【中國科學報】融合 創新 發展:中國能源變局的挑戰與機遇

  來源:《中國科學報》

  發布時間:2019-09-26

  編者按

  能源,是人類賴以生存的物質基礎,更是一個國家強盛的動力和安全的基石。當前,能源問題已成為世界各國共同關注的話題,加快構建清潔、高效、安全、可持續的能源新體系,對我國搶占新一輪能源革命戰略制高點、保障國家長遠利益至關重要。

  值此新中國成立70周年之際,伴隨著共和國腳步一同前行的中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱大連化物所)近日舉行了以“融合、創新、發展”為主題的發展戰略研討會,近百位能源化工領域專家學者和企業界代表聚焦變革性能源科技創新與產業發展,探討未來能源發展所面臨的挑戰和機遇,分享潔凈能源領域的技術創新和融合發展的實踐經驗,為能源新體系建設出謀劃策。

科技創新助力國家能源新體系構建

  劉中民,中國工程院院士、大連化物所所長

  回顧世界能源發展態勢,每一次工業革命都伴隨著一次能源革命,第四次能源革命是什么?我們正在期待著。毫無疑問的是,清潔化是一大趨勢。

  近年來,我國能源產業快速發展,但“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦特點使我國長期以來形成了以化石能源為主的能源消費結構,由此帶來了生態環境破壞和能源資源瓶頸等問題。

  我國能源安全面臨挑戰,石油和天然氣對外依存度不斷攀升,其供給受嚴重制約。此外,我國能源進口通道安全強烈依賴地緣政治,受到地區政治不穩定因素的影響,我國油氣資源進口面臨著嚴重的威脅。

  與此同時,生態環境壓力也在加大。一方面,大范圍、高強度的霧霾天氣倒逼能源轉型。另一方面,二氧化碳排放量大,減排任務艱巨。我國在《巴黎協定》中承諾2030年單位GDP的二氧化碳排量比2005年下降60%—65%。

  我國現有能源體系各分系統相對獨立,且存在結構性矛盾,各分系統之間難以“合并同類項”。當前,系統間的發展不協調性日益凸顯,整體效率不高。這其中有歷史和政策的原因,但根本原因在于缺乏聯系各能源分系統的關鍵技術。

  習近平總書記高度重視我國能源發展與改革工作,鮮明提出推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術革命、能源體制革命和全方位加強國際合作等重大戰略思想,為我國能源改革發展進一步指明了方向。

  我國能源革命的戰略目標是,通過能源技術革命促進能源革命,構建國家能源新體系。

  中國科學院作為國家戰略科技力量,我們理所當然要思考:在構建國家能源新體系過程中發揮怎樣的作用?如何解決問題?

  我們建議從能源系統頂層設計角度出發,以能源技術創新為引領,以化石能源清潔高效利用與耦合替代、清潔能源多能互補與規模應用、低碳化多能戰略融合與區域示范為3 條主線,逐步構建清潔低碳、安全高效的國家能源新體系。

  主線一:鼓勵發展以煤炭為代表的化石能源清潔高效利用與耦合替代技術,保障能源安全。重點布局合成氣和甲醇下游及耦合轉化利用、高效清潔燃燒、能源廢棄物多產業協同利用、煤炭分級分質轉化等科技任務。

  主線二:發展清潔能源多能互補與規模應用技術。清潔能源的產生及利用方式強烈地依賴地域與自然環境,需要結合區域智能能源網絡的構建及新興產業的發展統籌考慮。重點布局太陽能風能多能互補能源系統、生物質能源清潔轉化與規模利用、海洋可再生能源高效規?;煤痛蠊婺4⒛艿?,其中,儲能和氫的產生及利用是重要的能源互聯平臺。

  主線三:創新驅動低碳化多能戰略融合與區域示范。重點布局氫能與燃料電池、核能非電綜合利用、“液態陽光”以及多能融合區域示范關鍵技術體系等,探索構建以市場為導向的清潔低碳、安全高效的能源供應和消費體系。

  在國家能源新體系發展過程中,需要建立創新鏈、產業鏈、資金鏈、政策鏈相互交織、相互支撐的全鏈條創新體系。能源領域是多學科交叉、技術集成度高、系統性較強的學科領域,能源領域科技創新具有前瞻性、顛覆性、風險大、長期性等特點。我們建議從國家層面加速推進潔凈能源領域國家實驗室的建設,這對推動我國能源科技進步、提升能源領域國際影響力、構建“清潔低碳、安全高效”的能源體系具有重要意義。(本報見習記者韓揚眉采訪整理)

