中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：能源耦合是指通過(guò)能源縱向梯級(jí)利用或橫向多行業(yè)互補(bǔ)運(yùn)行，打破能源企業(yè)和行業(yè)間壁壘，提高全社會(huì)能源整體利用效率的能源利用方法。它既包括行業(yè)內(nèi)不同能源形式的耦合，也包括跨行業(yè)、跨產(chǎn)業(yè)間的能源耦合，是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要抓手。
“十四五”期間，我國(guó)將進(jìn)入新發(fā)展階段，能源結(jié)構(gòu)將持續(xù)向綠色低碳方向發(fā)展。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)2019年發(fā)電總裝機(jī)容量為201066萬(wàn)千瓦，發(fā)電總量為71422.1億千瓦時(shí)，全年耗煤22.9億噸，火電、水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能五種發(fā)電形式裝機(jī)容量占比分別為59.3%、17.7%、2.4%、10.4%和10.2%，發(fā)電量占比分別為72%、16%、5%、5%和2%。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，火電裝機(jī)容量仍占全國(guó)總裝機(jī)容量的近60%，發(fā)電量占比接近3/4，這是由我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦和當(dāng)前電力技術(shù)水平共同決定的。水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量占比已經(jīng)超過(guò)40%，尤其以風(fēng)電、太陽(yáng)能為代表的新能源發(fā)電占比已經(jīng)超過(guò)20%，發(fā)電行業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型的速度不斷加快。
但同時(shí)也應(yīng)注意到，從單位GDP能耗看，我國(guó)與世界平均水平相比還存在差距，是世界平均值的1.5倍，進(jìn)一步降低能耗水平、減少污染物排放的任務(wù)依然面臨巨大壓力；從煤炭消耗總量看，我國(guó)每年消耗40多億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中電煤消耗占比為57%，鋼鐵、化工、建材等行業(yè)也有較大的煤炭消耗量；從能源轉(zhuǎn)換效率看，隨著技術(shù)水平的不斷提高，火電機(jī)組節(jié)能水平突飛猛進(jìn)，目前全國(guó)新建60萬(wàn)千瓦以上機(jī)組供電煤耗已降低至300克/千瓦時(shí)以內(nèi)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
在當(dāng)前形勢(shì)下，提高可再生能源使用占比，實(shí)現(xiàn)能源清潔化是大勢(shì)所趨，而提升能源利用效率，降低能源消耗，更是今后能源行業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。
能源耦合發(fā)展
是提升能效新思路
能源產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源利用效率提升，主要有兩種路徑：一是行業(yè)內(nèi)縱向優(yōu)化，進(jìn)一步挖潛增效；二是行業(yè)間橫向合作，實(shí)現(xiàn)能源耦合發(fā)展。
近年來(lái)，在電力行業(yè)，大容量、高參數(shù)超超臨界機(jī)組全面實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，“二次再熱”等技術(shù)也日益推廣，我國(guó)各類機(jī)組的平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗逐年下降，2019年平均煤耗僅為307克/千瓦時(shí)，較本世紀(jì)初年均節(jié)煤可達(dá)數(shù)億噸。同時(shí)，減排技術(shù)的不斷升級(jí)也使火電廠實(shí)現(xiàn)了二氧化硫、氮氧化物、煙塵的“近零排放”。隨著技術(shù)進(jìn)步，其它用能行業(yè)的能耗水平也得到有效控制，2019年單位GDP能耗下降到0.49噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元。
能源耦合是指通過(guò)能源縱向梯級(jí)利用或橫向多行業(yè)互補(bǔ)運(yùn)行，打破能源企業(yè)和行業(yè)間壁壘，提高全社會(huì)能源整體利用效率的能源利用方法。能源耦合發(fā)展首先是行業(yè)內(nèi)不同能源形式的耦合?！笆奈濉逼陂g，我國(guó)將在充分發(fā)揮火電基礎(chǔ)性保障作用的同時(shí)，大力推動(dòng)清潔電力建設(shè)。以儲(chǔ)能技術(shù)為突破口，依托精細(xì)化功率預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)度、需求側(cè)響應(yīng)等一系列集成技術(shù)手段，以“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”為主要模式，大力建設(shè)一批“系統(tǒng)友好型”的綜合能源項(xiàng)目，進(jìn)一步促進(jìn)區(qū)域清潔能源的開發(fā)利用，帶動(dòng)能源電力產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源綠色低碳的發(fā)展目標(biāo)。
能源耦合發(fā)展也是跨行業(yè)、跨產(chǎn)業(yè)間的能源耦合。近年來(lái)，針對(duì)如何提高能源利用效率，各能源領(lǐng)域都在行業(yè)內(nèi)部進(jìn)行了大量有益的探索和實(shí)踐，也取得了許多重大成果。然而，就能源利用效率提升而言，各行業(yè)的“產(chǎn)出/投入比”越來(lái)越小。因此，打破行業(yè)間能源壁壘，開展跨行業(yè)合作，以能源耦合發(fā)展的方式，形成不同行業(yè)間能源利用形式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)資源梯級(jí)利用，進(jìn)一步提高能源利用效率，成為我國(guó)能源革命的必由之路。
跨行業(yè)能源耦合發(fā)展
潛力巨大
