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生物质能源可以帮煤化工解困

生物质能源可以帮煤化工解困 蒋剑春 著名生物质能源专家,原中国林业科学研究院林产化学工业研究所所长,研究员、博士生导师,东南大学、南京林业大学兼职教授,中国林学会副理事长,中国林产…

生物质能源可以帮煤化工解困

蒋剑春 著名生物质能源专家,原中国林业科学研究院林产化学工业研究所所长,研究员、博士生导师,东南大学、南京林业大学兼职教授,中国林学会副理事长,中国林产工业协会活性炭分会会长,中国林学会林产化学化工分会理事长,生物基材料产业技术创新战略联盟理事长,生物质能源产业技术创新战略联盟副理事长,生物质化学利用国家工程实验室主任,带领团队突破了炭材料和生物燃料等高值产品制造关键技术,创制出连续化生产核心装备,开发的成套技术装备在国内大范围推广应用并出口到日本、意大利等10多个国家,相关研究成果获授权发明专利75件,获国家科技进步奖4项、联合国工业组织等颁发的全球可再生能源最具投资价值领先技术“蓝天奖”1项、中国优秀发明专利奖1项、省部级奖励10项。

实现双碳目标是中国政府对国际社会的庄严承诺,体现的是国家意志。而能耗双控又是实现双碳目标的有效举措之一。可以预见,能源化工行业面临的压力将持续并加剧。著名林产化工专家、中国林业科学研究院林产化学工业研究所研究员、中国工程院院士蒋剑春在接受记者采访时表示,规模化开发利用生物质能源是能源化工行业,尤其是煤化工产业破局脱困的现实路径。

记者:您了解当前煤化工产业的困局吗?

蒋剑春:我了解。煤炭是由许多基本结构单元组合而成的大分子结构的混合物,具有碳多氢少、成分复杂、难以分解等特点。煤化工,首先要将煤这种大分子结构的混合物分解成小分子的气体或液体,然后进行一系列的排列组合、转化分离、净化提纯,最终变为目标产品。由于增加了将固体大分子结构物质破碎分解为小分子物质的环节,与石油化工和天然气化工相比,煤化工的工艺流程更长、投资强度更大、能耗更高、“三废”及二氧化碳排放更多。在碳达峰、碳中和目标加持下,偏重高碳产业的经济发展之路显然不可持续。不久前,总投资超千亿元、全球最大的在建煤化工项目——陕煤榆林化学煤炭分质利用制化工新材料示范工程突然被按下暂停键,既令业内哗然,也给行业敲响了警钟。

可以预见,在中国坚定不移实现双碳目标并持续从严落实能耗双控指标的大背景下,煤化工项目受到的冲击和影响将持续甚至加剧。煤化工产业必须加速自我革命,努力走出一条摆脱煤炭资源依赖、实现绿色低碳发展的新路子。

记者:作为生物质产业专家,您认为生物质产业能够帮煤化工一把吗?

蒋剑春:我认为可以。从节能减碳和可持续发展角度出发,规模化开发和利用生物质能源以替代燃煤锅炉,就可以缓解煤化工遭受能耗双控指标、煤耗指标约束。

我可以举一个陕西煤业新型能源科技股份有限公司(简称陕煤新能公司)的例子。该公司成功对一台35吨/小时煤粉锅炉实施了生物质燃料改造,并新上了2×30吨/小时生物质锅炉,不仅规避了日益收紧的控煤减碳风险,还取得了较好的经济与社会效益。

今年以来,针对煤化工企业用煤指标受限、能耗双控导致不少煤化工企业减产甚至停产的现状,陕煤新能公司积极与煤化工企业对接,与处于困境中的煤化工企业一拍即合。据我所知,目前已有多家煤化工企业与该公司达成协议,拟联手将燃煤锅炉改为生物质锅炉。陕煤新能公司通过经营模式的创新,60%为自产优质生物质燃料,其余40%燃料采用统一质量标准市场化收购的方式,不仅确保了生物质燃料供应和质量稳定、解决了煤化工企业对生物质燃料供应方面的后顾之忧,还形成了生物质育种-种植-管护-采收-加工-储运-配送-应用完整的产业链,创造了更多就业机会,增加了农民收入,根治了农村地区大量秸秆和农林废弃物“三堆六乱”顽疾。

