实现我国“双碳”目标,需要发展切实可行的技术路径,并据此推动产业应用。到2030年风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上,将是实现碳达峰的有力保障。事实上,根据多方数据分析,到2030年前这个任务可能超额完成。业界面临的挑战是,如何解决巨量风电、光伏发电的消纳问题。
现行的平衡可再生能源发电上网的主要途径仍是火电,而我国以煤为主的基本国情短期难以改变。鉴于我国煤电装机规模仍然在10亿千瓦以上,从业队伍庞大,减少煤电在一次能源中的比例需要一个循序渐进的过程,不可能一蹴而就。由此带来两方面的问题:一是如何消纳快速增长的可再生能源电力;二是在我国电力供需基本平衡的形势下,如何同步抓好能源清洁发展与安全问题——在保证煤炭清洁高效利用的同时,如何解决石油等液体燃料短缺?
建议在煤化工和碳排放严重地区大力发展“液态阳光”甲醇合成,实现规模化减碳,特别应支持可再生能源发电不具备上网条件的地区,通过发展分布式发电消纳或转化不稳定的光伏、风电,形成可储存的化学燃料。“液态阳光”甲醇可永久储存,且容易运输,每生产1吨甲醇可消纳电能6000多千瓦时,可实现可规模化储电(100万吨甲醇相当于储存60亿千瓦时电)。甲醇既是优良的绿色燃料,又是性能优异的储氢材料,可代替汽油,也可作为氢能的载体,缓解氢能制备、储存、运输的安全和成本问题。更重要的是,甲醇可广泛应用在化学、材料等基础工业中,实现工业绿色制造,是助力实现“双碳”目标和经济发展的切实可行的路径。
上海油压工作室非常幸运的是,我国煤化工发达地区,往往光伏和风电资源也很丰富,例如青海、新疆,以及陕西榆林、宁夏宁东、内蒙古鄂尔多斯等地区,在当地大规模生产绿色甲醇,能产生经济效益,符合中央提出的先立后破、稳中求进的经济发展要求。
“液态阳光”甲醇技术的基本原理是,先通过太阳能等可再生能源分解水(光解水和电解水)制造“绿氢”,然后利用“绿氢”转化二氧化碳,生产出甲醇。此技术在原理上“道法自然”,如同光合作用,基础研究已经取得突破,我国已经成功实现千吨级规模工业化示范工程。该技术具有全部知识产权,且工业化技术全部国产化。
但是,目前绿色甲醇的应用市场还有待培育,与传统的煤化工甲醇相比成本稍高(不考虑碳排放税情况下)。因此,提出如下建议:
一是由于“液态阳光”甲醇的成本主要取决于可再生能源电价,对于某些资源富集地区,如能在解决二氧化碳排放的同时消纳可再生能源电力,可给予其政策上的倾斜支持。二是对于将可再生能源生产的“液态阳光”甲醇作为燃料的,给予政策上的支持,包括相关税费的免除,允许和鼓励绿色甲醇汽车等的发展。三是对于工业刚性排放二氧化碳的领域,通过奖励可再生能源发电指标,鼓励企业通过“液态阳光”甲醇路径实现碳中和目标。
助力交通运输领域实现碳中和
在我国,甲醇燃料目前已经在动力燃烧和热力燃烧领域被广泛应用,且在部分行业的应用技术已经走在世界前沿,实现了引领。
从具体领域来看,甲醇作为热力燃料主要用于锅(窑)炉、替代农村散煤取暖、果蔬大鹏、炊事餐饮等,目前年消费量超过500万吨,应用地域遍布全国27个省( 自治区、直辖市)。甲醇作为动力燃料,主要用于交通运输车辆和船舶、固定发电装备等,基于道路车辆管理许可的放开、船舶技术法规的出台,产业化应用的技术推广和产品投放正在全面加速铺开。2019年,甲醇汽车在我国实现了政策许可、管理许可、技术标准许可、市场准入、后市场维保全面贯通,在全球汽车产业,率先实现甲醇汽车产业化建设和市场化规模应用,并开展了甲醇汽车与国际同行的多边合作。
上述情况说明,从社会公众认知和产业界接受层面看,我国的甲醇燃料行业已经完成了前期探索和试点应用工作,正在进入全面产业化和规模应用阶段。但目前消耗的甲醇大多来自化石能源制备(主要是煤制甲醇),不能有效解决二氧化碳排放问题。煤制甲醇每吨排放2~3吨二氧化碳,再考虑到作为燃料燃烧排放,总计排放3~4吨二氧化碳。
在保障能源安全、推进甲醇燃料规模应用的进程中,应特别鼓励甲醇能源制备产业,逐步由化石燃料甲醇技术向可再生能源绿色甲醇技术转变。这意味着,需要从甲醇能源生产的源头开展 “液态阳光”甲醇规模化生产,以此提高我国绿色甲醇产能占比。由此,既可实现保障能源安全,又可为能源制备和能源消费两端实现“双碳”目标提供有效的优选路径。故提出如下建议:
上海油压工作室一是研究和组织编制并颁发《甲醇燃料制造企业准入条件》(以下简称“《准入条件》”),对甲醇制造企业提出相应的基本要求,如生产原料、生产纲领(规模)、生产效率、水资源消耗、碳回收等,进行科学规范和规定。对应编制和出台《甲醇燃料制造企业规范管理办法》(以下简称“《管理办法》”),对制造企业碳回收、“液态阳光”甲醇制造项目建设、绿色甲醇占比阶段目标等提出要求和规定。《准入条件》为产业刚性要求,《管理办法》为达到规定阶段占比目标要求给予鼓励支持的相应条款。
二是建立绿色甲醇燃料制备企业名单发布机制,确定三年为一个发布周期,按生产“液态阳光”甲醇占比排名,引导甲醇燃料消费企业和行业,优先采购名单企业和排名靠前企业制造的甲醇燃料,政府则通过阶梯碳税补贴的方式,鼓励名单企业和排名靠前的企业。
三是开通“液态阳光”甲醇产业建设绿色通道。通过国家绿色金融框架激励机制、绿色金融和财税配套政策,对符合《准入条件》《管理办法》而获得绿色甲醇燃料制备名单的企业,优先给予可再生能源资源,开通可再生能源建设项目审批绿色通道。鼓励和支持企业利用自有资金和社会资金,建设“液态阳光”甲醇项目。
上海油压工作室以上措施,将为绿色甲醇可预见到的规模化应用夯实基础,并为碳中和目标提供助力。
(作者系中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员、全国政协委员)