与新能源耦合发展 氮肥、甲醇企业准备好了吗？

  6月15～16日，在内蒙古鄂尔多斯举办的2023年全国氮肥行业工作会暨七届五次理事会上，多位代表提出，新能源与煤化工产业耦合发展，是作为能耗和排碳大户的氮肥、甲醇行业在中长期实现能源转型的重要抓手。氮肥、甲醇行业与新能源耦合发展该怎么样推进呢?记者做了采访。

  中国氮肥工业协会理事长顾宗勤表示，氮肥、甲醇行业短期内的重点任务是节能降碳，中长期的重点在于能源转型。新能源与合成氨、甲醇行业耦合发展，是行业实现绿色低碳发展的重要方法。因此，氮肥、甲醇企业应当密切跟踪新能源领域的发展动态，并依据自己条件进行探索。

  “尽管就目前成本来看，绿氢替代现有煤(气)制氢还有很大的差距，但考虑到科学技术创新的赋能和‘双碳’目标日益临近，新能源电价有进一步下降的空间;考虑到制氢工艺方案和装备投资一直在优化，以及国家降碳政策持续调整、追溯体系建设逐步完善等因素，今后利用新能源制氢会被行业放到重要的位置，成为制氢的重要组成部分。”顾宗勤说，应鼓励有条件的地区利用可再次生产的能源制氢，优化合成氨、甲醇等原料结构。

  据记者了解，近段时间，新能源产业高质量发展迅猛，近两年，我国多个以电力、煤炭企业为主导的绿氨、绿醇项目已经在论证、规划和建设中，规划和建设中的产能已超300万吨/年。氮肥、甲醇行业中也有少数头部企业组织了新能源与现有煤化工产业融合发展的尝试。

  在接受记者正常采访时，有东部氮肥企业负责人坦言：“传统煤化工产业与新能源实现耦合发展，是源头和过程减碳的重要抓手。我们能用上绿电、绿氢当然是好事，但是我们害怕‘吃不到’。由于所处地理位置的关系，我们当地缺乏新能源资源。比如西部拥有风电、水电和光伏资源，能够直接进行大手笔投资，还能够对新能源电力进行消纳。我们如果想要用绿电，就只能上网购买。上网交易的电价是不会便宜的。只有当全社会都能用上绿电了，价格才能接受。”

  河北阳煤正元化工集团技术委员会主任刘金成和记者说，新能源与传统化工产业耦合发展肯定是一个方向。为了能实现更好的融合，企业一直在思考，并做了不少工作。比如在耦合方式上已经申请了四五个专利，有些已经授权。

  “但针对绿电，目前氮肥、甲醇企业投资的项目并不多，大家都在观望之中。最主要的原因是绿电本身就具有很大的波动性。其次，若企业所用绿电必须依托电网供应的话，绿电价格会非常高。”刘金成告诉记者。

  “电的成本会影响氢的成本。”刘金成分析说，“现在生产1立方米氢气大概要消耗5千瓦时电，成本不低。再加上风光发电有波动性，如果绿电供应不稳定，绿氢也无法连续稳定生产，对合成氨系统会造成非常大的冲击。要配合合成氨装置的稳定生产，一定要具有储能或储氢能力。而储能成本也非常之高。”

  尽管耦合发展存在诸多问题，但对这个发展趋势，业内企业还是希望“试试水”。

  中煤鄂尔多斯能源化工有限公司党委书记、董事长王六表示，他们要打造世界级现代煤化工产业体系，打算采取的具体做法之一就是在园区内实现新能源与煤化工的耦合。如要大力推动可再次生产的能源规模化发展，快速推进“源网荷储一体化”建设，提升园区绿电利用水平;开展可再次生产的能源大规模制氢、氢与煤化工耦合、氢与二氧化碳耦合制化学品等关键技术示范，探索氢作为煤化工、可再次生产的能源、二氧化碳资源化利用的多能融合载体的技术路径，积极利用绿氢生产绿氨、低碳甲醇等高端低碳化学品。

  河南心连心化学工业集团在绿色新能源与传统煤化工的耦合应用上已经进行了有益的探索。该集团总工程师顾朝晖在接受记者正常采访时表示，他们从2021年6月开始就充分的利用办公楼顶、仓库屋顶、污水处理池顶、新建车用尿素厂房屋顶，建设9兆瓦光伏项目，共建了22个屋顶光伏电站，总面积约9万平方米，总装机容量8.74兆瓦功率，总投资约3300万元，同年12月光伏项目投运。2022年全年光伏项目共发绿电849万千瓦时，节约标煤3056吨，减排二氧化碳6622吨、二氧化硫254吨。

