把煤化工產生的二氧化碳作為原料，將風電與石化技術相結合，實現多產業聯合共生，可讓煤化工走上綠色低碳的發展道路。
    以捕集二氧化碳為資源、風電制氫和逆水煤氣變換反應三大要素，多產業聯合，就能將煤化工產生的二氧化碳化為資源，構建起煤化工的綠色發展之路。
    煤化工和風電發展面臨的問題
    我國油氣資源短缺，煤化工作為資源替代產業具有重要戰略意義。風電是我國快速發展的綠色能源產業，對于減少溫室氣體排放意義重大。但目前這兩個行業的發展都受到嚴重制約，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。按國家發改委《煤化工產業中長期發展規劃》（征求意見稿），到2020年我國煤制油規模達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。但各地受資源產業拉動經濟的驅使，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，已經遠遠超出了規劃總量。從國內產業發展歷程看，發展的熱度越高，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4億噸/年。我國自2009年起已連續四年成為煤炭凈進口國，2012年全年煤炭凈進口達2.8億噸。按照目前煤化工產業發展態勢，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。按國家規劃的煤化工發展規模，到2020年煤化工排放的二氧化碳將在2億噸/年以上。國際社會高度關注二氧化碳等溫室氣體排放問題。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。目前我國風電并網消納是個大難題，棄風成為制約風電發展的突出問題。2011年全國風電限電“棄風”量超過100億千瓦時，并網風電裝機的機組利用小時數從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，是煤化工的發展方向。以綠色低碳理念發展煤化工已成為業內共識。為此有多種發展思路，如多聯產路線，即把煤化工與發電和供熱聯合，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電和供熱，實現煤炭的高能效利用。多產業共生路線，即煤化工與石化產業聯合，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、能源產業聯合，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電燃料，煉鐵爐渣作為建材原料，提高煤炭的資源利用率。基地一體化路線，即把原煤處理、煤氣化、合成氣處理、煤氣化發電、城市垃圾發電、煤化工、煤制油、后續產品深加工、公用工程系統、物流系統等作為基地一體化發展，實現煤炭產業鏈的統籌優化。
    煤炭是化石原料中含碳量最高的，多產業聯合，延伸產業鏈，可以降低單位產值的二氧化碳排放量，但只要以煤為原料，都會產生大量二氧化碳。
    加強風電配套電網建設、優化電網運行、控制新建能力、提高風電消費比重，是風電的發展方向。要解決棄風問題，首先要加強風電配套電網建設，保障風電優先并網。其次把風電場利用率作為發展擴大風電規模和布局的重要依據。再次加快智能電網建設和探索向周邊地區擴大電力市場。最后可以在北方地區發展風電供暖。
    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實現。一是風電天生具有不穩定性，帶來負荷受限、低電壓穿越能力不強、易風機脫網等問題。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定性相吻合。歐盟一些國家經濟體制類似、國家間關系穩定，電網互通可以有效緩沖電力市場周期波動。而我國向周邊地區擴大電力市場將面臨比歐盟更大的難度，需要較長的發展時期。二是德國是歐洲風電發展最好的國家，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%，優質調峰用天然氣、燃油、抽水蓄能發電裝機占25%，可調峰用水力、生物質發電裝機占8%，風電裝機占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、燃油發電裝機占4%，抽水蓄能發電比例很小，水電占22%，風電裝機占5%。我國的電力裝機構成極缺乏靈活性，是長期以來隨著經濟和制造業的發展而逐步形成的，調整裝機結構將是一項長期而艱巨的任務。
    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，環境壓力對行業的發展造成沉重負擔。但換個角度看，把巨大的二氧化碳排放看做資源，則負擔就變成了發展的厚重基礎。
    水煤氣變換反應的工業化發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。逆變換反應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展的道路。
    風電專用電解制氫。風力發電和電解水制氫早已是成熟的技術，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電制氫，把氫氣作為燃料供應氫燃料電池車。提出了兩種制氫方案：一種是依靠有利的電網設施集中式地將太陽能或風能發電制氫并存儲，用管道或罐車將氫氣送到各加氣站；另一種是依據加氣站的環境自然條件，分散式地將太陽能或風能發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就可以相對獨立地發展。
    人類發明和創造的技術遠比實際采用的多，原本束之高閣的技術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三大要素，就能開啟煤化工的綠色低碳發展之路。
    三大要素結合的綠色變身前景
    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生產一氧化碳，一氧化碳與氫氣生產甲醇。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公司制氫技術單耗4.6千瓦時/立方米氫氣計，可以制氫約40萬噸。根據通常的可逆變換反應工藝，15.5萬噸氫氣用于生產一氧化碳約190萬噸，消耗二氧化碳約300萬噸（2×600兆瓦煤發電機組，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）；按通常的甲醇生產工藝，190萬噸一氧化碳和24.5萬噸氫氣可生產甲醇約170萬噸。這相當于節省標煤約260萬噸，不但避免了約340萬噸二氧化碳的產出，而且消納了約300萬噸二氧化碳，具有重大的綠色發展意義。
    我國陸上風電快速發展，海上風電也已起步，風電資源基礎已比較雄厚。在大中型城市周邊發電廠和石化企業回收二氧化碳作為資源，更有利于周邊環境的改善。風電、煤電、電網、電解制氫、石化和煤化工產業聯合，就像在湖泊中結成穩固的連理枝，提高了抵抗市場風浪的能力，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合作推進。煤化工的綠色變身不可能一蹴而就，應迅速展開前期工作，早日實現示范項目，以實現煤化工產業的綠色升級。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、生產布局等方面進行技術、標準、規則的跨行業持續交流；從多行業角度，包括環境成本和碳稅等多方面進行經濟可行性研究；對風電、綠色生產和二氧化碳減排展開跨行業合作研究，研究激勵多行業合作積極性的機制，爭取國家政策的支持。
                                     

（作者:經濟技術研究院 何錚）