把煤化工產(chǎn)生的二氧化碳作為原料，將風電與石化技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)多產(chǎn)業(yè)聯(lián)合共生，可讓煤化工走上綠色低碳的發(fā)展道路。
    以捕集二氧化碳為資源、風電制氫和逆水煤氣變換反應(yīng)三大要素，多產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，就能將煤化工產(chǎn)生的二氧化碳化為資源，構(gòu)建起煤化工的綠色發(fā)展之路。
    煤化工和風電發(fā)展面臨的問題
    我國油氣資源短缺，煤化工作為資源替代產(chǎn)業(yè)具有重要戰(zhàn)略意義。風電是我國快速發(fā)展的綠色能源產(chǎn)業(yè)，對于減少溫室氣體排放意義重大。但目前這兩個行業(yè)的發(fā)展都受到嚴重制約，需要以前瞻的思維和更寬的視角尋求解決之道。
    煤資源面臨短缺。按國家發(fā)改委《煤化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》（征求意見稿），到2020年我國煤制油規(guī)模達3000萬噸/年，煤制烯烴800萬噸/年，煤制二甲醚2000萬噸/年，煤制甲醇6600萬噸/年，約需煤炭資源4億噸/年。但各地受資源產(chǎn)業(yè)拉動經(jīng)濟的驅(qū)使，2011年在建和擬建煤制油項目已達4000萬噸/年，煤制烯烴項目已達2800萬噸/年，煤制氣項目已達1500億立方米/年，已經(jīng)遠遠超出了規(guī)劃總量。從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程看，發(fā)展的熱度越高，總量越難以控制，預(yù)計到2020年煤化工對煤炭資源的需求將大大超過4億噸/年。我國自2009年起已連續(xù)四年成為煤炭凈進口國，2012年全年煤炭凈進口達2.8億噸。按照目前煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，我國煤炭資源長期來看將面臨短缺的窘境。

    二氧化碳排放制約。按國家規(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。國際社會高度關(guān)注二氧化碳等溫室氣體排放問題。在建設(shè)“美麗中國”的理念下，我國將更加重視溫室氣體排放和監(jiān)管，征收碳稅將逐步與國際接軌。目前的煤化工按繳納消費稅計已感到稅負過重、盈利困難，將來面臨碳稅問題，將凸顯二氧化碳排放的制約。
    風電棄風問題。目前我國風電并網(wǎng)消納是個大難題，棄風成為制約風電發(fā)展的突出問題。2011年全國風電限電“棄風”量超過100億千瓦時，并網(wǎng)風電裝機的機組利用小時數(shù)從2010年的2047小時下降到2011年的1903小時，下降約7%。而風電裝機總量從2010年的4182.7萬千瓦猛增到2011年的6273萬千瓦，上升約50%。2012年棄風電量達200億千瓦時。
    突破瓶頸的路徑
    高效、清潔、高附加值、基地一體化，是煤化工的發(fā)展方向。以綠色低碳理念發(fā)展煤化工已成為業(yè)內(nèi)共識。為此有多種發(fā)展思路，如多聯(lián)產(chǎn)路線，即把煤化工與發(fā)電和供熱聯(lián)合，先將煤低溫熱裂解獲得較多的化工原料如甲烷、氫氣、一氧化碳、芳烴等，余下的半焦用于燃燒發(fā)電和供熱，實現(xiàn)煤炭的高能效利用。多產(chǎn)業(yè)共生路線，即煤化工與石化產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，使煤制氫作為煤化工和油品加氫的原料；煤化工與冶金、建材、能源產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，熔池煉鐵使煤和鐵礦石生成鐵和一氧化碳，一氧化碳作為化工原料或發(fā)電燃料，煉鐵爐渣作為建材原料，提高煤炭的資源利用率?；匾惑w化路線，即把原煤處理、煤氣化、合成氣處理、煤氣化發(fā)電、城市垃圾發(fā)電、煤化工、煤制油、后續(xù)產(chǎn)品深加工、公用工程系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等作為基地一體化發(fā)展，實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)籌優(yōu)化。
    煤炭是化石原料中含碳量最高的，多產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，可以降低單位產(chǎn)值的二氧化碳排放量，但只要以煤為原料，都會產(chǎn)生大量二氧化碳。
    加強風電配套電網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化電網(wǎng)運行、控制新建能力、提高風電消費比重，是風電的發(fā)展方向。要解決棄風問題，首先要加強風電配套電網(wǎng)建設(shè)，保障風電優(yōu)先并網(wǎng)。其次把風電場利用率作為發(fā)展擴大風電規(guī)模和布局的重要依據(jù)。再次加快智能電網(wǎng)建設(shè)和探索向周邊地區(qū)擴大電力市場。最后可以在北方地區(qū)發(fā)展風電供暖。
