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《中國煤化工》
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生物質能源可以幫煤化工解困
作者: | 來源:國家煤化工網 | 時間:2021-11-22

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蔣劍春 著名生物質能源專家,原中國林業科學研究院林產化學工業研究所所長,研究員、博士生導師,東南大學、南京林業大學兼職教授,中國林學會副理事長,中國林產工業協會活性炭分會會長,中國林學會林產化學化工分會理事長,生物基材料產業技術創新戰略聯盟理事長,生物質能源產業技術創新戰略聯盟副理事長,生物質化學利用國家工程實驗室主任,帶領團隊突破了炭材料和生物燃料等高值產品制造關鍵技術,創制出連續化生產核心裝備,開發的成套技術裝備在國內大范圍推廣應用并出口到日本、意大利等10多個國家,相關研究成果獲授權發明專利75件,獲國家科技進步獎4項、聯合國工業組織等頒發的全球可再生能源最具投資價值領先技術“藍天獎”1項、中國優秀發明專利獎1項、省部級獎勵10項。

實現雙碳目標是中國政府對國際社會的莊嚴承諾,體現的是國家意志。而能耗雙控又是實現雙碳目標的有效舉措之一。可以預見,能源化工行業面臨的壓力將持續并加劇。著名林產化工專家、中國林業科學研究院林產化學工業研究所研究員、中國工程院院士蔣劍春在接受記者采訪時表示,規模化開發利用生物質能源是能源化工行業,尤其是煤化工產業破局脫困的現實路徑。

記者:您了解當前煤化工產業的困局嗎?

蔣劍春:我了解。煤炭是由許多基本結構單元組合而成的大分子結構的混合物,具有碳多氫少、成分復雜、難以分解等特點。煤化工,首先要將煤這種大分子結構的混合物分解成小分子的氣體或液體,然后進行一系列的排列組合、轉化分離、凈化提純,最終變為目標產品。由于增加了將固體大分子結構物質破碎分解為小分子物質的環節,與石油化工和天然氣化工相比,煤化工的工藝流程更長、投資強度更大、能耗更高、“三廢”及二氧化碳排放更多。在碳達峰、碳中和目標加持下,偏重高碳產業的經濟發展之路顯然不可持續。不久前,總投資超千億元、全球最大的在建煤化工項目——陜煤榆林化學煤炭分質利用制化工新材料示范工程突然被按下暫停鍵,既令業內嘩然,也給行業敲響了警鐘。

可以預見,在中國堅定不移實現雙碳目標并持續從嚴落實能耗雙控指標的大背景下,煤化工項目受到的沖擊和影響將持續甚至加劇。煤化工產業必須加速自我革命,努力走出一條擺脫煤炭資源依賴、實現綠色低碳發展的新路子。

記者:作為生物質產業專家,您認為生物質產業能夠幫煤化工一把嗎?

蔣劍春:我認為可以。從節能減碳和可持續發展角度出發,規模化開發和利用生物質能源以替代燃煤鍋爐,就可以緩解煤化工遭受能耗雙控指標、煤耗指標約束。

我可以舉一個陜西煤業新型能源科技股份有限公司(簡稱陜煤新能公司)的例子。該公司成功對一臺35/小時煤粉鍋爐實施了生物質燃料改造,并新上了2×30/小時生物質鍋爐,不僅規避了日益收緊的控煤減碳風險,還取得了較好的經濟與社會效益。

今年以來,針對煤化工企業用煤指標受限、能耗雙控導致不少煤化工企業減產甚至停產的現狀,陜煤新能公司積極與煤化工企業對接,與處于困境中的煤化工企業一拍即合。據我所知,目前已有多家煤化工企業與該公司達成協議,擬聯手將燃煤鍋爐改為生物質鍋爐。陜煤新能公司通過經營模式的創新,60%為自產優質生物質燃料,其余40%燃料采用統一質量標準市場化收購的方式,不僅確保了生物質燃料供應和質量穩定、解決了煤化工企業對生物質燃料供應方面的后顧之憂,還形成了生物質育種-種植-管護-采收-加工-儲運-配送-應用完整的產業鏈,創造了更多就業機會,增加了農民收入,根治了農村地區大量秸稈和農林廢棄物“三堆六亂”頑疾。