太陽燃料將緩解我國能源安全問題

李燦,中國科學院院士

  化石資源是寶貴的材料資源,我們正在過度消費子孫的財富。與此同時,過度利用化石資源造成了嚴峻的環境生態問題。發展清潔能源是人類實現生態文明的必由之路。

  太陽能是其他可再生能源的源頭,風能、水能和生物質能均源于太陽能。太陽能豐富、清潔,可再生、潛力巨大,它在地球上的量也足以保障全世界人類未來發展的需要。

  太陽能的科學轉化和利用主要包括太陽能發電和太陽燃料合成。太陽能發電可滿足固定能源需求,光伏、光熱發電、風電已大規模商業化應用。目前我國是生產和裝配光伏組件最多的國家,對世界可再生能源的發展已經做出巨大的貢獻。

  如今,我們更加關心的是,太陽能如何轉化成和化石能源一樣的燃料?這相當于把太陽能集中儲存起來以滿足移動能源的需求,是一個實現低碳和無碳燃料的過程,也是從自然光合作用到人工光合成的一個過程,屬于化學與物理、生物、材料科學交叉的前沿科學領域。

  太陽燃料,也稱液態陽光,其本質就是利用太陽能等可再生能源將水和二氧化碳轉化為燃料,不但不排放、而且減排二氧化碳, 這是人類追求的生態文明的最高境界。

  從化石燃料到太陽燃料,是能源發展中真正意義的變革性跨越。但在科學上卻也面臨變革難題:化石燃料合成和轉化過程多涉及熱力學下坡反應和熱催化過程,多側重在碳資源(煤、石油、天然氣等)的轉化和化學反應,作為能源資源的化石燃料無法擺脫二氧化碳排放等環境生態問題。

  而太陽燃料合成所涉及的是熱力學爬坡反應,需要光、電催化的科學基礎,其轉化的資源是水、二氧化碳和太陽能為代表的可再生能源。它道法自然,回歸生態平衡,環境綠色友好。在中國西部正在進行的千噸級太陽燃料合成工業化示范工程,就是基于我們發展的分解水制氫技術和二氧化碳加氫合成甲醇的技術。

  太陽燃料合成的主要途徑有光催化、光熱催化、光電催化以及電催化。太陽燃料合成是一個化學儲能的過程,可以將分散的太陽能收集、長期儲存。太陽能轉化為化學能的意義重大,一方面可將太陽能作為燃料使用,更重要的是這是一個新的儲能策略,可解決可再生能源的間歇性問題,以及用戶使用能源的隨機性問題。

  另外,將太陽能等可再生能源儲存為太陽燃料(甲醇燃料),既能長期儲存,隨時可以使用,又易于安全運輸,且是氫能載體,可作為燃料電池氫源,有利于解決氫能經濟中“制、儲、運、加”的安全性問題。

  基于太陽燃料的合成技術,我們提出了太陽燃料加氫站或稱液態陽光加氫站的策略,其優勢很明顯:可解決高壓加氫站安全問題,實現油、醇、氫共站,減少二氧化碳排放,實現燃料電池全生命周期綠色清潔的目標,還可以擴展為其他化學儲氫路線,適合在社區和現行加油站建設等。該技術被認為是最有發展前景的加氫站技術,建議盡快在可再生能源供給體系中進行布局。

  我國可再生能源資源稟賦條件優越,完全可以通過大力發展可再生能源解決能源和生態環境問題,特別是通過太陽燃料的策略,發展甲醇經濟、氫能經濟。實現二氧化碳減排和二氧化碳的碳資源化,技術和經濟上均是可行的??裳斜ǜ姹礱?,如果可再生能源發電的價格為每千瓦時0.2元,太陽燃料甲醇和煤化工甲醇的價格持平,若采用棄電(棄光、棄風)制甲醇,則太陽燃料甲醇的成本優勢更大。

  總之,可再生能源逐步替代化石能源已成為必然趨勢,太陽液態燃料是其中的重要途徑之一,將在人類社會生態文明建設的發展中發揮越來越重要的作用。

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二氧化碳是人類必須善加利用的資源

何鳴元,中國科學院院士

  在能源轉型時代,縱觀我國整個能源的布局,包括化石能源、非化石能源和可再生能源。盡管可再生能源是我們向往的,技術也日趨成熟,但在能源需求的總量中所占的比例會有一定的局限。

