2014年，我國風電產(chǎn)業(yè)保持強勁增長，累計并網(wǎng)裝機容量達到9637萬千瓦，占全部發(fā)電裝機容量的7%，占全球風電裝機的27%。圖為我國的一個風電場。 (CFP 供圖)
風電制氫多聯(lián)產(chǎn)：空中樓閣還是前景可期？
“能源生產(chǎn)和消費革命，關乎發(fā)展與民生。要大力發(fā)展風電、光伏發(fā)電、生物質能，積極發(fā)展水電，安全發(fā)展核電，開發(fā)利用頁巖氣、煤層氣。”李克強總理在2015年《政府工作報告》中的如此表述，引發(fā)了能源界的廣泛關注。
一些業(yè)內人士表示，2014年《政府工作報告》提及風電、光伏等清潔能源時用的是“鼓勵發(fā)展”，而今年變成了“大力發(fā)展”，表明政府對風電等清潔能源的支持力度將進一步加大。
在此背景下，近來又有一些專家提出，可將風電制氫與煤化工用氫、石化用氫相結合，走多聯(lián)產(chǎn)的綠色發(fā)展之路。這，到底是一種規(guī)劃設想，還是具有工程化可行性的方案?中國化工報記者日前進行了調研采訪。
減少能源消耗，降低污染排放—— 設想或可實現(xiàn)雙贏
近幾年，我國風電裝機容量增長迅猛，但由于風電天生的不穩(wěn)定性造成電網(wǎng)難以消納等因素，伴生的棄風現(xiàn)象嚴重。所謂棄風，是指在風電發(fā)展初期，風機處于正常的情況下，由于當?shù)仉娋W(wǎng)接納能力不足、風電場建設工期不匹配和風電不穩(wěn)定等自身特點，導致的部分風電場風機暫停的現(xiàn)象。我國每年因棄風而損失的電量超過100億千瓦時，造成了不小的浪費。
而我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，則面臨較大的二氧化碳排放壓力。按我國規(guī)劃的煤化工發(fā)展規(guī)模，到2020年煤化工排放的二氧化碳將在2億噸/年以上。如果屆時征收碳稅，將在一定程度上削弱新型煤化工的綜合競爭力。
此外，當前我國油品正在抓緊升級。石化企業(yè)油品一般采取加氫精制的方法，對氫氣的需求日益增大。在氫氣的來源中，煤制氫、煉廠干氣制氫等方式，也存在二氧化碳的排放問題。
在這些背景之下，有業(yè)內人士提出了這樣的設想：如果利用大規(guī)模的風電進行電解水制氫，可以減少化石能源消耗，降低污染物排放，實現(xiàn)風電與煤化工、石油化工的多聯(lián)產(chǎn)。
中石化經(jīng)濟技術研究院高級工程師何錚認為，提到二氧化碳，大家都會將其看作環(huán)保的宿敵，其實如果轉換看問題的角度，工廠排放的二氧化碳也是一種資源。當前，風力發(fā)電和電解水制氫已是成熟技術，而用風電制氫不產(chǎn)生二氧化硫和二氧化碳排放，水煤氣變換反應也是成熟的技術。通過氫氣和二氧化碳制取一氧化碳，逆變換反應以二氧化碳和氫氣為原料，把風力發(fā)電、發(fā)電后電解水制氫、捕集二氧化碳、逆變換反應幾個要素組合，就能實現(xiàn)煤化工的綠色變身。何錚表示，通過捕集二氧化碳，把煤化工產(chǎn)生的二氧化碳變成了資源，相當于將開采出的煤炭二次利用。以煤制甲醇為例，風電電解制得的氫氣與捕集的二氧化碳，通過逆變換反應生產(chǎn)一氧化碳，一氧化碳與氫氣生產(chǎn)甲醇，按一般甲醇生產(chǎn)工藝計，190萬噸一氧化碳和24.5萬噸氫氣，可生產(chǎn)甲醇約170萬噸，相當于節(jié)省標煤約260萬噸，消納二氧化碳約300萬噸。
中國成達化學工程公司高級工程師李瓊玖提出，粉煤氣化生成的合成氣，其氫氣與一氧化碳的量比為0.42，而合成甲醇要求量比為2。因此，需要將多余的一氧化碳進行水蒸氣變換成二氧化碳和氫氣，則有52.6%的一氧化碳變換成氫氣，每噸甲醇需排放二氧化碳約1.53噸。如果用風電電解水制取氫氣，煤氣化產(chǎn)生的一氧化碳就不需變換成氫氣。在相同煤耗的條件下，甲醇產(chǎn)量可增加約1倍，避免了大量二氧化碳排放。以年產(chǎn)120萬噸甲醇裝置計，可減排二氧化碳182.6萬噸。水電解分離出的氧，還可以作煤氣化用氧，代替深冷分離制氧的空分裝置，利用含一氧化碳63%的煤制合成氣作水電解的反極化劑循環(huán)制氫，可使制氫的耗電量大幅降低。這樣，風電與煤基甲醇生產(chǎn)集成，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益雙贏的效果。
北京綠達源科技有限公司高級工程師鄭爾歷表示，如果采用風電制氫的模式，風電場就不用建設并網(wǎng)設備，風電機組會大大簡化，風能的利用率也可得到有效提高。而且制氫模式并不需要特別先進的技術，絕大部分是利用成熟的電解技術和氫能源應用技術的組合。不斷擴大規(guī)模、逐步簡化設備投資、提高投入產(chǎn)出比，應該是其未來發(fā)展的方向。
