再熱」等技術也日益推廣，我國各類機組的平均供電標準煤耗逐年下降，2019年平均煤耗僅為307克/千瓦時，較本世紀初年均節煤可達數億噸。同時，減排技術的不斷升級也使火電廠實現了二氧化硫、氮氧化物、煙塵的「近零排放」。隨著技術進步，其它用能行業的能耗水平也得到有效控制，2019年單位GDP能耗下降到0.49噸標準煤/萬元。
關於能源耦合發展，首先是行業內不同能源形式的耦合。「十四五」期間，我國將在充分發揮火電基礎性保障作用的同時，大力推動清潔能源電力建設。以儲能技術為突破口，依託精細化功率預測、優化調度、需求側響應等一系列集成技術手段，以「風光水火儲一體化」「源網荷儲一體化」為主要模式，大力建設一批「系統友好型」的綜合能源項目，進一步促進區域清潔能源的開發利用，帶動能源電力產業的轉型升級，實現我國能源綠色低碳的發展目標。
能源耦合發展的另一重要方面是跨行業、跨產業間的能源耦合。近年來，針對如何提高能源利用效率，各個能源行業都在行業內部進行了大量有益的探索和實踐，也取得了許多重大的成果。然而，就能源利用效率提升而言，各行業的「產出/投入比」越來越小。因此，打破行業間能源壁壘，開展跨行業合作，以能源耦合發展的方式，形成不同行業間能源利用形式的優勢互補，實現資源梯級利用，進一步提高能源利用效率，成為我國能源革命的必由之路。
跨行業能源耦合發展潛力巨大
根據我國一次能源稟賦，煤炭是最重要的一次能源，如何利用好煤炭資源是提高能源利用效率的關鍵。近年來，煤化工行業發展迅猛，已經成為最重要的煤炭資源轉化途徑。我們同時注意到，煤化工也是重要的能源消費行業。由於自身工藝特點，煤化工系統中存在大量的用汽、用能需求，其解決方式通常是採用小容量、常規參數的鍋爐直接供能的方式，產出的蒸汽一般直接供應或減溫減壓後供應給各工藝分系統。這種供能方式的能源利用效率不高，能耗較大，也未能實現能源的有效梯級利用。
目前，煤化工項目數量急劇增加，規模也越來越大，而且現代煤化工園區一體化建設模式成為新的發展趨勢。在這一大趨勢下，熱負荷總量和電力需求也大大增加，客觀上需要統一規劃園區及項目的供能系統，電力和煤化工的跨行業耦合越來越成為可能。在這種應用背景下，煤化工園區（或項目）採用先進成熟的高參數燃煤發電技術，一方面可以大幅提高能源利用效率，使燃燒效率同比提高3%~4%；另一方面，高參數蒸汽在優先發電做功後，依然可提供給化工系統，滿足化工工藝用途，從而實現能量的梯級利用。採用這一耦合流程後，煤化工項目的發電能力得到放大，發電容量可達到常規項目的三倍以上，而且產出的電力能耗低、成本低，煤耗僅為常規純凝發電機組的1/2，可有效地實現能源的高效梯級利用。此外，項目產生的餘熱、餘汽可通過發電回熱系統充分回收利用，產生的固廢可用作燃料進行摻燒，從而最大程度地解決能源利用效率、排放總量、固廢處理等一系列綜合性問題，實現耦合的最大效益。
近年來，在華電天津濱海新區南港發電工程、榆林化學煤炭分質利用示範工程等項目的應用實踐表明，能源耦合型發展不但可大大降低化工項目的能耗水平及排放總量，而且對於提高終端產品市場競爭能力，減少市場風險，同樣具有極其重要的意義，經濟效益和社會效益非常顯著。
煤氣化聯合循環發電（IGCC）與煤制油的耦合也是實現跨行業能源耦合、降低能源消耗的路徑選擇。IGCC技術是一種超潔、高效的發電技術，最高發電效率可達45%。相關研究表明，如果將煤制油與IGCC進行耦合發展，其綜合能量轉化效率可達60%，高於單獨發電（45%）或單獨制油（50%）的能量轉化效率，應用前景良好。
化工產業與新能源發電耦合發展是推動我國新能源發展的有力手段。在大型化工項目周邊建設風力發電、光伏發電及新能源相關的裝備製造業等，可以為化工項目提供可再生能源電力的同時，更可以制氫、供熱，為煤化工行業提供動力及化工原料。
以跨行業能源耦合推動能源高質量發展
同時，我們也必須清醒地認識到，目前跨行業能源耦合多聯產系統集成和設計優化尚未形成完整的理論體系，根據多個行業和產品的市場定位，通過對工藝單元、中間產物、目標產品市場變化等方面的互補性分析，針對性地設計整合出合適的生產工藝路線進行耦合優化，從而實現理想的能源耦合聯產，可謂是任重道遠。
目前，部分地方政府及企業憑藉區位和資源優勢，率先嘗試將石油、天然氣、煤化工、電力進行跨行業耦合聯產，在實現多能互補與平衡、提高能源資源利用率的同時，力爭為能源革命做出示範。
綜上所述，在我國「十四五」和未來相當長一段時間內，我國能源結構將持續向綠色低碳轉型，能源效率也將不斷提升。行業內的縱向挖潛和橫向耦合是「節能減排」的有力手段，而跨行業的能源耦合發展，對於打破能源、化工和動力等傳統行業間的用能壁壘，在更大範圍和規模內做優化和系統集成，實現多種能源的綜合梯級轉換利用，最終實現能源的高效、可持續發展，更是具有積極而深遠的意義。
責任編輯：周小博 投稿郵箱：網上投稿