用生物质燃料替代燃煤为煤化工企业生产供应优质蒸汽,这样就可以不像生物质热电联产企业那样过分依赖国家电价补贴。也就是说,通过帮助煤化工企业摆脱能耗双控和煤耗指标约束,陕煤新能公司与煤化工企业建立起相互依存、荣辱与共的关系,实现了生物质企业、煤化工企业、生物质燃料供应商,以及当地农民的共赢,为生物质产业探索了一条现实可行的运营模式和发展路径。

记者:生物质产业会与煤化工一样受能耗双控影响吗?

蒋剑春:不会的。首先,生物质产业受政策支持。早在国务院发布的《“十三五”节能减排工作方案》就指出,鼓励利用可再生能源等优质能源替代燃煤使用,对超出规划部分可再生能源消费量,不纳入能耗总量和强度目标考核。国家发改委出台的《完善能源消费强度和总量双控制度方案》也指出,对超额消纳可再生能源电量的地区按规定抵扣相关能耗量。换言之,包括生物质在内的可再生能源的消费,并不占用各地和企业的能耗指标。

其次,生物质产业资源量大、供应可持续。我国是农业大国、林草大国和木材加工大国,每年产生的秸秆、树枝、枯乔木、果壳等农林废弃物以及建筑、木材加工、各类包装产生的废旧木材超过9亿吨,相当于5亿吨标煤的资源量。而煤化工产业燃料煤总的消费量不足2亿吨标煤/年。更为重要的是,作为可再生能源,只要有光合作用,就会有用之不竭的生物质能源。

再者,生物质产业技术工艺成熟可靠。目前广泛应用的生物质锅炉有两种。一种是生物质气化-燃烧一体化锅炉,另一种是生物质直燃锅炉。两者原料要求不同、能源转换效率不同。不过前者相当于生物质经干馏后的燃气锅炉,后者与燃煤锅炉十分接近。全国有近千台这两种工艺的装置在运行,最大的260吨/小时生物质直燃锅炉配套80兆瓦发电装置已平稳运行近一年时间。这表明,生物质锅炉不仅可以实现大型化,而且技术工艺成熟可靠。

最后,生物质产业减碳及环保效果明显。与燃料煤相比,使用生物质燃料可减排二氧化碳97.91%、减排二氧化硫99.15%、减排氮氧化物72.09%。同时,生物质气化-燃气锅炉产生的炭渣可进一步加工成木质活性炭、高端烧烤炭等高附加值产品。生物质直燃锅炉产生的残灰是生产有机肥和土壤改良剂的优质原材料。可见,采用生物质替代燃料煤几乎没有固废排放。

煤化工用煤包括原料煤和燃料煤,其中燃料煤占到35%~40%。目前,一些地方政府不仅出台了能耗双控指标,还推行十分严格的煤耗控制指标。不少煤化工企业因用能指标不足或用煤指标捉襟见肘而被迫减产甚至停产。若用生物质替代燃料煤,相当于为煤化工企业节约35%以上的煤耗指标。更重要的是,未来二氧化碳排放指标成为约束性指标,需要通过碳市场交易才能获得,而生物质替代燃料煤零碳排放,将为煤化工企业节省更多碳排放指标,免受碳排放约束,甚至从碳交易中受益。

记者:不过,听说近几年不少生物质热电项目业绩差强人意,出现行业性亏损甚至破产倒闭潮。对此您怎么看?

