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科技创新是保障能源安全的根本所在

作者:刘中民 | 作者单位:中国工程院、中国科学院大连化学物理研究所

能源革命与产业升级,二者密切相关,不仅是“双碳”工作的重要途径,也是我国践行绿色低碳发展理念的具体举措。党的二十大报告对我国能源发展作出了新部署、提出了新要求,强调要“积极稳妥推进碳达峰碳中和”“深入推进能源革命,加强煤炭清洁高效利用,加大油气资源勘探开发和增储上产力度,加快规划建设新型能源体系”。

新型能源体系的构建,需要发挥多种能源的融合优势。当前,我国能源体系仍然存在各能源种类相互独立、难以跨系统耦合优化等问题。不仅要突破各种能源自身发展的关键技术,还要突破各类能源之间互相联系的技术壁垒,促进工业流程再造的技术创新。这些也是构建我国新型能源体系与产业转型升级的难点问题和重点创新方向。

我国能源资源禀赋决定着煤炭在经济发展中发挥压舱石作用。煤化工承担着弥补石油资源不足、保障能源安全的任务。特别在当前复杂国际形势下,煤制油气及大宗化学品对保障国家能源安全及产业链、供应链安全具有极其重要的战略意义。从消费端来看,我国一次能源消费结构仍以煤炭为主,煤炭消费量占能源消费总量的56%以上。我国煤炭主要用于燃煤发电、工业生产和化工原料等。以2020年煤炭消费为例,燃煤发电占52%,钢铁占17%,化工占8%。在未来较长时期内,煤炭仍是我国能源结构中的主导资源。

近年来,我国在煤炭清洁高效利用技术方面成果颇丰,持续推动煤炭由燃料向燃料与原料耦合转变,部分技术已经走在世界前列。煤化工已进入新一轮快速发展期,能耗指标明显降低。一是燃煤发电机组供电煤耗逐步降低,正在努力提升调峰能力以支撑可再生能源发电的并网与消纳。二是清洁低碳煤化工产业快速发展。截至2020年,煤制油、天然气、烯烃、乙二醇等四大类投产项目累计完成投资约6060亿元,产能分别达到931万吨/年、51亿立方米/年、1122万吨/年、597万吨/年,年转化煤炭约9380万吨。煤化工行业整体规模保持增长,产能利用率逐渐提高,多数装置具备“安稳长满优”运行能力。原料煤耗、综合能耗、水耗持续下降,能效持续提升。三是煤化工技术持续创新。新一代合成气制油技术已经开发完成,具备大型工业化的技术基础;第三代甲醇制烯烃技术正在建设百万吨级工业示范装置,单套装置处理能力大幅度提高,吨烯烃甲醇单耗比目前行业指标降低10%以上;煤制乙醇技术累计许可产能达到295万吨/年,世界规模最大的50万吨/年煤基乙醇项目计划年内投产,将在替代粮食乙醇及钢厂煤气制乙醇方面发挥作用;以乙酸甲酯、甲氧基乙酸甲酯为平台的含氧化合物产业链有望快速形成;合成气直接制烯烃、芳烃等新技术均已取得突破性进展。四是重点高耗能行业节能降耗效果明显,正在探索从总体技术路线向低碳化转型升级。“十三五”期间,我国在工业过程节能方面加大了科技创新力度,取得了显著成效。以水泥行业为例,2020年规模以上水泥企业吨水泥熟料综合能耗同比下降了3.6%。开发的水泥回转窑富氧燃烧技术,可使回转窑节煤率达到8%。钢铁行业作为典型高耗能行业,深入推进节能减排,截至2022年底,1.4亿吨钢铁产能完成全流程超低排放改造。采用氢基熔融还原冶炼技术成功生产出高纯铸造生铁水。

然而,在我国现有能源结构下,煤炭要充分发挥保障能源安全的压舱石作用,仍有诸多关键技术待突破。在超临界燃煤发电技术、煤化工关键装备等方面,我们与国际先进水平仍存在着较大差距。我们不仅要突破煤炭领域诸多关键技术门槛,还要破除各类能源之间转化的壁垒,将煤炭放在能源结构绿色低碳转型的全局中进行统筹布局。

以煤为原料,通过气化、液化、焦化等途径制取油品和替代石油制取大宗化学品的现代煤化工,不仅可缓解石油供应紧张局面,同时也可弥补现有石油加工与石油化工行业的结构性缺陷,促进工业结构转型升级;紧急情况下还可为油气供应提供重要支撑。通过以合成气、甲醇转化为平台,发展合成气直接生产大宗化学品和高值化学品技术、甲醇耦合石油基原料(苯、甲苯、石脑油等)等关键核心技术,实现烯烃、芳烃和含氧化合物等大宗化学品/燃料的合成技术变革,促进煤化工与石油化工的协调发展,构建更加合理的产业结构。

我们应该认识到,跨领域、系统化、体系化的能源布局不仅有巨大的创新空间,还会产生巨大的整体节能减排效果。多能融合的新型能源体系将提高能源储备和保障能力,保障我国能源及相关产业链、供应链的安全稳定。当前应发挥跨领域综合交叉的碳中和重点科技专项作用,突破关键核心技术,加快形成全面支撑我国实现“双碳”目标的技术体系,推动我国能源体系及工业结构全面升级。

科技创新是保障能源安全稳定转型的根本所在。要立足我国能源资源禀赋的现实国情,契合我国工业化、城镇化与人民生活水平提高的要求,全面系统分析我国低碳发展与科技创新路径,对重点领域低碳技术发展优先序进行评估。低碳发展及技术创新应注重相关技术经济性、成熟度和减排潜力,同时高度关注颠覆性技术创新和保底技术。在此基础上系统布局科技攻关专项,打破行业间壁垒,发挥国家体制优势形成团结协作的创新体系,争取在重点领域优先取得关键技术突破,以系列关键技术突破构建多能融合技术体系,并选择典型区域及时布局相关产业,为能源安全稳定转型提供技术保障的同时,探索中国特色的“双碳”发展路径。

中国科学院作为国家战略科技力量主力军,针对国家能源革命、产业升级及“双碳”目标的重大国家需求,一直在积极探索体系化建制化科研组织模式。2017年以来,中国科学院指导大连化学物理研究所联合院内能源领域20余家科研单位,牵头建设中国科学院洁净能源创新研究院,打造能源科技“集团军”。通过系统分析,我们提出“多能融合”技术创新路线和“四主线、四平台”多能融合技术体系,在“变革性洁净能源关键技术与示范”等项目的支持下,开展跨学科、全方位和高强度的协同创新探索。截至目前,完成了63项关键技术突破,示范类项目全面开工55项。

在技术创新的同时,我们积极推进我国典型以区域多能融合为特征的新型能源体系示范。引导企业、地方政府和社会资本投入到示范工程建设中,促进大规模、系统性的技术示范工程落地,为全国同类型区域探索低碳化转型的技术方案和技术融合模式,构建新型能源体系提供先行先试经验。

“双碳”目标的实现是一个循序渐进的过程,跨领域、系统化布局不仅有巨大的创新空间,还会产生巨大的总体节能减排效果。多能融合的新型能源体系,能够切实提高能源储备和保障能力,保障我国能源产业链、供应链的安全和稳定。为此,我们还需要继续努力,加快实现能源领域高水平科技自立自强,助力在绿色发展之路上走得更远更好。(作者系中国工程院院士、中国科学院大连化学物理研究所所长)

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2024年, 第6期
刊出日期:2024.06
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