把煤化工產(chǎn)生的二氧化碳作為原料，將風(fēng)電與石化技術(shù)相結合，實(shí)現多產(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(fēng)電制氫和逆水煤氣變換反應三大要素，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，構建起煤化工的綠色發(fā)展之路。
    煤化工和風(fēng)電發(fā)展面臨的問(wèn)題
    我國油氣資源短缺，煤化工作為資源替代產(chǎn)業(yè)具有重要戰略意義。風(fēng)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(gè)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(cháng)期發(fā)展規劃》（征求意見(jiàn)稿），到2020年我國煤制油規模達3000萬(wàn)噸/年，煤制烯烴800萬(wàn)噸/年，煤制二甲醚2000萬(wàn)噸/年，煤制甲醇6600萬(wàn)噸/年，約需煤炭資源4億噸/年。但各地受資源產(chǎn)業(yè)拉動(dòng)經(jīng)濟的驅使，2011年在建和擬建煤制油項目已達4000萬(wàn)噸/年，煤制烯烴項目已達2800萬(wàn)噸/年，煤制氣項目已達1500億立方米/年，已經(jīng)遠遠超出了規劃總量。從國內產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程看，發(fā)展的熱度越高，總量越難以控制，預計到2020年煤化工對煤炭資源的需求將大大超過(guò)4億噸/年。我國自2009年起已連續四年成為煤炭?jì)暨M(jìn)口國，2012年全年煤炭?jì)暨M(jìn)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(cháng)期來(lái)看將面臨短缺的窘境。

    二氧化碳排放制約。按國家規劃的煤化工發(fā)展規模，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(huì )高度關(guān)注二氧化碳等溫室氣體排放問(wèn)題。在建設“美麗中國”的理念下，我國將更加重視溫室氣體排放和監管，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(guò)重、盈利困難，將來(lái)面臨碳稅問(wèn)題，將凸顯二氧化碳排放的制約。
    風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題。目前我國風(fēng)電并網(wǎng)消納是個(gè)大難題，棄風(fēng)成為制約風(fēng)電發(fā)展的突出問(wèn)題。2011年全國風(fēng)電限電“棄風(fēng)”量超過(guò)100億千瓦時(shí)，并網(wǎng)風(fēng)電裝機的機組利用小時(shí)數從2010年的2047小時(shí)下降到2011年的1903小時(shí)，下降約7%。而風(fēng)電裝機總量從2010年的4182.7萬(wàn)千瓦猛增到2011年的6273萬(wàn)千瓦，上升約50%。2012年棄風(fēng)電量達200億千瓦時(shí)。
    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)內共識。為此有多種發(fā)展思路，如多聯(lián)產(chǎn)路線(xiàn)，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(shí)現煤炭的高能效利用。多產(chǎn)業(yè)共生路線(xiàn)，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(xiàn)，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、后續產(chǎn)品深加工、公用工程系統、物流系統等作為基地一體化發(fā)展，實(shí)現煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的統籌優(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(huì )產(chǎn)生大量二氧化碳。
    加強風(fēng)電配套電網(wǎng)建設、優(yōu)化電網(wǎng)運行、控制新建能力、提高風(fēng)電消費比重，是風(fēng)電的發(fā)展方向。要解決棄風(fēng)問(wèn)題，首先要加強風(fēng)電配套電網(wǎng)建設，保障風(fēng)電優(yōu)先并網(wǎng)。其次把風(fēng)電場(chǎng)利用率作為發(fā)展擴大風(fēng)電規模和布局的重要依據。再次加快智能電網(wǎng)建設和探索向周邊地區擴大電力市場(chǎng)。最后可以在北方地區發(fā)展風(fēng)電供暖。
    但兩大因素使我國風(fēng)電在整個(gè)電力消費市場(chǎng)比例的大幅提升難以在短期內實(shí)現。一是風(fēng)電天生具有不穩定性，帶來(lái)負荷受限、低電壓穿越能力不強、易風(fēng)機脫網(wǎng)等問(wèn)題。電力市場(chǎng)一般是用電就負荷上升，不用就負荷下降，用電市場(chǎng)需求波動(dòng)周期很難與風(fēng)電的不穩定性相吻合。歐盟一些國家經(jīng)濟體制類(lèi)似、國家間關(guān)系穩定，電網(wǎng)互通可以有效緩沖電力市場(chǎng)周期波動(dòng)。而我國向周邊地區擴大電力市場(chǎng)將面臨比歐盟更大的難度，需要較長(cháng)的發(fā)展時(shí)期。二是德國是歐洲風(fēng)電發(fā)展最好的國家，電力裝機構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)調峰用天然氣、燃油、抽水蓄能發(fā)電裝機占25%，可調峰用水力、生物質(zhì)發(fā)電裝機占8%，風(fēng)電裝機占16%。從2011年中國的電力裝機構成看，煤電占電力裝機的68%，核電占1%，可調峰燃氣、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(fēng)電裝機占5%。我國的電力裝機構成極缺乏靈活性，是長(cháng)期以來(lái)隨著(zhù)經(jīng)濟和制造業(yè)的發(fā)展而逐步形成的，調整裝機結構將是一項長(cháng)期而艱巨的任務(wù)。
