现代煤化工基地向氢能“领跑者”转型

  位于毛乌素沙地边缘的宁夏宁东能源化工基地(简称“宁东基地”)是我国最大的现代煤化工产业示范区。近年来,在这里崛起了大批现代煤化工项目。为了摆脱对煤基产业的依赖,减轻大规模碳排放造成的环境压力,宁东基地瞄准氢能这一全新的产业方向,从煤化工“领跑者”向氢能“领跑者”转型。

  探寻“第二燃料”

  400万吨煤制油、320万吨煤基烯烃、600万吨煤化工下游产品……多年来,宁东基地在现代煤化工领域获得长足发展,在煤炭清洁高效利用上取得显著成效。

  然而,一个不可忽视的问题是,在成为我国最大的煤制油、煤基烯烃生产基地之后,资源环境约束日趋严峻。能耗高、水耗高、工业固废利用率低,特别是万元工业增加值碳排放处于高位,已成为悬在宁东基地头顶的“达摩克利斯之剑”。

  “必须探寻煤以外的‘第二燃料’‘第二原料’,开辟全新的安全、绿色、创新发展之路。”宁东基地党工委常务副书记、管委会副主任陶少华说,清洁能源是增强能源结构弹性、提高能源效率的主攻方向。

  宁东基地瞄准的是氢。氢能作为清洁、高效、可持续的二次能源,具有来源丰富、热值高、无排放、用途广泛等特点。氢能产业在我国已处于导入期向成长期的推进阶段,氢气是煤化工产业的命脉原料之一,但因煤炭碳多氢少,煤制氢必须通过“以碳换氢”的方式制备,副生大量二氧化碳外排。

  “如果使用绿氢替代灰氢耦合煤化工,按现有产能核算,宁东基地煤化工产业可实现年压减煤炭消费1700万吨、节约能源消耗1200万吨标准煤、相应减排二氧化碳3000万吨。”陶少华说。

  目前,宁东基地部分企业已开始加快布局氢能产业项目。“我们规划投资14亿元建设了太阳能电解水制氢储能与应用示范基地,项目采用20万千瓦太阳能发电装置和单台每小时1000标方的高效碱性电解槽制氢装置,年产氢气1亿立方,制氢成本控制在每标方1.54元左右。”宁夏宝丰电力运营管理公司总裁石锦轩说,“十四五”期间,宝丰还将继续扩大“太阳能发电+电解水制氢”产业规模。

  无碳绿氢“一箭双雕”

  按照规划,我国要采取更有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,2060年前实现碳中和。随着这一愿景的实施,能源领域将迎来一次根本性调整,现代煤化工加快绿色转型已成当务之急。

  目前,我国更多依赖化石能源制氢,但化石能源制氢最大的弊端是会伴生大量二氧化碳。煤制氢的大规模、低成本来源只能是与水发生反应,不可避免增加能耗水耗和排放大量二氧化碳。只有从可再生能源出发进行电解水氢能制备,才能形成全生命周期绿色清洁、去碳化的绿氢。

  “由化石能源制取的氢气称为灰氢,灰氢是不可取的,虽然通过碳捕获与封存技术后,可使灰氢变为蓝氢,但蓝氢也只可作为过渡。长远来看,还是要通过可再生能源也就是电解水制取无碳绿氢。”中国工业经济联合会会长李毅中在日前召开的宁东基地氢能产业与能源转型发展论坛上说。

  而用可再生能源制备绿氢耦合煤化工,部分替代煤制灰氢,正是宁东基地优化产业结构、破解能源资源和环境约束瓶颈,实现高质量发展的重要路径。

  “我们正在布局光伏发电、电解水制氢、煤化工补氢、加储氢设施、产业和重卡应用等全产业链氢能项目。”陶少华说,预计到2025年,绿氢产能将达20万吨,耦合煤化工产业绿氢用量达到7.5万吨,减少煤炭消费总量60万吨,减排利用二氧化碳100万吨以上。

  宁东基地有发展无碳绿氢得天独厚的条件。作为中国接受太阳能辐射量一类地区,宁东地区年日照时间达3000小时以上,太阳能发电时间长达1700小时,光伏发电成本低至每度0.23元,制备绿氢成本不足每公斤20元。此外,宁东基地还有近300平方公里的煤炭压覆区以及采煤后的沉陷区,均可布局分布式光伏。

  “因为氢是二次能源,可由可再生的一次能源制得,因此绿氢可成为可再生能源新的输出路径。”国际氢能协会副主席、清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强说,西北地区太阳能、风能资源丰沛,是生产绿氢、使用绿氢的便利之地。

  打造绿氢全产业链条

  目前,全球氢能产业很热门,话题层出不穷,氢经济已经箭在弦上。但是,氢能作为战略性新兴产业,制储运等关键环节的产业化尚存未突破的瓶颈,开发新产品、谋划新场景、探索新模式等还有待进一步探索。

  “我国氢产能严重不足,预计2050年需求量将达到每年6000万吨,而缺口达到每年2500万吨。”中科院院士、中国石油大学教授徐春明说,要高度重视氢能与燃料电池的发展,形成国家引领、企业合作、产业协调的发展路线,在氢制备和储运技术上实现突破,推动能源低碳化和氢能产业化发展。

  记者了解到,宁夏已制定了《关于加快培育氢能产业发展的指导意见》,通过构建政策支撑体系,大力培育发展氢能产业,促进全区能源产业转型升级,助推经济高质量发展。与此同时,宁东基地也正在以其区位资源优势、产业基础完备、创新动力强劲等特点,着力打造以“绿氢”为主、多种制氢方式并存、上下游紧密衔接的氢能产业链,构建产业、技术、人才、环境齐头并进的氢能生态圈。

  “重点是打造绿氢全产业链条,引导社会资本共同参与合作,在煤化工耦合、绿氢制氨、精细化工用氢、氢储能、氢能消碳、氢能交通、天然气掺氢、氢能民用等领域重点发力,创造创新商业模式。”宁东基地管委会氢能产业发展中心副主任赵瑞说。

  如今,宁东基地正在大力发展可再生能源制氢,重点建设总装机规模达到1000万千瓦的宁东光伏产业园,并支持企业利用这些光伏布局可再生能源制氢项目,持续降低绿氢成本。

  此外,宁东基地还持续加快建设绿氢储运的基础配套设施,利用现有管廊以点带面地把输氢管网布局起来,把所有的制氢站和制氢项目形成循环,并利用煤化工中试基地,组建研究中心,成立创新联盟,提升氢能技术创新水平,开展关键共性技术的攻关。同时,探索建立氢能标准体系,围绕不同氢能应用领域,参与制定相关标准,推动健全完善不同层级的标准体系。

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