甲醇在我國的應用已經有四十多年的歷史，目前甲醇年產能8000多萬噸，相關基礎設施累計投入上萬億，圍繞甲醇的制、儲、運、用，在制度建設以及應用管理等方面已經形成了完整的體系，在我國的經濟建設過程中發揮著獨一無二的作用。隨著雙碳目標的實施，甲醇的制備過程逐漸走向“清潔化”，豐富的風、光資源，為綠色甲醇制備提供了源源不斷的綠氫原料，通過完全技術自主的“液態陽光工程”技術，將綠氫與二氧化碳經過催化重整產生綠色甲醇，將可再生能源儲存在常溫常壓的綠色甲醇里，為規模化綠色能源應用、實現雙碳目標，提供了具備中國特色的解決方案。

 

以綠色發展為目的的“雙碳目標”，從根本上來說是傳統資源的重組、能源結構的調整。這個調整將淘汰落后技術和產能，產生新的“不平衡”狀態，形成新的技術與產能的“空缺”，需要通過制度創新、技術創新來實現能源系統的重構，創建新型能源系統，以適應綠色發展的要求。就如何創建新型能源系統，筆者結合工作學習體會，談一點認識，拋磚引玉。

 

1、碳排放結構反映出工作重點

 

從我國的碳排放結構看，根據研究成果表明，2020年，中國二氧化碳排放量為139億噸，在全球占比30％。排放主體上，工業占38％，電力占比33％。從行業大類來看，工業排放了最多的二氧化碳，排放量為51.63億噸，占比50％；電力位列第二，排放了36.66億噸二氧化碳，占比35％；移動源（汽油車、燃油車和非道路機械）排放了9.08億噸二氧化碳，占比9％；最后是民用行業排放了6.4億噸二氧化碳，占比6％。

 

從碳排放結構可以看出，盡管碳排放總量不小，但排放源分布存在不一致性，呈現發散特性，說明碳排放是經濟社會的伴生體，只要有人類活動，就會有碳排放。但是通過行業分析，碳排放又表現出行業集中性，即在工業、電力兩大領域，貢獻了碳排放的絕大部分，他們是“碳老虎”，因此，減排的重點突破口就在于工業、電力領域的發力，相關的減排技術創新與投資活動，也應聚焦這兩大領域。新型能源系統的一個主要任務就是實現“減排”，為綠色發展保駕護航。通過技術創新，置換掉重點領域的二氧化碳，在實現二氧化碳資源化利用的同時實現綠色發展。

 

2、氫電協同是綠色發展的重要手段

 

目前，我國年用氫量約3700萬噸，以“灰氫”為主，依賴化石能源為原料的傳統制氫工藝過程是碳排放的主要根源。因此，用綠氫替代灰氫，從而減少碳排放，是一種現實選擇。以碳排放龍頭－－工業領域為例，其中的化工行業是碳排放大戶，化工是主要的碳排放行業，也是脫碳難度最高的行業之一。我國石油煉化、合成氨、合成甲醇等化工行業每年消費的氫氣量高達2000多萬噸，其上游原料幾乎全部源于煤炭、天然氣（部分石腦油）等化石能源。在“雙碳”目標背景下，化工行業減碳壓力巨大，用可再生能源制氫替代傳統化石能源制氫是實現低碳化工的關鍵之舉。在這個過程中，基于氫能兼備能源載體（電氫）和工業原料（料氫）的兩重性，通過“電氫協同”，可實現可再生能源發電制備綠氫（電氫），綠氫再以原料身份（料氫）進入化工領域，實現綠氫替代灰氫，減少化石能源制氫過程，從而實現化工減碳，打造基于可再生能源的綠氫化工體系。

 

2022年3月，國家發改委、國家能源局印發《氫能產業發展中長期規劃（2021－2035年）》，指出“探索開展可再生能源制氫在合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業替代化石能源示范”。2022年4月，工信部聯合六部委印發了《“十四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見》，提出“鼓勵石化化工企業因地制宜、合理有序開發‘綠氫'，推進煉化、煤化工與’綠電‘’綠氫'等產業融合示范”。中石化新疆庫車利用光伏發電制氫，供應塔河石化的實踐值得研究。塔河石化案例表明，由于煉廠的連續性生產要求，所有緑氫都必須能夠連續性供應并且不可中斷（停檢除外），但可再生能源的間歇性特點又是現實存在。如何解決這一連續性需求與間歇性生產之間的矛盾，既是大工業用戶的生產要求，也是保證氫能產業能夠多元化發展的關鍵，這個案例充分展示了“氫電協同”在實現通過規模化綠氫生產來推動化工低碳轉型方面的積極意義，具有很好的示范效應。

 

3、甲醇是氫能多元化發展的有效支撐

 

在國家大力推動下，我國氫能產業進入快速發展期。基于電解水技術制取的緑氫具備“電、氫二象性”，如何發揮好這個“二象性”，滿足多元化應用場景的需求，是氫能產業發展的目的，也是技術創新的關鍵。