  在可預見的未來, 化石能源在能源結構中仍將占主導地位。

  我國70%的石油依賴進口,這嚴重威脅我國能源安全。因此,根據我國“富煤、少油、貧氣”的能源結構特點,用好現有化石資源,做到清潔利用不但十分重要,而且勢在必行。

  化石能源是指以石油、天然氣、煤為代表的含碳能源。在化石資源加工轉化成燃料和化學品、燃料利用過程中產生二氧化碳。然而,二氧化碳排放量的不斷增加,將導致一系列生態和環境問題。因此,我們必須解決好碳循環嚴重失衡問題,實現碳資源的高效轉化及循環利用。

  2010年前后,我們提出了“綠色碳科學”的概念,即含碳物質能源利用時,從碳資源加工、碳能源利用、使用后碳固定,到碳循環全過程所涉及的碳化學鍵演變規律及其基于原子經濟性的優化。

  從化學基礎來看,綠色碳科學核心是碳的氧化還原反應。當化石能源加工利用產生二氧化碳時,我們可以通過化學循環或者生態循環的方式,使之又變為燃料和化學品,盡量接近碳循環平衡。

  把生成的二氧化碳循環成為可利用的能源,包含把變化以后的化學鍵再變回原來化學鍵的一些反應。根據能量守恒定律,化學鍵的演變實質上涉及的是能量問題,即二氧化碳化學循環生成燃料所需能量,在實施過程中要大于從能源燃燒生成二氧化碳得到的能量。我們仍然可以用含碳能源來補充所需的能量,但其后果必然是在循環利用二氧化碳的同時又增加了新的排放,這違背了綠色碳科學原則。因此,光靠碳循環體系本身是不行的,我們需要從外加的非碳能源獲取能量才能良性完成這個循環。

  能源化學學科發展前沿目前聚焦于二氧化碳、水和氫這些小分子問題。來自含碳能源的燃料使用后產生的終極分子是水和二氧化碳,再生需要解決能量的問題。利用太陽能分解水制氫進而還原二氧化碳、通過人工光合作用實現二氧化碳和水的反應制取燃料和化學品,是當前的研究熱點和技術發展的重點。

  在這一系列過程中,太陽能是滿足人類需求的終極能源。除太陽能之外,風能、水力能、地熱能、核能等非碳能源也可以考慮在內。

  我們距離用太陽能推動二氧化碳轉化還有多遠?太陽能發電已經開始工業應用,太陽能熱的利用除民用外距工業應用也并不遠,但光催化方法和光電化學方法將太陽能轉化為化學能則還有一定的距離。

  特別需要關注的是,包括化工和發電等工業在內二氧化碳的集中排放,其總量占人類二氧化碳排放總量的40%以上。我們認為且需要強調,集中排放的二氧化碳必須以工業的方式來解決。綠色碳科學的理念的普及和發展必然要推動“二氧化碳化工”眾多過程和新興產業的產生。目前,歐洲規劃了12項二氧化碳轉化過程的工業實驗。我國不少科研院所和企業已成功開發了多項“二氧化碳化工”過程項目,并實現了工業化,可以說是引領了世界二氧化碳資源化利用的正確方向。

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助推能源數字化與清潔能源轉型

尼克·約翰斯通(Nick Johnstone),國際能源署首席統計師

  這是我第一次來到大連化物所,當車沿著山路向上行駛之時,我就被這里的環境吸引了。很明顯,這里的科研設施都是高標準的。

  盡管我與大連化物所的科研人員沒有直接合作過,但我時常驚訝于我的科研工作被那么多中國學者關注,這種聯系是我未曾想到的。

  在數字化的今天,知識的溢出效應已然超乎想象。數字化改變了知識的交流,同樣也正在改變能源系統。所謂數字化,就是將越來越多的信息通信技術應用于物理世界,它可以實現數字和物理世界的互動與融合。數字世界包括三大要素:數字信息、人與機器之間或機器與機器之間的電子通信、分析數據以實現預期結果的能力。數據收集、存儲成本的下降,更高性能的互聯能力和更強的運算能力將助推數字化向高水平方向發展。

  如今,全球無電人口已降至10億以下,世界能源系統日益電氣化,但未來電力系統如何運行尚存疑問。已經有一些信號顯示出了全球能源變化的節奏與方向,比方說,在經濟增長的趨勢下,電力需求繼續強勁增長,石油和天然氣市場不斷變化,太陽能光伏發展勢頭強勁而其他關鍵技術及能效政策急需推力。政策制定者需要對可能的不同未來及其形成機制有充分的洞見。