用生物質燃料替代燃煤為煤化工企業生產供應優質蒸汽,這樣就可以不像生物質熱電聯產企業那樣過分依賴國家電價補貼。也就是說,通過幫助煤化工企業擺脫能耗雙控和煤耗指標約束,陜煤新能公司與煤化工企業建立起相互依存、榮辱與共的關系,實現了生物質企業、煤化工企業、生物質燃料供應商,以及當地農民的共贏,為生物質產業探索了一條現實可行的運營模式和發展路徑。

記者:生物質產業會與煤化工一樣受能耗雙控影響嗎?

蔣劍春:不會的。首先,生物質產業受政策支持。早在國務院發布的《“十三五”節能減排工作方案》就指出,鼓勵利用可再生能源等優質能源替代燃煤使用,對超出規劃部分可再生能源消費量,不納入能耗總量和強度目標考核。國家發改委出臺的《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》也指出,對超額消納可再生能源電量的地區按規定抵扣相關能耗量。換言之,包括生物質在內的可再生能源的消費,并不占用各地和企業的能耗指標。

其次,生物質產業資源量大、供應可持續。我國是農業大國、林草大國和木材加工大國,每年產生的秸稈、樹枝、枯喬木、果殼等農林廢棄物以及建筑、木材加工、各類包裝產生的廢舊木材超過9億噸,相當于5億噸標煤的資源量。而煤化工產業燃料煤總的消費量不足2億噸標煤/年。更為重要的是,作為可再生能源,只要有光合作用,就會有用之不竭的生物質能源。

再者,生物質產業技術工藝成熟可靠。目前廣泛應用的生物質鍋爐有兩種。一種是生物質氣化-燃燒一體化鍋爐,另一種是生物質直燃鍋爐。兩者原料要求不同、能源轉換效率不同。不過前者相當于生物質經干餾后的燃氣鍋爐,后者與燃煤鍋爐十分接近。全國有近千臺這兩種工藝的裝置在運行,最大的260/小時生物質直燃鍋爐配套80兆瓦發電裝置已平穩運行近一年時間。這表明,生物質鍋爐不僅可以實現大型化,而且技術工藝成熟可靠。

最后,生物質產業減碳及環保效果明顯。與燃料煤相比,使用生物質燃料可減排二氧化碳97.91%、減排二氧化硫99.15%、減排氮氧化物72.09%。同時,生物質氣化-燃氣鍋爐產生的炭渣可進一步加工成木質活性炭、高端燒烤炭等高附加值產品。生物質直燃鍋爐產生的殘灰是生產有機肥和土壤改良劑的優質原材料。可見,采用生物質替代燃料煤幾乎沒有固廢排放。

煤化工用煤包括原料煤和燃料煤,其中燃料煤占到35%40%。目前,一些地方政府不僅出臺了能耗雙控指標,還推行十分嚴格的煤耗控制指標。不少煤化工企業因用能指標不足或用煤指標捉襟見肘而被迫減產甚至停產。若用生物質替代燃料煤,相當于為煤化工企業節約35%以上的煤耗指標。更重要的是,未來二氧化碳排放指標成為約束性指標,需要通過碳市場交易才能獲得,而生物質替代燃料煤零碳排放,將為煤化工企業節省更多碳排放指標,免受碳排放約束,甚至從碳交易中受益。

記者:不過,聽說近幾年不少生物質熱電項目業績差強人意,出現行業性虧損甚至破產倒閉潮。對此您怎么看?

