2014年，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)保持強(qiáng)勁增長，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到9637萬千瓦，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的7%，占全球風(fēng)電裝機(jī)的27%。圖為我國的一個風(fēng)電場。 (CFP 供圖)
風(fēng)電制氫多聯(lián)產(chǎn)：空中樓閣還是前景可期？
“能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，關(guān)乎發(fā)展與民生。要大力發(fā)展風(fēng)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能，積極發(fā)展水電，安全發(fā)展核電，開發(fā)利用頁巖氣、煤層氣。”李克強(qiáng)總理在2015年《政府工作報(bào)告》中的如此表述，引發(fā)了能源界的廣泛關(guān)注。
一些業(yè)內(nèi)人士表示，2014年《政府工作報(bào)告》提及風(fēng)電、光伏等清潔能源時用的是“鼓勵發(fā)展”，而今年變成了“大力發(fā)展”，表明政府對風(fēng)電等清潔能源的支持力度將進(jìn)一步加大。
在此背景下，近來又有一些專家提出，可將風(fēng)電制氫與煤化工用氫、石化用氫相結(jié)合，走多聯(lián)產(chǎn)的綠色發(fā)展之路。這，到底是一種規(guī)劃設(shè)想，還是具有工程化可行性的方案?中國化工報(bào)記者日前進(jìn)行了調(diào)研采訪。
減少能源消耗，降低污染排放—— 設(shè)想或可實(shí)現(xiàn)雙贏
近幾年，我國風(fēng)電裝機(jī)容量增長迅猛，但由于風(fēng)電天生的不穩(wěn)定性造成電網(wǎng)難以消納等因素，伴生的棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重。所謂棄風(fēng)，是指在風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)機(jī)處于正常的情況下，由于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)接納能力不足、風(fēng)電場建設(shè)工期不匹配和風(fēng)電不穩(wěn)定等自身特點(diǎn)，導(dǎo)致的部分風(fēng)電場風(fēng)機(jī)暫停的現(xiàn)象。我國每年因棄風(fēng)而損失的電量超過100億千瓦時，造成了不小的浪費(fèi)。
而我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，則面臨較大的二氧化碳排放壓力。按我國規(guī)劃的煤化工發(fā)展規(guī)模，到2020年煤化工排放的二氧化碳將在2億噸/年以上。如果屆時征收碳稅，將在一定程度上削弱新型煤化工的綜合競爭力。
此外，當(dāng)前我國油品正在抓緊升級。石化企業(yè)油品一般采取加氫精制的方法，對氫氣的需求日益增大。在氫氣的來源中，煤制氫、煉廠干氣制氫等方式，也存在二氧化碳的排放問題。
在這些背景之下，有業(yè)內(nèi)人士提出了這樣的設(shè)想：如果利用大規(guī)模的風(fēng)電進(jìn)行電解水制氫，可以減少化石能源消耗，降低污染物排放，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與煤化工、石油化工的多聯(lián)產(chǎn)。
中石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院高級工程師何錚認(rèn)為，提到二氧化碳，大家都會將其看作環(huán)保的宿敵，其實(shí)如果轉(zhuǎn)換看問題的角度，工廠排放的二氧化碳也是一種資源。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電和電解水制氫已是成熟技術(shù)，而用風(fēng)電制氫不產(chǎn)生二氧化硫和二氧化碳排放，水煤氣變換反應(yīng)也是成熟的技術(shù)。通過氫氣和二氧化碳制取一氧化碳，逆變換反應(yīng)以二氧化碳和氫氣為原料，把風(fēng)力發(fā)電、發(fā)電后電解水制氫、捕集二氧化碳、逆變換反應(yīng)幾個要素組合，就能實(shí)現(xiàn)煤化工的綠色變身。何錚表示，通過捕集二氧化碳，把煤化工產(chǎn)生的二氧化碳變成了資源，相當(dāng)于將開采出的煤炭二次利用。以煤制甲醇為例，風(fēng)電電解制得的氫氣與捕集的二氧化碳，通過逆變換反應(yīng)生產(chǎn)一氧化碳，一氧化碳與氫氣生產(chǎn)甲醇，按一般甲醇生產(chǎn)工藝計(jì)，190萬噸一氧化碳和24.5萬噸氫氣，可生產(chǎn)甲醇約170萬噸，相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)煤約260萬噸，消納二氧化碳約300萬噸。
中國成達(dá)化學(xué)工程公司高級工程師李瓊玖提出，粉煤氣化生成的合成氣，其氫氣與一氧化碳的量比為0.42，而合成甲醇要求量比為2。因此，需要將多余的一氧化碳進(jìn)行水蒸氣變換成二氧化碳和氫氣，則有52.6%的一氧化碳變換成氫氣，每噸甲醇需排放二氧化碳約1.53噸。如果用風(fēng)電電解水制取氫氣，煤氣化產(chǎn)生的一氧化碳就不需變換成氫氣。在相同煤耗的條件下，甲醇產(chǎn)量可增加約1倍，避免了大量二氧化碳排放。以年產(chǎn)120萬噸甲醇裝置計(jì)，可減排二氧化碳182.6萬噸。水電解分離出的氧，還可以作煤氣化用氧，代替深冷分離制氧的空分裝置，利用含一氧化碳63%的煤制合成氣作水電解的反極化劑循環(huán)制氫，可使制氫的耗電量大幅降低。這樣，風(fēng)電與煤基甲醇生產(chǎn)集成，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益雙贏的效果。
北京綠達(dá)源科技有限公司高級工程師鄭爾歷表示，如果采用風(fēng)電制氫的模式，風(fēng)電場就不用建設(shè)并網(wǎng)設(shè)備，風(fēng)電機(jī)組會大大簡化，風(fēng)能的利用率也可得到有效提高。而且制氫模式并不需要特別先進(jìn)的技術(shù)，絕大部分是利用成熟的電解技術(shù)和氫能源應(yīng)用技術(shù)的組合。不斷擴(kuò)大規(guī)模、逐步簡化設(shè)備投資、提高投入產(chǎn)出比，應(yīng)該是其未來發(fā)展的方向。
