张玉卓:能源耦合技术破解中国清洁能源发展困局

    以煤炭等传统能源清洁化和水、核、风、光等清洁能源产业化为标志，我国已形成自己的清洁能源发展体系。然而近年来，风电和光伏发电等清洁能源在产业化快速发展中却面临着“并网难”的困境。对此，中国工程院院士、神华集团有限责任公司总经理张玉卓提出，加强推进能源耦合优化技术，构建低碳高效清洁多联产能源系统。
　　张玉卓是在2012年岁末由中国工程院与国家能源局举办的一个高规格能源论坛上做上述表示的。他说，所谓能源耦合优化技术，是指从整个清洁能源体系考量，将可再生能源与煤炭多联产耦合，通过煤化工产品的调峰，达到按用户负荷供电的目的，并以此提高能源利用效率，减少污染物排放。
　　他认为，未来能源的生态系统模式的构建，就是利用煤转化过程的新技术与可再生清洁能源相集成，形成近零排放的低碳高效清洁多联产能源系统。

　　中国清洁能源发展位世界前列
　　“低碳、高效、清洁是世界能源发展方向，也是我国能源的战略布局。”张玉卓说，以党的十七大为标志，中国的能源战略已从管理运行层次跨入了战略架构层次，目前正处于能源结构调整的关键时期。2012年的政府工作报告明确提出，优化能源结构，推动传统能源清洁高效利用，安全高效发展核电，积极发展水电，加快页岩气勘查、开发攻关，提高新能源和可再生能源比重。这既是应对全球气候变化的郑重承诺，也是大力发展清洁能源的重大战略决策。
　　据介绍，我国清洁能源发展体系主要包括两方面内容。一方面，是以煤炭为代表的传统能源的清洁化。另一方面，是以水能、核能、风能、太阳能等为代表的清洁能源的产业化。近年来，我国传统能源的清洁化和清洁能源的产业化均发展迅猛，而且走在世界前列。
　　作为在我国煤洁净转化工程技术领域特别是煤制油技术领域的顶级专家，张玉卓对煤炭的清洁化发展和利用有着独特的认知。他说，我国洁净煤技术近年来发展迅猛，煤转化利用已从焦炭、电石、煤制化肥产品为主的传统产业，逐步向石油替代产品为主的现代煤化工转变。目前，我国煤化工技术、产能和产量均居世界第一。2011年，我国煤制液体燃料产能达158万吨，煤制甲醇产能达3800万吨，煤制烯烃产能达180万吨。
　　“我国水电、核电、风电、光伏发电等清洁能源产业化也走在世界前列。”张玉卓说。
　　记者注意到，在2013年全国能源工作会上，国家能源局公布的最新统计数据显示，2012年，我国水电新增装机1亿千瓦，总装机达到2 .49亿千瓦，居世界第一；风电装机由500万千瓦迅速增加到6300万千瓦，成为世界第一风电大国，年发电量超过1000亿千瓦时；光伏发电装机由基本空白增加到700万千瓦；核电在建机组30台、3273万千瓦，在建规模居世界第一，在役机组保持安全稳定运行。
　　据张玉卓介绍，我国的生物质能、地热能和海洋能利用技术等也开始多元化、大规模发展；同时，以煤层气和页岩气为重点的非常规天然气也开始起步。据统计，到2011年底，生物质发电装机约550万千瓦，生物燃料折合约1 .64吨标煤；地源热泵供暖面积达到2亿4千万平方米，高温地热发电趋于成熟；2011年，我国煤层气抽采量达到115亿立方米，利用量达53亿立方米，页岩气开发也迈出重要步伐……

　　破解产业化发展之困
　　正因为我国能源资源禀赋决定了以煤炭为主的一次能源结构在相当长时间内难以改变，大力发展清洁能源才被放在更加突出的战略位置。刚刚结束的全国能源工作会议提出，2013年我国在推进煤炭安全开采和高效利用，优化发展煤电的同时，将进一步发展新能源和可再生能源。全年新增水电装机2100万千瓦、风电装机1800万千瓦、光伏发电装机1000万千瓦。
　　“推动清洁能源产业化规模化发展已是大势所趋，但快速发展的清洁能源对电网的挑战亦日益严峻。”张玉卓说，“清洁可再生能源波幅大、频率高、随机性强，随着风电和光伏发电等可再生能源发电装机容量的快速增加，电网承受能力已到边缘。”
　　他举例说，目前全国共有超过500万千瓦的风电装机未能并网，这相当于500亿元固定投资在白白浪费。由清洁能源不稳定性带来的并网难题，已成为我国清洁能源产业化发展之痛。
　　如何破解这一难题？张玉卓说：“除了不断提高清洁能源自身的能力(比如风电的低电压穿越能力)、改革消除能源体制机制性障碍(比如鼓励分布式太阳能发电并网)以外，蓄电技术受制于规模与成本限制，智能电网技术也只能是长远期的方案，那么，从整个清洁能源体系的考量，将可再生能源与煤炭多联产耦合，通过煤化工产品的调峰，达到按用户负荷供电的目的。”
　　据张玉卓介绍，能源耦合优化技术包括：核能与化工过程的耦合，核能、太阳能、风能制氢与煤多联产的耦合，太阳能制氢与煤多联产的耦合、还有煤与垃圾、生物质共利用等等。
　　谈及核能与化工过程的耦合，张玉卓说，随着核能技术的发展，介质温度越来越高。快堆的温度可达500摄氏度，高温气冷堆可高达950摄氏度，如此高的温度不适合直接用于发电，反而适合于为各种化工过程提供热源。
　　谈及核能、太阳能、风能制氢与煤多联产的耦合，张玉卓说，这是指在煤基多联产中，需要大量的氢气参与化学合成。而核电、太阳能、风能则可以通过电解水、热化学循环分解水、热能高温热裂解等多种方式获得氢气，实现清洁能源的就地利用，从而避开清洁能源并网难的问题。
　　说起煤与垃圾、生物质共利用的话题，张玉卓说，生物质和垃圾是可以直接规模化生产气体、液体、固体等清洁能源的可再生资源，进行煤与垃圾、生物质的共利用，将有助于我国能源结构多元化和实现低碳发展。
　　“鉴于中国能源以煤炭为主的特殊国情，中国发展清洁能源乃大势所趋。”张玉卓指出“中国必须考虑传统能源远未优质化的国情，打造低碳高效的清洁能源全产业链，着力推进清洁能源产业化、规模化发展。”