  在這樣的背景下,數字化越來越普遍地出現于能源領域,數字公司對能源領域的興趣日益濃厚,人們也普遍認為數字化將不可避免地影響能源行業的關鍵部分。

  在我看來,數字化將有助于更好地制定政策,可以降低相關的交易和管理成本,如在擁堵收費方面靈活定價等;有助于理解分散和小規模資本存量的特征,如太陽能光伏衛星圖像和機器學習等;有助于收集、管理和分析大數據以改善政策評估及政策的合規性;同時,數字化提供的信息還可以更直接地反映消費者消費行為中的潛在偏好。

  能源數字化和清潔能源系統是一個整體,二者都會提高能源系統的效率,并在大多數情況下減少排放。事實上,數字化為清潔能源的發展提供了機會,最明顯的例子是智能電網。

  就中國而言,鑒于中國已探明的煤炭儲量非常大,煤炭仍然是能源系統的重要組成部分,而且在未來幾年內也將如此。中國目前最大的挑戰是改變能源系統中繼續依賴化石燃料的部分,轉變管理方式,讓風能、太陽能和其他形式的能源在經濟中發揮更大的作用。

  當然,我們可以看到,就能源領域相關信息通信技術的發明和應用而言,中國的增長率遠遠超出世界其他國家。近年來,中國在確保氣候變化議程的重要方面也發揮著突出作用。為了讓投資者為清潔能源轉型投資,中國需要制定一個可預測的政策框架。因此,我認為,中國當前最重要的事就是堅持下去,我也鼓勵中國繼續發出積極信號,表明中國正在以更加認真和堅定的態度應對全球能源轉型和氣候變化的挑戰。

  注:尼克·約翰斯通受邀代表國際能源署在大連化物所發展戰略研討會上發布了《數字化與能源》中文版,該報告經武漢文獻情報中心翻譯,由科學出版社于2019年7月1日正式出版。

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用甲醇作氫氣載體拉開氫能產業化序幕

劉科,澳大利亞國家工程院外籍院士

  當前,氫能正趕上前所未有的發展勢頭,逐漸成為清潔、安全的未來能源的重要組成部分。

  早在20多年前,我在美國聯合技術公司(UTC Fuel Cell)工作時,就帶領UTC、尼桑和殼牌石油三大跨國公司的工程師團隊,耗資近一億美元研發經費,做出了全球第一輛“車載汽油制氫的燃料電池汽車”。

  盡管氫能目前很熱,但氫氣并不適合做能源載體。

  一是因為氫氣是世界上體積能量密度最小的物質,只有靠壓縮才能提高能量密度。加氫站把氫氣壓縮到350公斤或700公斤的高壓儲罐里;這么高壓力的車載儲氫罐,因鋼材太重,只好用碳纖維,而碳纖維價格很高;并且在壓縮氫氣的過程中,本身就會損耗很多能量。

  二是因為氫氣是最小的分子,是最容易泄漏的氣體。多年來,大多數煉油廠事故都是源于氫氣泄漏。

  三是因為氫氣是爆炸范圍最廣、擴散最快的氣體。在露天情況下,氫氣泄漏問題不大,一旦泄漏就會沖上天。但在封閉空間,它會迅速擴散、爆炸;目前國內規定大型高壓儲氫罐車不允許過隧道,就是擔心在隧道內泄漏爆炸。因此,對于北上廣深這種大量汽車停在地下停車庫封閉空間的城市來說,罐裝氫氣不適合成為廣泛使用的能源。

  四是建加氫站也有困難。因為氫氣的易燃易爆特性,加氫站在設計的時候要有一個安全距離,它要求在一定的范圍內不能有居民樓。以深圳為例,在市里建一個日供300輛左右燃料電池汽車的加氫站約需6~8畝地,而深圳1畝地約1億元,一個加氫站,僅地價就6億至8億元,根本就不劃算。如果把加氫站建在郊區,也沒有多少人來回跑那么遠去加氫。

  不過,隨著“頁巖氣革命”的到來,這一切都發生了改變。

  頁巖氣革命前,美國的天然氣最高曾達17美元每百萬英熱單位,“頁巖氣革命”的到來使其迅速下跌至1.5美元每百萬英熱單位,現在平衡到2.5~3美元左右。而且,由頁巖氣革命探明的全世界天然氣儲量,200年也用不完。

  天然氣是制備甲醇最好的原料,比煤制甲醇更便宜。全世界有200年用不完的天然氣,也就意味著有200年用不完的甲醇。我們可以就地把天然氣轉化成甲醇,在天然氣便宜的地方,甲醇每噸成本不到750元。