    但兩大因素使我國風電在整個電力消費市場比例的大幅提升難以在短期內(nèi)實現(xiàn)。一是風電天生具有不穩(wěn)定性，帶來負荷受限、低電壓穿越能力不強、易風機脫網(wǎng)等問題。電力市場一般是用電就負荷上升，不用就負荷下降，用電市場需求波動周期很難與風電的不穩(wěn)定性相吻合。歐盟一些國家經(jīng)濟體制類似、國家間關(guān)系穩(wěn)定，電網(wǎng)互通可以有效緩沖電力市場周期波動。而我國向周邊地區(qū)擴大電力市場將面臨比歐盟更大的難度，需要較長的發(fā)展時期。二是德國是歐洲風電發(fā)展最好的國家，電力裝機構(gòu)成的靈活性是其成功的主要因素。德國煤電占電力裝機的35%，核電占16%，優(yōu)質(zhì)調(diào)峰用天然氣、燃油、抽水蓄能發(fā)電裝機占25%，可調(diào)峰用水力、生物質(zhì)發(fā)電裝機占8%，風電裝機占16%。從2011年中國的電力裝機構(gòu)成看，煤電占電力裝機的68%，核電占1%，可調(diào)峰燃氣、燃油發(fā)電裝機占4%，抽水蓄能發(fā)電比例很小，水電占22%，風電裝機占5%。我國的電力裝機構(gòu)成極缺乏靈活性，是長期以來隨著經(jīng)濟和制造業(yè)的發(fā)展而逐步形成的，調(diào)整裝機結(jié)構(gòu)將是一項長期而艱巨的任務(wù)。
    換個角度尋求破解之道
    二氧化碳是資源。中國是世界上二氧化碳排放量最大的國家，環(huán)境壓力對行業(yè)的發(fā)展造成沉重負擔。但換個角度看，把巨大的二氧化碳排放看做資源，則負擔就變成了發(fā)展的厚重基礎(chǔ)。
    水煤氣變換反應(yīng)的工業(yè)化發(fā)展到目前已高度成熟，通過氫氣和二氧化碳制取一氧化碳，進而進行費托合成反應(yīng)。逆變換反應(yīng)以二氧化碳和氫氣作為原料，通過捕集二氧化碳，把煤化工產(chǎn)生的二氧化碳變成資源，相當于開采出的煤炭二次利用提高了煤炭資源利用率，煤化工將走上綠色變身發(fā)展的道路。
    風電專用電解制氫。風力發(fā)電和電解水制氫早已是成熟的技術(shù)，風電制氫也不是新思路。2005年美國能源署對新能源展望的研究中，提出利用太陽能和風能發(fā)電制氫，把氫氣作為燃料供應(yīng)氫燃料電池車。提出了兩種制氫方案：一種是依靠有利的電網(wǎng)設(shè)施集中式地將太陽能或風能發(fā)電制氫并存儲，用管道或罐車將氫氣送到各加氣站；另一種是依據(jù)加氣站的環(huán)境自然條件，分散式地將太陽能或風能發(fā)電并在加氣站就地制氫。由于氫燃料電池車是遠期市場，方案尚未實施。風電制氫，有風就發(fā)電制氫，無風則停止電解，氫氣可儲存、可運輸，使風電擺脫對電力市場的依賴，只要借助火電支撐的電網(wǎng)就可以相對獨立地發(fā)展。
    人類發(fā)明和創(chuàng)造的技術(shù)遠比實際采用的多，原本束之高閣的技術(shù)方案一旦有了合適的契機就會派上大用場。以捕集二氧化碳、風電制氫和逆水煤氣變換反應(yīng)三大要素，就能開啟煤化工的綠色低碳發(fā)展之路。
    三大要素結(jié)合的綠色變身前景
    以煤制甲醇為例，風電電解制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。這樣就擺脫了煤制甲醇直接對煤炭的消耗，利用捕集的二氧化碳提高了碳資源的利用率，進而實現(xiàn)煤化工的綠色變身。僅以2012年200億千瓦時的棄風電量計，如果按照德國Lurgi公司制氫技術(shù)單耗4.6千瓦時/立方米氫氣計，可以制氫約40萬噸。根據(jù)通常的可逆變換反應(yīng)工藝，15.5萬噸氫氣用于生產(chǎn)一氧化碳約190萬噸，消耗二氧化碳約300萬噸（2×600兆瓦煤發(fā)電機組，按每年5000小時運行，年排放二氧化碳約440萬噸，捕集下來即可滿足二氧化碳作為資源的需求）；按通常的甲醇生產(chǎn)工藝，190萬噸一氧化碳和24.5萬噸氫氣可生產(chǎn)甲醇約170萬噸。這相當于節(jié)省標煤約260萬噸，不但避免了約340萬噸二氧化碳的產(chǎn)出，而且消納了約300萬噸二氧化碳，具有重大的綠色發(fā)展意義。
    我國陸上風電快速發(fā)展，海上風電也已起步，風電資源基礎(chǔ)已比較雄厚。在大中型城市周邊發(fā)電廠和石化企業(yè)回收二氧化碳作為資源，更有利于周邊環(huán)境的改善。風電、煤電、電網(wǎng)、電解制氫、石化和煤化工產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，就像在湖泊中結(jié)成穩(wěn)固的連理枝，提高了抵抗市場風浪的能力，三要素結(jié)合的煤化工綠色變身前景十分廣闊。
    前期研究工作需要跨行業(yè)合作推進。煤化工的綠色變身不可能一蹴而就，應(yīng)迅速展開前期工作，早日實現(xiàn)示范項目，以實現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)的綠色升級。前期工作主要有：對逆水煤氣變換反應(yīng)提高轉(zhuǎn)化率的催化劑研究進行大力扶持；對風電、電力傳輸、電解制氫、氫儲存、二氧化碳捕集和運輸、生產(chǎn)布局等方面進行技術(shù)、標準、規(guī)則的跨行業(yè)持續(xù)交流；從多行業(yè)角度，包括環(huán)境成本和碳稅等多方面進行經(jīng)濟可行性研究；對風電、綠色生產(chǎn)和二氧化碳減排展開跨行業(yè)合作研究，研究激勵多行業(yè)合作積極性的機制，爭取國家政策的支持。
                                     

（作者:經(jīng)濟技術(shù)研究院 何錚）