　　神华集团成清洁能源主力军
　　“中央能源企业作为中国国民经济的重要支柱之一，十分重视能矿资源等领域的开拓和能源产业的创新，逐渐成为推进中国清洁能源发展的主力军。”张玉卓如是说。
　　据张玉卓介绍，作为主要大型中央能源企业的神华集团，自1995年成立至今，不仅成为全球最大的煤炭经销商和煤、电、路、港、航、煤制油化工一体化开发的综合型能源企业，而且已成为低碳高效清洁能源发展的先行者。
　　“神华集团清洁能源产业发展的理念是：高碳产业，低碳发展，科技创造绿色能源资源。”张玉卓说，即针对煤炭这一高碳能源，通过科技创新提升煤质，推进现代煤化工特别是煤制油产业，发展煤炭清洁高效转化利用全产业链；同时加快发展风电、太阳能发电等可再生清洁能源；并通过实现可再生能源与现代煤化工有机耦合，打造低碳高效的煤炭综合开发利用体系。
　　首先，神华在现代煤化工产业方面走在世界前列。其核心理念是通过将高碳的煤炭转化为相对低碳的油品、化工品，对排放的高浓度二氧化碳进行集中捕获和封存处理，实现煤炭清洁低碳转化和利用。神华百万吨级煤直接液化和60万吨/年煤制烯烃项目使中国成为世界唯一掌握该领域大规模工业技术的国家。
　　据了解，目前神华煤化工示范工程共有4项：一是煤制油，具有自主知识产权的世界首套100万吨/年级煤直接液化工业化装置成功建成，2011年生产各类油品79.26万吨，实现营业收入53.54亿元，利税14亿元，并荣获“中国煤炭科学技术奖”特等奖。二是煤制烯烃，年产60万吨煤制烯烃和50万吨煤制丙烯工业示范项目已相继建成，2011年转入商业化运行。三是碳捕捉与封存，与美国C C S合作建成国内首个10万吨/年C C S示范工程，并于2011年1月成功将超临 界 状 态 的 液 体 二 氧 化 碳 注 入 到2243 .6米深的地层，并且经技术改造，C C S成本有可能从277元/吨降至140元/吨。四是煤制天然气，年产17.3亿立方米的煤制合成天然气生产项目，目前已完成可行性研究工作。
　　按照规划，神华目前已在内蒙古、宁夏、陕西、新疆等地筹建一大批煤直接液化、煤间接液化、煤制烯烃、煤制天然气项目。预计到2020年，清洁油品产量将达到1100万吨，煤基化学品产量1000万吨，煤制天然气产量182亿立方米。
　　其次，神华积极发展风电、太阳能等可再生能源。截至2011年底，神华风电装机容量已达335万千瓦，发电量达到40亿千瓦时。按照规划“十二五”期间，神华风电装机将达523万千瓦，总计发电量将达324亿千瓦时；与此同时，神华还将大规模发展太阳能发电项目，并主导参与了2个太阳能发电国家标准和制定。此外，神华在河北尚义投资建设2 .5兆瓦风光互补并网发电项目已经竣工，这是我国首批参与电网调度的风光互补项目。
　　“神华积极发展风电、太阳能等可再生能源，其出发点不仅在于应对可再生能源强制配额，更重要的是为‘可再生能源与现代煤化工的有机耦合’奠定基础。”张玉卓透露说，据此神华投入25亿元建设北京低碳清洁能源研究所，成功引入包括18名入选国家“千人计划”在内的数十位国际能源顶尖人才，为构建低碳高效清洁多联产的能源系统进行积极探索。（记者李新民 实习生樊小菲）