蒋剑春:的确,生物质能源密度小、经济运输半径小、分布零散、收集和保供难度大。这与煤化工装置能源需求量大、装置须连续稳定运行形成强烈的反差。

近20年来我国生物质产业发展起起伏伏,近几年因为一些大企业的衰败再度步入低谷。出现这种局面,我认为最关键的因素有两点。一是绝大多数企业走的是生物质发电或热电联产路线,由于过度依赖国家政策补贴,而相关补贴又不能及时到位,导致企业资金链断裂陷入困境;二是相关企业所需原料全部依赖社会收购,而且面对的是分布零散、规模小、实力弱的供应商,原料质量和数量难以保证,导致装置开开停停,经济效益和节能环保效果难以达到预期。如此看来,把煤化工和生物质能源看成一对难兄难弟倒挺合适。如果这对难兄难弟联起手来,在帮助煤化工产业解决日益增加的节能减碳压力、促进其健康发展的同时,也可以帮助生物质能源产业打开现实可行、可持续的新路径。

记者 :  我国光伏发电、风电等资源丰富,有不少专家提出煤化工与光伏发电和风电结合的建议。您怎么看?

蒋剑春:坦率地说,从当前来看,煤化工与光伏发电和风电结合,在经济性上不成立。虽然光伏发电、风电理论上确实能够帮助煤化工企业摆脱双碳目标和能耗双控指标约束,但是,由于目前太阳能和风能利用比较现实的用途是发电,而发电装置投资大、占地面积广,对自然条件有一定要求,而且所产生的电力又有间歇性、不稳定等特点,在大型高密度大参数储能储电技术和装备未突破前,其应用场景和利用途径十分有限。虽然目前已有企业通过光伏发电或风电开展电解水制氢替代煤制氢示范,但总体规模小,且装置运行不稳定,无法完全满足煤化工装置连续稳定运行的要求。

以年产180万吨甲醇、60万吨烯烃装置为例。按生产1吨甲醇消耗1600标方氢气计算,年消耗氢气28.8亿标方,即每小时消耗氢气40万标方。若全部采用电解水制氢,即便采用目前最大的1000标方/小时电解槽,也需要至少400套电解装置。考虑到风电、光伏发电的间歇性,为确保氢气供应,制氢能力应富余约1/3,即需建设520套1000标方/小时电解水制氢装置,投资约18亿元。假如全部采用光伏发电,按日照条件最好的一类地区计算,需配套3880兆瓦光伏电站,设备投资超过155亿元。根据国家最新地面光伏电站建设标准,这部分光伏电站占地高达7.3万亩。

换句话说,若全部通过光伏发电或风电生产绿氢替代煤制氢,则煤化工企业的投资额将增加1倍。这是任何煤化工企业都难以承受的。

记者:除替代燃料煤外,生物质还有哪些用途和发展方向?

蒋剑春:作为燃料或能源是生物质最初级的应用,也是生物质的保底应用途径。事实上,由于生物质主要由碳、氢、氧等元素组成,且含有大量纤维素、糖、糠、醇类物质,可转化为几十上百种物质。从当前的技术经济性考虑,还可重点发展包括生物质成型燃料、生物质化学品、高端活性炭在内的生物质炭材料、聚乳酸等生物质可降解材料及膜材料、生物乙醇等生物质含氧化合物或液体燃料,以及生物质有机肥/土壤改良剂等。

记者:您对生物质能源与煤化工产业的结合还有哪些建议?

蒋剑春:一是希望相关部门和地方政府充分认识到生物质能源在替代化石能源、促进节能减碳、实现双碳目标过程中可以发挥重要作用,有必要出台实质性扶持政策,支持这对难兄难弟;二是各地政府要切实对企业土地征用/流转、生物质原料种植、原料运输、技术研发、装备购置等给予财政、税收支持;三是加强农林废弃物处置监管,通过经济与行政手段,低成本收集农林废弃物。

记者:我们期待生物质产业与煤化工产业有更多结合点,共同助力碳中和进程。谢谢您接受采访!

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作者: Anita

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