“碳達(dá)峰”“碳中和”“新能源”無疑是2021年的年度熱詞。今年的中央經(jīng)濟(jì)工作會議就明確提出：“要正確認(rèn)識和把握碳達(dá)峰碳中和。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，要堅(jiān)定不移推進(jìn)，但不可能畢其功于一役。”同時(shí)也提出“要狠抓綠色低碳技術(shù)攻關(guān)。”

據(jù)了解，以煤化工業(yè)務(wù)見長的寧夏，煤制氫的消耗量每年高達(dá)240萬噸。光是生產(chǎn)這些煤制氫，就需要消耗2880萬噸標(biāo)煤，并產(chǎn)生5600萬噸的二氧化碳排放。如何實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型是擺在他們面前的一道難題！

千億化工園區(qū)用上綠色氫能

從銀川出發(fā)一路向東，跨過靜靜流淌的黃河，寧東能源化工基地就矗立在毛烏素沙地的邊緣。這里是我國重要的大型煤炭生產(chǎn)基地、煤化工產(chǎn)業(yè)基地和“西電東送”火電基地。

半年前，這個(gè)傳統(tǒng)能源化工基地出現(xiàn)了一個(gè)新家伙，就是氫能源卡車。

沒有噪音和污染，開卡車20多年的王成武一下子就輕松了。

今年5月，寧夏首家，也是西北地區(qū)正式投運(yùn)的第一個(gè)加氫站建成，每天可以為50輛氫燃料電池重卡車加注氫氣。

王成武的氫能源車每兩天就要到這里來加一次氫。

氫能源卡車和加氫站只是這個(gè)傳統(tǒng)的能源化工基地變化的一個(gè)小小縮影。在過去很多年，由于坐擁豐富的煤炭資源，寧東基地是我國最大的煤制油、煤基烯烴生產(chǎn)基地。隨著 “碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)的提出，高能耗、高排放卻成為懸在寧東基地頭頂?shù)囊话褎Α?/p>

寧東基地“依煤而建、因煤而興”，是西北唯一產(chǎn)值過千億元的化工園區(qū)，更是區(qū)域工業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定器和動力源。但寧東能源化工基地每年消耗煤炭9000多萬噸，除了火力發(fā)電之外，有5000萬噸用于煤化工，占比超過了50%。

作為煤化工的基礎(chǔ)原料，煤制氫的消耗量每年高達(dá)240萬噸。光是生產(chǎn)這些煤制氫，就需要消耗2880萬噸標(biāo)煤，并產(chǎn)生5600萬噸的二氧化碳排放。

站在轉(zhuǎn)型的十字路口，寧東基地急需找到一把破解能源資源環(huán)境瓶頸的“鑰匙”。最終，他們把目光瞄準(zhǔn)了氫能源。氫氣，是現(xiàn)代煤化工的重要基礎(chǔ)原料。

在寧東基地，大部分的氫氣主要是通過碳與水反應(yīng)得來的煤制氫，俗稱灰氫。盡管成本低，但這樣的方式，不可避免增加能耗、水耗和排放大量二氧化碳。

寶豐能源是寧東基地一家大型的煤化工企業(yè)，從2019年開始，劉飛就和各個(gè)部門抽調(diào)的工程師們一起，組成了技術(shù)攻關(guān)小組，研發(fā)以太陽能發(fā)“綠電”，電解水制“綠氫”“綠氧”，直供煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)的總體技術(shù)方案。

過去，傳統(tǒng)的堿水電解槽主要用于電廠以及多晶硅生產(chǎn)等，制氫規(guī)模大多為每小時(shí)200到300標(biāo)準(zhǔn)立方米，最大的也不超過500標(biāo)方。但是劉飛他們的團(tuán)隊(duì)面臨的情況是，第一期就要建造可以每小時(shí)生產(chǎn)10000標(biāo)方氫氣的廠房。

工程師們打造了全新的集散控制系統(tǒng)，針對各種儀表還專門設(shè)置了安全保護(hù)系統(tǒng)。

經(jīng)過緊鑼密鼓的安裝、調(diào)試，今年4月，這套每小時(shí)可產(chǎn)氫氣10000標(biāo)方的電解水制氫廠房在寧東正式投產(chǎn)。

隨后，這些由太陽能發(fā)電，電解水制出的綠氫和綠氧，成功耦合進(jìn)了寶豐能源的煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行和規(guī)模化生產(chǎn)。

這個(gè)目前世界單廠規(guī)模最大的電解水制氫項(xiàng)目，每年可產(chǎn)2.4億標(biāo)方的綠氫，1.2億標(biāo)方的綠氧，直供煤化工，替代原來的煤制氫。

制、儲、加、用，氫能的產(chǎn)業(yè)鏈完美閉環(huán)