  從運輸方面來講,與固體、氣體相比,液體燃料當屬首選。因為,在陸地上可以用管道運輸,即使跨海輸送,成本也很低,而且還可以在儲罐里長期儲存。比如,海運一船汽油從休斯敦到大連港,售價為7元一升,運費每升不到0.07元。

  從另一方面來說,甲醇在線重整制氫的難度要比汽油在線轉化制氫的難度小得多。因為汽油轉化溫度為850℃,甲醇只有300℃多,并且甲醇中沒有硫,比汽油干凈得多。

  十幾年前,我們就實現了汽油在線轉化制氫技術,現在沒有理由做不成甲醇在線轉化制氫技術。

  這幾年,我們與一些企業合作,在劣質煤制甲醇、甲醇制氫等方面取得了很大的進步,用甲醇作為氫氣的載體,儲運成本大降,和燃料電池結合大有可為。

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氫能技術有望使“地月經濟圈”成為現實

譚永華,中國航天科技集團有限公司科技委副主任

  清潔能源的使用是世界發展的一大趨勢,其來源值得我們認真研究。這當中,我認為氫能是尤其值得關注的,氫能在交通運輸動力、工業原料和熱源、家庭和建筑供能、軍事及科研領域等方面都得到了應用,具有很好的前景。

  我相信,如果未來需求量到了一定的規模,液氫大宗國際交易也可以像現在液體天然氣的模式一樣進行。

  不過就目前來說,無論是制氫、儲運還是用氫,我國氫能發展都有一些問題需要思考與解決。

  在制氫方面,當前化石能源制氫占主導地位,但化石能源儲量有限,且有碳排放、環境污染問題有待解決。據此而言,深綠制氫技術應該是未來的發展趨勢,不過這一技術目前還存在制氫成本高、大規模工程應用技術不成熟等問題。

  在儲運方面,要想實現未來氫能的規?;τ?,就必須解決氫的安全、高效、低成本、高便利性儲運問題。比如,液氫儲運需解決氫液化、儲運、加轉注及液氫加氫站等方面的技術及裝備問題;高壓儲運需提升管束車儲運效率以及70MPa高壓車載氣瓶制造及檢測技術、碳纖維等材料生產技術等。

  在用氫方面,則急需掌握長壽命高壓比隔膜壓縮機技術,實現關鍵部件的國產化。當前,電堆成本高、壽命短制約了氫燃料電池的應用,需要加快燃料電池關鍵部件國產化,發展燃料電池動力系統總成技術。而且,我國液氫加氫站技術與國外還存在一定差距,也要實現關鍵設備的國產化。

  我認為,需要根據不同的用氫場景,比如小型還是大型、移動還是固定、地面還是太空等,選用適合的制氫、儲氫技術路線?;詰鼻暗那榭?,我國要持續發展多元化深綠制氫技術、液氫儲運及加氫站技術,要探索符合我國國情的氫能發展之路。比如,依據我國煤炭資源豐富的特點,需重點發展低成本煤制氫技術。

  在我國氫能發展過程中,中國航天技術起到不可磨滅的作用。自1970年4月24日我國第一顆人造地球衛星發射成功,液氫工業化應用就拉開了序幕。后來,我國相繼攻克液氫液氧混合比調節、高速軸承在液氫中運轉、液氫長距離管道輸送絕熱等技術難題,并試驗成功液氫渦輪泵使我國具備了動力輸送液氫能力,液氫才開始大規模應用。隨著液氫液氧發動機的研制和應用,可以說,中國航天領域已經形成了完整的液氫技術鏈條,從生產、儲存、運輸、試驗測試到安全監控,積累了大量成果,形成了相應的標準規范。

  幾十年來,中國航天氫能應用掌握了一系列主要核心技術,包括制氫、儲運、液氫加氫站、氫燃燒、氫安全應用規范等。目前,這些經驗、成果、技術正逐步推廣應用到民用方面。

  此外,氫能在未來的太空探索中也將大有可為。

  水不僅可為太空生存提供保障,而且能分解成火箭燃料的主要成分——氫和氧。未來在地外太空探索中,可由氫氧發動機輸出動力、氫氧燃料電池提供能源,實施“地外動力—能源—生保一體化系統”解決方案,滿足地外生存、生活、生產需要。屆時,地外金屬礦開采指日可待,“地月經濟圈”有望成為現實。

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十年闖出合作新路

楊悅,延長石油集團黨委書記、董事長

  9月15日,陜西延長石油(集團)有限責任公司(以下簡稱延長石油集團)與大連化物所共同實施的千噸級合成氣直接制低碳烯烴中試項目一次試車成功,各項指標均超過設計值。這標志著我國現代煤化工產業化技術應用又一次取得重大突破。