 

（1）氫電協同是必然要求

 

毋庸置疑，能源供給與能源消費和電力供應一樣存在“相差”，這個“相差”是能源的積累，本質上也是高品質能源，如果不能加以有效利用而是廢棄掉或低品位利用（如谷電），是一種資源的浪費。綠氫的“二象性”可實現電力、熱力、燃料等能源品種之間的轉化，是解決能源供給和能源消費在空間與時間上的結構性矛盾的重要手段。解決方案之一就是“氫電協同”。

 

（2）源網荷儲需要氫電協同發力

 

目前我國用氫約80％來自化石能源制氫。數據表明，天然氣生產1噸氫氣產生10噸二氧化碳；石油生產1噸氫氣產生12噸二氧化碳；煤炭制1噸的氫，同時產生19噸二氧化碳。如果能夠實現緑氫替代，可直接減排二氧化碳2億噸－4.8億噸。在“源網荷儲”中，作為用戶端的“荷”是其中重要一環，在新型能源體系中，這個“荷”具有“不用即是儲”的特性，在這里，“儲”體現的是“荷端”的消納能力與調節能力，是通過“氫電協同”來實現的。因此推動以“氫電協同”為技術支撐的新型能源體系建立，在化工、電力、冶金等行業大有可為。

 

（3）氫電互補是氫電協同的基本方式

 

新型能源系統的主力是新型電力系統，長周期調節功能是其主要特征之一，由于綠色甲醇的存在，氫能的大規模長周期儲存成為現實，能夠充分發揮儲存氫對于“峰谷電”的調節功能。在氫電協同條件下，通過氫電互補，平抑可再生能源發電的間歇性、波動性，為促進可再生能源規模化發展的提供技術保障，通過'風光氫儲‘一體化發展，在實現可再生電力消納的同時，保證電網平穩運行，發揮協同效能。

 

（4）推動擴大氫電協同的應用

 

氫電協同需要做好制氫端（源）、應用端（荷）和電網端（網、儲）的協同，由于應用場景多樣化，對電力需求也是要求不一，因此需要電網側具備強大的適應性協同能力，對于傳統供電模式無疑是一個挑戰，這也是創建新型能源社會的必經之路，新能源輸配電的建設與運營將會更加靈活，以便滿足不同區域、不同行業的多元化需求，電網側將由“坐商”變成“營商”，其中制氫端（源）的靈活性體現在平抑可再生能源波動的并網型電制氫、集中式可再生能源自發自用制氫＋余電上網、可再生能源離網型電制氫、傳統火電與可再生能源耦合制氫、海上風電制氫、核電制氫、生物質發電制氫等；電網端（網、儲）的靈活性主要體現在局域電網建設（負荷相對穩定用戶）、孤網系統建設（負荷變化頻率高的用戶）、氫儲能電站配套建設等，通過對不同負荷端的精準化電力匹配，提高電力系統安全性、可靠性和靈活性；應用端（荷）的靈活性體現在分布式技術應用，包括分布式網電制氫、分布式可再生能源自發自用與網電聯合制氫、分布式氫能熱電聯供、分布式電氫制充注一體站等；通過解剖整合這些“靈活性”，構成以氫能為軸，與電、熱、冷實現互聯互通的智能化交互系統，實時動態響應，實現“源、荷、儲互動”，提高綜合能效，保障新型能源系統運行安全可靠。

 

（5）甲醇是實現“電氫協同”“的最佳載體

 

在氫能得多元化發展過程中，氫能必須具備可大規模長周期儲存的能力，以便于在氫電協同中擔當好氫能”蓄水池“、電力”穩定器“，由于氫的特性，目前無論從氣態、液態、固態等形式儲存都存在效率、成本、氫的提取等等各種不均衡的矛盾，科技工作者也從不同角度尋找替代方案，其中綠色甲醇（液態陽光）由于可以實現常溫常壓儲存且運輸成本低，成為重要替代方案。在綠色甲醇的加持下，氫能的規模化發展有了依托。

 

中科院大連化物所李燦院士團隊的”液態陽光技術“（綠色甲醇技術）利用二氧化碳加氫重整合成甲醇的循環模式已經在多方面實現了突破，是我國獨立自主的技術密鑰，為緑氫的大規模發展提供了綠色甲醇解決方案。

 

綠色甲醇（液態陽光）作為一種新型能源形態，立足我國國情，實現技術獨立自主，充分發揮我國資源稟賦優勢。由于綠色甲醇可以常溫常壓儲存，在業內已被視為液態的”氫“，移動的”電“，實現了氫能的大規模儲存，突破了氫能運輸瓶頸，解決了”氫電協同“的時間性、空間性要求，綠色甲醇通過重整分離儲存的氫，做為氫燃料電池原料，以氫燃料電池為能源體，向用戶提供冷、熱、電等能源。從這個角度看，綠色甲醇是成熟的”儲能“方式。同時，綠色甲醇還可以直接作為燃料，用于交通、海運領域。實現技術、資源自主可控，實現部分原油替代，緩解原油進口壓力。