目前，采用光伏發(fā)電來進(jìn)行的電解水制綠氫，行業(yè)內(nèi)大部分項(xiàng)目的成本為每標(biāo)方1.7到2元之間，而煤制氫因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈更加成熟，成本僅為每標(biāo)方0.6到0.7元。

生產(chǎn)利用綠氫無疑可以釋放巨大的環(huán)保效益，但企業(yè)運(yùn)行還需要算一筆經(jīng)濟(jì)賬。在劉飛的電解水制氫車間，綠氫的成本可以控制到每標(biāo)方0.7元，幾乎與煤制氫的成本相當(dāng)。這是怎么做到的？

除了技術(shù)工藝和流程優(yōu)化，規(guī)模效益，是降低成本的法寶。劉飛說，早在2016年，寶豐能源就已經(jīng)布局了太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目。

這種單晶硅組件，每一塊將近2平米，每天能發(fā)電約1.8度。目前，這家企業(yè)總的光伏發(fā)電的建設(shè)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了1百萬千瓦。

不僅是寶豐能源的綠氫項(xiàng)目，在寧東基地，還有新的氫能源項(xiàng)目正在加速上馬。去年年底京能寧東發(fā)電公司申報(bào)的氫能制儲加一體化示范項(xiàng)目得到了批復(fù)。

在這個(gè)示范項(xiàng)目上，劉偉一直主導(dǎo)要采用質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫的技術(shù)路線。這個(gè)技術(shù)最早主要是用來為潛艇和宇航員提供新鮮充足的氧氣。

現(xiàn)在，國外主要的氣體龍頭企業(yè)大部分采用的是這個(gè)技術(shù)，但是在國內(nèi)，目前還沒有成熟的項(xiàng)目。劉偉認(rèn)為，質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫環(huán)保、占用場地小，是未來具有潛力的技術(shù)路線。

京能寧東發(fā)電公司總經(jīng)理 劉偉

寶豐能源這樣的煤化工企業(yè)，制造綠氫是為了改造煤化工生產(chǎn)流程不同。劉偉所在的發(fā)電企業(yè)，之所以要上馬制氫項(xiàng)目，還要從電廠調(diào)峰的角度考慮。

制、儲、加、用，在寧東基地氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃上，從上游的綠色發(fā)電到中游的綠電制氫，再到下游的煤化工產(chǎn)業(yè)耦合應(yīng)用，是一個(gè)完整的氫能的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。

趙瑞是寧東能源化工基地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心的負(fù)責(zé)人，他告訴記者，寧東基地年日照時(shí)間超過3000小時(shí)，太陽能有效發(fā)電時(shí)間可達(dá)1700小時(shí)，利用太陽能光伏電制備綠氫具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

事實(shí)上，早在2019年，寧東就已經(jīng)率先開始了氫能源的布局。根據(jù)寧東基地最新的發(fā)展規(guī)劃，到2025年，綠氫的年產(chǎn)能將達(dá)到30萬噸以上，每年可以降低煤炭消費(fèi)360萬噸，減排二氧化碳700萬噸。

有了明確的發(fā)展規(guī)劃，在寧東基地，申請綠氫生產(chǎn)項(xiàng)目正在成為一股新的風(fēng)潮。眼下，他們其中一家企業(yè)正打算將生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品氫通過氫氣液化項(xiàng)目進(jìn)行對外銷售，另一個(gè)企業(yè)正在想盡辦法降低光伏電解水制氫項(xiàng)目的運(yùn)行成本。

目前，寧東基地用綠氫部分替代煤制氫，理論可替代量達(dá)每年120萬噸左右。圍繞著綠氫，寧東基地正在煤化工耦合、綠氫制氨、精細(xì)化工用氫、氫儲能、氫能交通等多個(gè)領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)力。一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新、一個(gè)個(gè)應(yīng)用場景，都在見證記錄著寧東基地從煤化工“領(lǐng)跑者”向氫能“領(lǐng)跑者”的蛻變。

【半小時(shí)觀察】 綠色能源賦能高質(zhì)量發(fā)展

年產(chǎn)400萬噸煤制油、320萬噸煤基烯烴、600萬噸煤化工下游產(chǎn)品，這一串?dāng)?shù)字是寧夏寧東能源化工基地不俗的一張成績單。在瞄準(zhǔn)氫能這一全新的產(chǎn)業(yè)方向之后，光伏發(fā)電、綠電制氫、綠氫耦合煤制油、氫能源卡車多個(gè)氫能源項(xiàng)目，未來還會在西部的寧夏，開花結(jié)果。

今年的中央經(jīng)濟(jì)工作會議上明確提出：要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動煤炭和新能源優(yōu)化組合。我們希望有越來越多的地方，用科技創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，讓綠色成為高質(zhì)量發(fā)展最濃烈的底色。