  下一步,我們將加快推進工業化示范應用,探索經濟可行性方案,早日實現產業化。

  經過10年的努力探索,事實證明,延長石油集團與大連化物所走的這條合作的路子是對的。我們的合作模式全面落實了國家創新驅動發展戰略,建立以企業為主體、市場為導向,產學研深度融合的創新體系。

  早在2010年,延長石油集團與大連化物所便確立了全面戰略合作關系。從基礎研究、應用研究,到小試、中試、工業示范,雙方開展了全產業鏈深層次的緊密合作。

  為充分激發大連化物所科研創新優勢,打通從基礎研究到中試及產業化的“最后一公里”,延長石油集團每年固定支持400萬元探索性項目經費。

  探索,意味著鼓勵創新、寬容失敗。一方面,只要科研人員有好的想法、在基礎研究方面有所突破,我們就設立課題支持;另一方面,如果科研人員圍繞企業產業鏈布局創新鏈,我們便從前端基礎研究開始立項,加快從基礎研究到技術應用,乃至最后工業化示范和產業化的步伐。

  為推動合作技術研發與轉化,我們雙方共建了能源化工聯合實驗室、西安潔凈能源(化工)研究院等科研平臺。此外,我們還以混合所有制形式,聯合組建了延長中科(大連)能源科技公司,設立了總規模1000億元的潔能產業基金,促進科技成果轉化,共同推進成熟技術產業化進程,形成風險共擔、收益共享的科技創新利益共同體。

  迄今為止,通過合作,延長石油集團與大連化物所結出累累碩果,這些成果也引領了能源化工行業的創新發展。雙方共同實施探索性項目34個、中試及產業化項目8個、工業示范項目6個。其中建成投產了全球首套10萬噸/年合成氣制乙醇示范項目,奠定了我國煤基乙醇工業化的國際領先地位;建成投產了榆橫15萬噸/年合成氣鈷基催化劑制油示范項目,開辟了一條新型合成氣制油及醇類產品路線;共同開發了國際首創的汽柴油超深度脫硫技術,解決了國V汽柴油升級的重大技術難題;共同開發了合成氣直接制低碳烯烴工藝技術,為我國乃至全球煤炭清潔高效轉化利用開辟了新路徑。

  可以看到,我們與大連化物所的合作模式已形成了一套可復制、可推廣的成功經驗。目前,我們在與中國科技大學、復旦大學、南京大學等院校合作過程中,也推廣了這一產學研合作模式,同樣起到很好的效果,有效提升了科技創新水平。

  隨著合作的深入,我們深刻意識到,人才是企業乃至能源事業可持續發展的基石。為加強人才培養和交流,延長石油集團每年固定支持大連化物所100萬元,設立優秀博士生獎學金和實習基金等,雙方每年互派科技人員交流學習,培養鍛煉了一大批青年骨干人才。

  未來一個時期內,化石能源仍將長期占據主導地位。同時,清潔能源也將迎來發展的“井噴期”。作為一家百年石化企業,一方面要解決好現有化石能源的“高能耗、低效率”問題,加快攻關煤炭清潔分質利用等“卡脖子”技術和提高煤油氣綜合轉化的利用效應,贏得未來發展的主動權;另一方面,要瞄準清潔能源這片“藍?!?,提前布局新能源產業。

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煉化企業必須走科技創新之路

何盛寶,中國石油集團石油化工研究院黨委書記、院長

  當前,我國煉化工業處在轉型發展瓶頸期。一方面,我國能源需求越來越大,原油對外依存度超過70%,已嚴重威脅國家能源安全。黨的十九大報告提出的“兩步走”戰略,實現人民對美好生活向往的奮斗目標,離不開滿足美好生活需要的各種石油化工產品。因此,石油消耗還將持續增加,如何使有限的石油資源得到更高效綠色的利用,是我們面臨的一個重大挑戰。

  另一方面,煉油產能日趨過剩,油品結構不盡合理,市場參與主體多元化,傳統國有煉化企業面臨日趨激烈的競爭。這倒逼企業必須依靠科技創新,走高質量發展之路。與過去相比,越來越多的企業意識到,發展離開了科技創新就不可能持續,企業對技術渴求的迫切性到了一個前所未有的高度。