    換個(gè)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(gè)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。
    水煤氣變換反應的工業(yè)化發(fā)展到目前已高度成熟，通過(guò)氫氣和二氧化碳制取一氧化碳，進(jìn)而進(jìn)行費托合成反應。逆變換反應以二氧化碳和氫氣作為原料，通過(guò)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(kāi)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(fēng)電專(zhuān)用電解制氫。風(fēng)力發(fā)電和電解水制氫早已是成熟的技術(shù)，風(fēng)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(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電制氫，把氫氣作為燃料供應氫燃料電池車(chē)。提出了兩種制氫方案：一種是依靠有利的電網(wǎng)設施集中式地將太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電制氫并存儲，用管道或罐車(chē)將氫氣送到各加氣站；另一種是依據加氣站的環(huán)境自然條件，分散式地將太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電并在加氣站就地制氫。由于氫燃料電池車(chē)是遠期市場(chǎng)，方案尚未實(shí)施。風(fēng)電制氫，有風(fēng)就發(fā)電制氫，無(wú)風(fēng)則停止電解，氫氣可儲存、可運輸，使風(fēng)電擺脫對電力市場(chǎng)的依賴(lài)，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(lèi)發(fā)明和創(chuàng )造的技術(shù)遠比實(shí)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(huì )派上大用場(chǎng)。以捕集二氧化碳、風(fēng)電制氫和逆水煤氣變換反應三大要素，就能開(kāi)啟煤化工的綠色低碳發(fā)展之路。
    三大要素結合的綠色變身前景
    以煤制甲醇為例，風(fēng)電電解制的氫氣與捕集的二氧化碳通過(guò)逆變換反應生產(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(jìn)而實(shí)現煤化工的綠色變身。僅以2012年200億千瓦時(shí)的棄風(fēng)電量計，如果按照德國Lurgi公司制氫技術(shù)單耗4.6千瓦時(shí)/立方米氫氣計，可以制氫約40萬(wàn)噸。根據通常的可逆變換反應工藝，15.5萬(wàn)噸氫氣用于生產(chǎn)一氧化碳約190萬(wàn)噸，消耗二氧化碳約300萬(wàn)噸（2×600兆瓦煤發(fā)電機組，按每年5000小時(shí)運行，年排放二氧化碳約440萬(wàn)噸，捕集下來(lái)即可滿(mǎn)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(wàn)噸一氧化碳和24.5萬(wàn)噸氫氣可生產(chǎn)甲醇約170萬(wàn)噸。這相當于節省標煤約260萬(wàn)噸，不但避免了約340萬(wàn)噸二氧化碳的產(chǎn)出，而且消納了約300萬(wàn)噸二氧化碳，具有重大的綠色發(fā)展意義。
    我國陸上風(fēng)電快速發(fā)展，海上風(fēng)電也已起步，風(fēng)電資源基礎已比較雄厚。在大中型城市周邊發(fā)電廠(chǎng)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(fēng)電、煤電、電網(wǎng)、電解制氫、石化和煤化工產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，就像在湖泊中結成穩固的連理枝，提高了抵抗市場(chǎng)風(fēng)浪的能力，三要素結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(jìn)。煤化工的綠色變身不可能一蹴而就，應迅速展開(kāi)前期工作，早日實(shí)現示范項目，以實(shí)現煤化工產(chǎn)業(yè)的綠色升級。前期工作主要有：對逆水煤氣變換反應提高轉化率的催化劑研究進(jìn)行大力扶持；對風(fēng)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(jìn)行技術(shù)、標準、規則的跨行業(yè)持續交流；從多行業(yè)角度，包括環(huán)境成本和碳稅等多方面進(jìn)行經(jīng)濟可行性研究；對風(fēng)電、綠色生產(chǎn)和二氧化碳減排展開(kāi)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）