  顾朝晖说，为探索绿色新能源与传统煤化工的耦合途径，河南心连心建成一套500标准立方米/时减液法电解水制氢装置，依托已建成的9兆瓦光伏项目产生的绿电生产绿氢，绿氢作为原料送往现有的合成氨生产线，实现了绿色新能源与传统煤化工的耦合。目前该装置的生产所带来的成本要高于煤化工制氢的生产所带来的成本，经测算，当电的价格在0.2元/千瓦时，电解水制氢可与煤制氢成本持平。随着光伏规模的扩大，以及风光储电的成熟，绿电价格将逐步降低。同时，随着电解水制氢技术的进步，制氢效率的逐步的提升，绿氢成本优势将日益显现。

  “但是在新技术、新工艺开发引进过程中，也存在一些问题。如一些带有实验性质的侧线装置或者联合研发项目，按照政策要求或新旧规范标准不同，会在某些特定的程度上限制项目的实施，需要有关部门在审批和实施方面给予一定的支持和帮助。”顾朝晖说。

  刘金成说，正元化工对新能源与煤化工的耦合发展也在积极尝试。下一步首要考虑的是如何用自身生产系统适应绿电的波动，实现绿氢的低成本消纳。

  刘金成和记者说，因为企业前端是有制氢装置的。如果要用绿氢替代部分工业灰氢的话，就要频繁调整制氢装置生产负荷。对公司来说，调整的经济和安全成本是挺高的。“不过企业对下一步的耦合发展还是有所考虑，也准备与相关单位开展合作。”刘金成透露。

  在刘金成看来，要达到耦合的目的，一是行业有减碳需求;二是氮肥、甲醇企业原有系统对绿氢也要有较好的动态消纳能力，并能用原有系统去平复新能源发电的波动，由此减少投资、降低成本。

  石油和化学工业规划院能源化工处副处长朱彬彬表示，绿电价格未来可以降到0.2元/千瓦时甚至更低，表明新能源已经初步具备了与传统煤化工产业耦合发展的基础条件。所以，氮肥、甲醇行业企业要适应新型电力系统的变化，积极实现能源转型。但关键是要做好耦合路径研究。

  朱彬彬认为，耦合发展的优先路径应是绿电替代化工装置中的用电，包括自建分布式可再次生产的能源、自建可再次生产的能源电站直接接入厂区用电、自建可再次生产的能源电站通过电量的上网下网在产业链层面进行上下游风险对冲、购买绿电绿证等，或被动跟随大电网中绿电比例提升而提升绿电用量。此外，绿电制氢也是耦合发展的重要路径，具体来说，能够使用绿电离网制氢小比例补入合成系统；绿电补网电制氢单建稳态合成系统；绿电配储能、储能单建稳态合成系统;绿电配储能、储氢单建柔性合成系统；绿电制绿氢与现有合成氨尿素装置结合等方式来实现耦合。由于可再次生产的能源具有波动性，离网式可再次生产的能源制氢需要采取逐级消纳的模式，实现源与荷的实时匹配。其中，化工装置要实现一些范围内的负荷调节，以消纳一定的波动性。

  用绿电对化工装置中的热动需求来做替代，也是可探讨的耦合路径。用电热锅炉替代蒸汽锅炉发生蒸汽，是用电对煤进行等热值的替代，效率较低近期不宜采用。电驱热泵节约蒸汽，由于制热系数的乘数效果，替代效率较高，可以近期实施。电热反应器对燃料加热的替代，目前在电热乙烯裂解炉、电热天然气转化炉等工艺方面已有相关开发计划，值得加强研究开发。

  对化工装置进行需求侧调节，也是适应未来以可再生电力为主体的电力系统的必然要求。在新型电力市场峰谷电价价差急剧扩大的外部环境下，化工装置通过负荷适当调节降低经营成本，长远看将成为一个重要课题。

  “化工产业是资本密集型产业，固定成本占比较高，深度负荷调节对产品成本有较大影响。而且化工装置上下游关联紧密，全系统具有非线性、慢响应的特点，参与负荷调节只能将调节范围局限在个别环节。在化工装置参与负荷调节时，可优先选择固定成本相比来说较低、用能密集的单元装置进行。例如氨合成单元、甲醇合成单元等。可以用用能装置的千瓦投资这一指标，来筛选装置参与负荷调节的相对经济性。而且负荷调节深度宜控制在20%以内，固定成本增加控制在25%以内。发展智能控制管理系统实现装置的可预测、快响应的负荷调节，是化工装置参与负荷调节的前提。同时，负荷调节装置的动设备要多采用变频调节，适应变负荷操作条件。”朱彬彬强调说。

  顾宗勤表示，当前绿氨绿醇行业还处于发展初期，生产经济性、各种工况条件下系统稳定性等问题还有待解决，上下游配套的有效衔接还未建立。据悉，氮肥协会将在今年下半年成立绿氨绿醇产业联盟，以促进绿氨绿醇上下游产业链的融合，做好与传统合成氨、甲醇行业的协调发展。