能源革命、工業(yè)革命、科技革命、人工智能疊加，引發(fā)了前所未有的大變革，而能源化工行業(yè)正處于變革的起點(diǎn)。如何迎接變革帶來(lái)的未知機(jī)遇與挑戰(zhàn)?近日，中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡(jiǎn)稱大化所)所長(zhǎng)劉中民給出了他的回答——沿著“四條主線”打造更加合理的能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)結(jié)構(gòu)。即行業(yè)應(yīng)以新思維去審視舊流程，沿著化石能源清潔高效利用與耦合替代、可再生能源多能互補(bǔ)與規(guī)模利用、基于低碳與零碳的工業(yè)再造、低碳化智能化多能融合的四條主線打造新體系。
能源高效利用 推動(dòng)煤化工與石油化工耦合
劉中民指出，在我國(guó)貧油少氣的資源稟賦背景下，油品和化工品的結(jié)構(gòu)矛盾長(zhǎng)期存在，因此用煤炭填補(bǔ)能源化工缺口十分必要。煤化工產(chǎn)業(yè)要在石油化工特別是煉化產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)成熟的情況下，放眼整個(gè)能源化工，甚至是我國(guó)整體工業(yè)結(jié)構(gòu)中去統(tǒng)籌考慮自己的定位問(wèn)題。
煤化工如何與傳統(tǒng)煉化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“共生”?劉中民強(qiáng)調(diào)，關(guān)鍵在于發(fā)揮煤化工的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)。
“煤化工有自己的特色，例如用合成氣做甲醇或者做含氧化學(xué)品是相對(duì)容易的，但從石油化工的路線加工含氧化學(xué)品就需要氧化過(guò)程，很難控制反應(yīng)的選擇性。”劉中民解釋說(shuō)，煤化工中碳碳鍵的變化也與石油化工不同。傳統(tǒng)石油化工的加工路線大部分是大分子變?yōu)樾》肿拥牧呀膺^(guò)程，化學(xué)鍵的斷裂需要相對(duì)高溫的條件和較高的能量供給，屬于吸熱反應(yīng)。而煤化工的主要路線是先將煤轉(zhuǎn)化為合成氣，再轉(zhuǎn)化為烯烴、甲醇或其他下游產(chǎn)品，是由小分子變?yōu)榇蠓肿樱黾踊瘜W(xué)鍵的過(guò)程，比裂解所需的條件更溫和穩(wěn)定。
據(jù)劉中民介紹，大化所進(jìn)行了將煤化工與傳統(tǒng)石油化工路線耦合的嘗試，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出較為成熟的煤基甲醇耦合石腦油制烯烴路線，利用甲醇制烯烴的強(qiáng)放熱特點(diǎn)，與石腦油裂解制乙烯的強(qiáng)吸熱反應(yīng)聯(lián)動(dòng)耦合，讓反應(yīng)熱量達(dá)到相對(duì)平衡。相比起傳統(tǒng)的石腦油制烯烴技術(shù)路線，耦合路線的能耗可降低1/3～1/2，不僅副產(chǎn)物甲烷的產(chǎn)率可降低到4%以下，還能讓石腦油的原料利用率提高10%。
多種綠能互補(bǔ) 發(fā)展儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)規(guī)模利用
“雙碳”目標(biāo)對(duì)新能源的發(fā)展提出了全新的要求，在碳達(dá)峰碳中和背景下，新能源產(chǎn)業(yè)要“先破后立”，發(fā)展大規(guī)模、高比例可再生能源，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的替代。
談及可再生能源發(fā)展的方向和目標(biāo)，劉中民表示，從行業(yè)宏觀來(lái)看，可再生能源發(fā)展的大方向是“三高一低”，即提高轉(zhuǎn)換效率、提高供給質(zhì)量、提高替代比例、降低應(yīng)用成本。而具體產(chǎn)業(yè)則“各有難念的經(jīng)”，光伏產(chǎn)業(yè)目標(biāo)是進(jìn)一步提升光電轉(zhuǎn)化效率；風(fēng)能產(chǎn)業(yè)需要打破大功率機(jī)組整機(jī)方案和部分核心部件依賴進(jìn)口的問(wèn)題；水電產(chǎn)業(yè)需要突破水能發(fā)電機(jī)組瓶頸問(wèn)題；生物質(zhì)能則聚焦于生物質(zhì)高值化利用。
不過(guò)，無(wú)論是哪種可再生能源產(chǎn)業(yè)，都繞不開(kāi)一個(gè)問(wèn)題——并網(wǎng)消納。