根據(jù)我國(guó)能源稟賦，煤炭是最重要的一次能源，如何利用好煤炭資源是提高能源利用效率的關(guān)鍵。近年來(lái)，煤化工行業(yè)發(fā)展迅猛，已經(jīng)成為最重要的煤炭資源轉(zhuǎn)化途徑。同時(shí)，煤化工也是重要的能源消費(fèi)行業(yè)。由于自身工藝特點(diǎn)，煤化工系統(tǒng)中存在大量的用汽、用能需求，其解決方式通常是采用小容量、常規(guī)參數(shù)的鍋爐直接供能，產(chǎn)出的蒸汽一般直接供應(yīng)或減溫減壓后供應(yīng)給各工藝分系統(tǒng)。這種供能方式的能源利用效率不高，能耗較大，也未能實(shí)現(xiàn)能源的有效梯級(jí)利用。
目前，煤化工項(xiàng)目數(shù)量急劇增加，規(guī)模也越來(lái)越大，而且現(xiàn)代煤化工園區(qū)一體化建設(shè)模式成為新的發(fā)展趨勢(shì)。在這一大趨勢(shì)下，熱負(fù)荷總量和電力需求也大大增加，客觀上需要統(tǒng)一規(guī)劃園區(qū)及項(xiàng)目的供能系統(tǒng)，電力和煤化工的跨行業(yè)耦合越來(lái)越成為可能。
在此背景下，煤化工園區(qū)（或項(xiàng)目）采用先進(jìn)成熟的高參數(shù)燃煤發(fā)電技術(shù)，一方面可以大幅提高能源利用效率，使燃燒效率同比提高3%—4%；另一方面，高參數(shù)蒸汽在優(yōu)先發(fā)電做功后，依然可提供給化工系統(tǒng)，滿足化工工藝用途，從而實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。采用這一耦合流程后，煤化工項(xiàng)目的發(fā)電能力得以放大，發(fā)電容量可達(dá)常規(guī)項(xiàng)目的三倍以上，而且產(chǎn)出的電力能耗低、成本低，煤耗僅為常規(guī)純凝發(fā)電機(jī)組的1/2，可有效實(shí)現(xiàn)能源的高效梯級(jí)利用。此外，項(xiàng)目產(chǎn)生的余熱、余汽可通過(guò)發(fā)電回?zé)嵯到y(tǒng)充分回收利用，產(chǎn)生的固廢可用作燃料進(jìn)行摻燒，從而最大程度地解決能源利用效率、排放總量、固廢處理等一系列綜合性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)耦合的最大效益。
近年來(lái)，在華電天津?yàn)I海新區(qū)南港發(fā)電工程、榆林化學(xué)煤炭分質(zhì)利用示范工程等項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐表明，能源耦合型發(fā)展不但可大大降低化工項(xiàng)目的能耗水平及排放總量，而且對(duì)于提高終端產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、減少市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，同樣具有極其重要的意義，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。
煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（下稱“IGCC”）與煤制油的耦合也是實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)能源耦合、降低能源消耗的路徑選擇。IGCC技術(shù)是一種超潔、高效的發(fā)電技術(shù)，最高發(fā)電效率可達(dá)45%。相關(guān)研究表明，如果將煤制油與IGCC進(jìn)行耦合發(fā)展，其綜合能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)60%，高于單獨(dú)發(fā)電（45%）或單獨(dú)制油（50%）的能量轉(zhuǎn)化效率，應(yīng)用前景良好。
化工產(chǎn)業(yè)與新能源發(fā)電耦合發(fā)展是推動(dòng)我國(guó)新能源發(fā)展的有力手段。在大型化工項(xiàng)目周邊建設(shè)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及新能源相關(guān)的裝備制造業(yè)等，在為化工項(xiàng)目提供可再生能源電力的同時(shí)，更可以制氫、供熱，為煤化工行業(yè)提供動(dòng)力及化工原料。
以跨行業(yè)能源耦合
推動(dòng)能源高質(zhì)量發(fā)展
同時(shí)，我們也必須清醒地認(rèn)識(shí)到，目前跨行業(yè)能源耦合多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成和設(shè)計(jì)優(yōu)化尚未形成完整的理論體系，根據(jù)多個(gè)行業(yè)和產(chǎn)品的市場(chǎng)定位，通過(guò)對(duì)工藝單元、中間產(chǎn)物、目標(biāo)產(chǎn)品市場(chǎng)變化等方面的互補(bǔ)性分析，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)整合出合適的生產(chǎn)工藝路線進(jìn)行耦合優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)理想的能源耦合聯(lián)產(chǎn)，仍任重道遠(yuǎn)。
目前，部分地方政府及企業(yè)憑借區(qū)位和資源優(yōu)勢(shì)，率先嘗試將石油、天然氣、煤化工、電力進(jìn)行跨行業(yè)耦合聯(lián)產(chǎn)，在實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)與平衡、提高能源資源利用率的同時(shí)，力爭(zhēng)為能源革命做出示范。
綜上所述，在我國(guó)“十四五”和未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)將持續(xù)向綠色低碳轉(zhuǎn)型，能源效率也將不斷提升。行業(yè)內(nèi)的縱向挖潛和橫向耦合是“節(jié)能減排”的有力手段，而跨行業(yè)的能源耦合發(fā)展，對(duì)于打破能源、化工和動(dòng)力等傳統(tǒng)行業(yè)間的用能壁壘，實(shí)現(xiàn)多種能源的綜合梯級(jí)轉(zhuǎn)換利用，最終實(shí)現(xiàn)能源的高效、可持續(xù)發(fā)展，更是具有積極而深遠(yuǎn)的意義。
（作者系中國(guó)能建規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)西北院黨委書記、董事長(zhǎng)，本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)）