蔣劍春:的確,生物質能源密度小、經濟運輸半徑小、分布零散、收集和保供難度大。這與煤化工裝置能源需求量大、裝置須連續穩定運行形成強烈的反差。

20年來我國生物質產業發展起起伏伏,近幾年因為一些大企業的衰敗再度步入低谷。出現這種局面,我認為最關鍵的因素有兩點。一是絕大多數企業走的是生物質發電或熱電聯產路線,由于過度依賴國家政策補貼,而相關補貼又不能及時到位,導致企業資金鏈斷裂陷入困境;二是相關企業所需原料全部依賴社會收購,而且面對的是分布零散、規模小、實力弱的供應商,原料質量和數量難以保證,導致裝置開開停停,經濟效益和節能環保效果難以達到預期。如此看來,把煤化工和生物質能源看成一對難兄難弟倒挺合適。如果這對難兄難弟聯起手來,在幫助煤化工產業解決日益增加的節能減碳壓力、促進其健康發展的同時,也可以幫助生物質能源產業打開現實可行、可持續的新路徑。

記者 :  我國光伏發電、風電等資源豐富,有不少專家提出煤化工與光伏發電和風電結合的建議。您怎么看?

蔣劍春:坦率地說,從當前來看,煤化工與光伏發電和風電結合,在經濟性上不成立。雖然光伏發電、風電理論上確實能夠幫助煤化工企業擺脫雙碳目標和能耗雙控指標約束,但是,由于目前太陽能和風能利用比較現實的用途是發電,而發電裝置投資大、占地面積廣,對自然條件有一定要求,而且所產生的電力又有間歇性、不穩定等特點,在大型高密度大參數儲能儲電技術和裝備未突破前,其應用場景和利用途徑十分有限。雖然目前已有企業通過光伏發電或風電開展電解水制氫替代煤制氫示范,但總體規模小,且裝置運行不穩定,無法完全滿足煤化工裝置連續穩定運行的要求。

以年產180萬噸甲醇、60萬噸烯烴裝置為例。按生產1噸甲醇消耗1600標方氫氣計算,年消耗氫氣28.8億標方,即每小時消耗氫氣40萬標方。若全部采用電解水制氫,即便采用目前最大的1000標方/小時電解槽,也需要至少400套電解裝置。考慮到風電、光伏發電的間歇性,為確保氫氣供應,制氫能力應富余約1/3,即需建設5201000標方/小時電解水制氫裝置,投資約18億元。假如全部采用光伏發電,按日照條件最好的一類地區計算,需配套3880兆瓦光伏電站,設備投資超過155億元。根據國家最新地面光伏電站建設標準,這部分光伏電站占地高達7.3萬畝。

換句話說,若全部通過光伏發電或風電生產綠氫替代煤制氫,則煤化工企業的投資額將增加1倍。這是任何煤化工企業都難以承受的。

記者:除替代燃料煤外,生物質還有哪些用途和發展方向?

蔣劍春:作為燃料或能源是生物質最初級的應用,也是生物質的保底應用途徑。事實上,由于生物質主要由碳、氫、氧等元素組成,且含有大量纖維素、糖、糠、醇類物質,可轉化為幾十上百種物質。從當前的技術經濟性考慮,還可重點發展包括生物質成型燃料、生物質化學品、高端活性炭在內的生物質炭材料、聚乳酸等生物質可降解材料及膜材料、生物乙醇等生物質含氧化合物或液體燃料,以及生物質有機肥/土壤改良劑等。

記者:您對生物質能源與煤化工產業的結合還有哪些建議?

蔣劍春:一是希望相關部門和地方政府充分認識到生物質能源在替代化石能源、促進節能減碳、實現雙碳目標過程中可以發揮重要作用,有必要出臺實質性扶持政策,支持這對難兄難弟;二是各地政府要切實對企業土地征用/流轉、生物質原料種植、原料運輸、技術研發、裝備購置等給予財政、稅收支持;三是加強農林廢棄物處置監管,通過經濟與行政手段,低成本收集農林廢棄物。

記者:我們期待生物質產業與煤化工產業有更多結合點,共同助力碳中和進程。謝謝您接受采訪!

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