劉中民指出，儲(chǔ)能是可再生能源降低并網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)、提高利用效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。目前，我國(guó)在短時(shí)高頻、中短時(shí)長(zhǎng)儲(chǔ)能都有較為明確的解決方案，鋰離子電池、鉛酸電池等技術(shù)目前已經(jīng)較為成熟，不過(guò)未來(lái)還需要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)和檢驗(yàn)，選擇、固化具有成本更低等特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)體系。在長(zhǎng)時(shí)低頻儲(chǔ)能方面則仍然以抽水儲(chǔ)能為主，經(jīng)濟(jì)性有優(yōu)勢(shì)的其他長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)仍需發(fā)展。
“不只是可再生能源的大規(guī)模融合利用，未來(lái)我們要做智慧能源系統(tǒng)、構(gòu)建智能電網(wǎng)也離不開(kāi)儲(chǔ)能。”劉中民表示，氫能的產(chǎn)生、利用、儲(chǔ)存是一個(gè)系統(tǒng)工程，目前成本仍然偏高，未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用需要政府的積極引導(dǎo)和全社會(huì)的共同努力；而當(dāng)前以鋰電池為主的電化學(xué)儲(chǔ)能則受我國(guó)鋰資源儲(chǔ)量限制，國(guó)家也出臺(tái)了重大研究計(jì)劃推動(dòng)其他電化學(xué)儲(chǔ)能方式的研究，液流電池就是其中之一。
引入清潔氫能 基于低碳再造工業(yè)流程
“在工業(yè)中，氫能同時(shí)具有物質(zhì)和能量屬性，能同時(shí)滿足生產(chǎn)供能和原料的需求。”談及能源化工行業(yè)的減碳之路，劉中民認(rèn)為，難脫碳行業(yè)深度減排的重點(diǎn)，應(yīng)該放在一個(gè)“氫”字上：“因?yàn)閺母拍钌蟻?lái)講，化石能源無(wú)論是燃燒還是生產(chǎn)油品、化學(xué)品，都是產(chǎn)生二氧化碳的過(guò)程，單靠能源化工行業(yè)自身實(shí)現(xiàn)零碳是不可能的，應(yīng)當(dāng)引入其他清潔原料或能源‘對(duì)沖’，由清潔能源制取的綠氫就是很好的選擇。”
據(jù)介紹，目前生產(chǎn)技術(shù)最成熟的氫還是來(lái)自化石能源，碳排放量較高的“灰氫”。由化石能源聯(lián)合碳捕集、利用與封存技術(shù)制得的“藍(lán)氫”雖然降低了部分過(guò)程碳排放，但能耗大、成本高的特點(diǎn)仍然讓其難以大規(guī)模應(yīng)用。而由可再生能源制取的“綠氫”能實(shí)現(xiàn)全過(guò)程無(wú)碳化，將成為難脫碳行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳與零碳發(fā)展的重要媒介。
“以煤制烯烴為例，充足綠氫的加入可以完全替代掉流程中水煤氣變換的環(huán)節(jié)，減少70%的二氧化碳排放，同時(shí)，電解水制氫剩下的副產(chǎn)品氧氣還能用于煤氣化工藝流程，這樣又能從空分裝置里‘省下’一筆能耗，可以促進(jìn)煤化工零碳排甚至負(fù)碳排。”劉中民說(shuō)。
疊加人工智能 低碳化智能化多能融合
劉中民表示，人工智能將帶動(dòng)能源化工行業(yè)的深刻變革。以能源化工行業(yè)的科技創(chuàng)新為例，傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化流程要經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)室小試、中試放大、工業(yè)性試驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)才能嘗試投入工業(yè)生產(chǎn)，成本高、時(shí)間長(zhǎng)，其中的中試放大環(huán)節(jié)更是行業(yè)難點(diǎn)、痛點(diǎn)，很多技術(shù)都“倒在”這一關(guān)上。
“現(xiàn)在人工智能來(lái)了，我們可以探索從小試通過(guò)人工智能一步干到工廠的路徑。”據(jù)劉中民介紹，大化所已經(jīng)形成了一整套方案，正在研究如何建立數(shù)字化孿生的虛擬工廠模型，實(shí)現(xiàn)化工知識(shí)的快速檢索及化工流程工藝的自主設(shè)計(jì)和優(yōu)化，有望縮短化工工藝流程的研發(fā)周期，為實(shí)驗(yàn)室成果快速走向工業(yè)化提供可能。
“未來(lái)的能源系統(tǒng)，必然是低碳化、智能化和分布式能源相結(jié)合的系統(tǒng)。能源革命、工業(yè)革命正在呼喚科技革命，疊加人工智能，一場(chǎng)前所未有的大變革正在啟動(dòng)。”劉中民說(shuō)，“我們處于變革的起點(diǎn)，有很多未知，也就有很多希望，我們一定要用新思維去審視舊流程，在這個(gè)基礎(chǔ)上打造更加合理的能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)結(jié)構(gòu)。”
（中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所所長(zhǎng)劉中民）
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