 

事實上合成甲醇、合成氨由于可實現長時儲存，已經形成共識作為可再生能源制氫的有效載體，帶動了氫能產業的規模化發展。據不完全統計，截至2022年底，國內已規劃綠醇項目產能接近450萬噸，綠氨項目產能達到340萬噸，合計每年綠氫需求接近120萬噸。

 

4、新型能源系統下的甲醇地位

 

新型電力系統是新型能源系統的主力軍，這個新型電力系統以高比例收納新能源接入為特征，具備消納新能源不穩定性的能力，因此，大容量、智能化、可存儲、平峰谷、多向性、強響應性成為新型能源系統下氫電協同技術創新的主要任務，與之相應的制氫端、輸配端、存儲端、負荷端的投資將逾萬億，在資本推動下，成本及效率的約束也將推動科技進步，為以綠色發展為基調、以減排為目標的新能源大規模應用提供相應的科技手段。

 

根據我國氫能產業發展目標，以統是實現雙碳目標的前提，也是新型能源系統賴以建立的基礎。及雙碳目標的要求，規模化的綠氫制備系制氫端的發力，是實現雙碳目標的重中之重。目前，國家通過政策導入，示范引領，引導推動氫能產業的科技創新，這個階段還沒有形成有效的市場。分析其根本原因就在于由于技術手段不足導致綠氫成本不足以抵消投入，對于資本來說沒有吸引力。隨著政策導入的推進以及科技創新的快速迭代，預計到2027年，將開啟市場窗口，也就是說在政策及技術創新加持下，綠氫成本基本可以達到市場成本線，綠氫替代投入與收益基本持平，同時還可以實現綠色生產，享受碳匯收益。預計到2030年，隨著氫電協同的細化完善、電氫耦合技術攻關及示范工程產業鏈日益健全，做為緑氫制備”龍頭“的寬頻、高效、低成本、模塊化電解水制氫裝備及其緑氫市場應用等進入最佳投資節點，大規模綠氫制備進入商業化階段。這個時期，新型能源系統就要發揮作用，以滿足雙碳目標下可再生電制氫、氫發電及分布式應用、工業場景、交通、民用等多角度多領域的廣泛應用。

 

綠氫規模化發展時期表現出如下特征：一是根據”不用即是儲“的特點，可再生能源電解水制氫成為重要的可調節負荷；二是結合大規模可再生電解水制氫項目、電網配套及輸氫管道建設，綠氫制備端與電網協同互動成為常態；三是為了支撐新型電力系統區域性、季節性、行業性等電力平衡，大規模、長周期、跨季節的氫儲能工程成為重要支點，考慮到各地各行業對于可再生能源的獲取差異性以及資源稟賦的多少，這個氫儲存將呈現點、線、面結合的特點，依靠智能化管理系統，實現儲存互聯互通，提高存儲容量的使用效率，發揮社會效益。

 

通過上述分析可以看出，新型能源系統的建立必須依靠新型儲能的創新，綠色甲醇由于其自身優良特性，在新型能源系統長周期調節過程中，能夠以”液態儲氫“的身份參與大規模、長周期存儲，克服了距離障礙，可以充分發揮調節作用，有力推動氫能產業的大規模發展，平抑可再生能源發電的間歇性、波動性，保證電網穩定，實現氫電互補，發揮氫電協同的效能。

 

新型能源體系的建立，不僅僅是能源結構調整和能源形態創新，同時也必將帶動能源產業革命，形成新的能源體系，組合出新的產業鏈、供應鏈，所有這些投入都是圍繞”綠色發展“這個國策大目標，在形成新的投資產能的同時，會推動實現”雙碳目標“，促進國民經濟健康長足發展。僅以儲能為例，多達十余種儲能技術都在各自發揮技術優勢，都有自己的”絕招“，在氫能產業發展過程中，都將發揮不可或缺的作用。綠色甲醇的特點，在于能夠滿足大規模的制氫端的”儲氫“需求，也具備分布式應用的優勢，中石化北方能源全國首臺套分布式甲醇制氫裝置的應用示范就是一個成功的案例。

 

在新型能源系統的創建過程中，需要各種力量的助推，綠色甲醇可以起到推進劑的作用。涉及到具體需求，方案的制定應該因地制宜，結合自身資源稟賦及產業特點，選擇最佳方式來組合綠氫的”制、儲、用“，做到既能滿足本地區、本行業的”減排“需求，又能取得很好的經濟效益，拉動經濟增長。

 

 

作者簡介：

 

大連氫能協會特聘專家

 

深圳氫醇研究院學術委員會專家

 

世界低碳城市聯盟特聘專家