  為突破瓶頸、迎接即將到來的能源革命,企業界與科學界必須融合創新發展,包括在平臺建設、技術研發和人才培養等各方面的充分融合。

  我們與大連化物所的合作是一個成功典范。中國石油有產業發展需求,且擁有原材料、中試、工業化示范等資源和平臺優勢,大連化物所則在能源化工領域具有較強的科學研究實力、擁有諸多大科學儀器,這些是企業所不具備的。經過數十年的磨合、探索,我們聯合搭建創新平臺,瞄準應用開展針對性技術研究,實現了創新鏈與產業鏈的無縫銜接。

  在大連化物所成立70周年大會上頒布的“中國科學院大連化學物理研究所70周年重大科技成果”中,“催化干氣制乙苯”就是我們與大連化物所聯合開發、實現大規模工業化應用的項目,這得益于研究所和企業的密切合作,實現了從基礎研究到小試、中試再到工業化應用和技術更新換代。

  除此之外,我們在潤滑油異構生產Ⅲ類高檔基礎油等方面取得了工業應用成效;與包信和院士團隊合作的甲烷無氧制烯烴技術研究取得了階段性進展;另外,將張濤院士團隊“單原子催化劑”的最新理論成果,應用到傳統的乙烯裂解產物加氫催化劑開發過程中,迅速轉化為催化劑產品,不僅提高了我們企業的效益,更引領了石化行業的科技進步。

  諸如此類的合作還有很多。

  回望過去,融合研究所優勢與企業需求、充分信任科學家、給予長期持續性而非短時零散的支持,是我們與科研院所合作多年的最好經驗。

  面向未來能源化工戰略性核心關鍵技術發展重大需求,為推進建立知識創新和技術創新良性互動的合作新機制,2016年,我們與大連化物所共建“中國石油—大連化物所能源化工聯合研發中心”,圍繞企業當前和未來面臨的需求與發展問題,聚焦顛覆性、突破性技術,加強對大連化物所相關研究的持續性支持,并推動有前景的技術優先在中國石油進行中試和示范。

  值得一提的是,中國的煉油能力已位居世界第二,在當前嚴峻的國際形勢下,中國的煉油技術展現出了較強的實力,主體工藝技術和催化劑也實現了自給。不過,我們不能停下追求卓越的腳步,除了規模外,在質量效益、清潔化和競爭力上也要努力做到世界最好。

  如今,煉化工業進入智能化、分子煉油時代,需要從分子層面上深入認識原油結構,以最大化發揮每一滴石油的價值。不過,認識原油分子結構并實現高效轉化利用并不容易,這更需要發揮研究所大科學裝置和基礎研究的力量?! 。ū頸凹欽吆錈疾煞謎恚?/p>

合作共贏 應對可持續發展挑戰

安杰羅·阿莫雷利(Angelo Amorelli),英國石油公司(BP)研發部副總裁

  中國擁有世界上最令人興奮的能源系統和增長潛力,也面臨著可持續發展的巨大挑戰。和世界其他國家一樣,中國目前最大的挑戰是如何在不對環境造成負面影響的情況下實現可持續發展。

  當今世界并沒有走在可持續發展的正確道路上,正如《巴黎協定》所呼吁的一樣,我們有必要向凈零排放邁進。世界正面臨著氣候變化的嚴峻挑戰,包括中國在內的世界各國都在采取措施,努力實現《巴黎協定》2050年凈零排放的目標。

  我們認為,技術將有助于提升能源利用效率,有利于應對全球性的挑戰。英國石油公司(BP)正在和科研機構、大學、政府緊密聯系,嘗試研發各類技術并推動技術的商業化。

  BP從110年前成立以來,從未停止過發展和現代化運營,現在我們正在行動,再次改變我們的公司。

  最近,BP購買了英國最大的電動汽車充電網絡公司Chargemaster,作為BP旗下的電動汽車充電公司,BP Chargemaster將很快在英國推出400個超高速充電器。同時,我們投資了世界上增長最快的太陽能公司——Lightsource,其目標是到2023年達到10吉瓦的太陽能裝機容量,并為300萬戶家庭提供電力。此外,我們還通過BP內部的技術研究進行科學創新,并與中國的學術界和風險投資集團合作。

  大連化物所是世界領先的化學學術機構之一。我們和大連化物所有將近20年的長期且富有成效的合作。2001年,中國科學院與BP簽署了一份10年期限的項目合作協議,項目資金總額為1000萬美元,用于清潔能源的戰略研究和關鍵性技術問題的解決。隨后,BP和大連化物所共建了能源創新實驗室(EIL)。

  在大連化物所,我們支持了超過50個科研項目,與60多位教授、科研人員及超過130名學生進行合作。我們在EIL建立起了合作研究科研團隊,其中一半的人員是大連化物所的畢業生,我們也資助大連化物所的學者開展一些科研項目,這些項目覆蓋了化學催化的科學、工藝以及生物質轉化等多個領域,以期為中國和世界其他國家找到解決能源可持續發展的路徑。

  在過去的合作中,我們得以在大連和世界上最杰出的一些科學家和學生一起工作,通過合作項目,我們將工業界的訴求傳遞給科研人員,而大連化物所的科研人員也得以與國際化公司建立聯系。

  世界可持續發展的問題可以通過研究所與國際企業的合作逐漸解決。未來,我們希望繼續在化學研究方面和大連化物所開展合作。就潛在的新技術領域,如氫能、生物能源以及生物質轉化等對于中國具有戰略意義的新話題,我們也非常感興趣。

  正值大連化物所成立70周年之際,我祝愿雙方在接下來的70年里能夠繼續分享成功的喜悅。

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甲醇燃料是符合中國國情的新能源

沈建躍,上海博氫新能源科技有限公司董事長

  人類能源發展軌跡是從高碳到低碳再到零碳,從低效率走向高效率。氫能,作為綠色高效的二次能源,被全世界公認為是21世紀的“終極能源”。

  燃料電池是高效清潔利用氫能的最佳工具,相關技術在國際上已取得重大突破,并在多個領域進行商業化應用。但氫燃料電池在推廣和使用之路上遭遇了諸多挑戰。比如氫氣存儲條件苛刻、不安全,氫氣壓縮時能耗大以及運輸成本高等。尤其高壓氫制備成本高,若將其作為產品推向市場,以目前的技術而論還需要走過一段漫長的發展之路。

  甲醇能源是符合中國特色的新能源。據最新數據統計,截至2018年,全球甲醇產能約14400萬噸,中國甲醇產能達8600萬噸/年,占世界產量60%以上,預計未來還將新增產能2000萬噸。此外,我國甲醇燃料生產技術成熟,成本低于汽油和柴油。關于安全性,美國能源部的數據顯示,甲醇燃料是最安全的二次能源。

  目前我國仍在不斷加大甲醇產業建設。今年3月19日,國家八部委聯合印發了61號文件《關于在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見》,鼓勵企業研發甲醇混合動力汽車、甲醇增程式電動汽車、甲醇燃料電池汽車產品,支持各地推進甲醇燃料生產及加注體系建設。

  事實上,甲醇作為能源的使用途徑主要有3種:直接燃燒、內燃機燃燒和甲醇重整制氫燃料電池。甲醇重整制氫最近廣受關注,與傳統的制氫方法相比,甲醇重整制氫具備六大優點:制氫原料來源廣泛且價格低廉,甲醇作為一種常見的化工原料,既可從化石資源中制得,又可由生物質制??;氫元素利用率高、含氫量高、能量密度高;制氫裝置簡單;以甲醇為原料制氫投資少、自動化程度高、生產能力易調節;甲醇作為液體燃料,使用和運輸方便;甲醇燃料十分穩定、揮發性較低,適合燃料電池的所有操作條件。

  甲醇重整制氫+氫燃料電池系統作為“發電機”系統有多種技術路線,我們走的是甲醇重整+高溫燃料電池,這類技術是現階段發展最快的技術路徑,整體系統效率高。已在電動車及其他特殊領域得到了眾多成功應用。

  我國在甲醇氫燃料電池技術領域已達世界領先水平。2017年12月29日,由我國研發的世界首臺甲醇氫燃料電池電動物流車獲得工業和信息化部《新能源汽車產品公告》批示,該車型為基于30千瓦甲醇氫燃料電池組的東風特汽7T電動物流車。它不僅具有電動車的低能耗、低排放、低污染的優勢,同時也解決了城市物流車電動化過程中不可忽視的續航里程短、充電設施不完善、充電難、充電時間長等問題。目前,該車型已開始批量生產并正式投入商業運營。

  甲醇氫燃料電池發電裝置在分布式能源、交通、軍民融合、船舶以及航天航空領域有著廣闊的應用前景。此外,在持續供能困難的中西部地區、無人區、自然?;で?、高原高寒無人值守的通信基站和邊防哨點等特殊區域和場景下,甲醇重整氫燃料電池更穩定,甚至可以替代傳統的鋰電池和柴油機。

  目前國內甲醇氫燃料電池已經具備產業化生產條件,全球首個以甲醇為加注介質的氫燃料電池生產基地已于2018年12月份在寧波慈溪舉行奠基儀式。該生產基地項目于2020年全部建成投產后,年產值預計可達到100億元。

  以下是該媒體報道地址://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/9/349899.shtm

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