根據(jù)國(guó)際能源署(IEA)計(jì)算,自工業(yè)化時(shí)代以來,煤炭是導(dǎo)致“全球溫度升高的最大單一來源”。放眼全球,中國(guó)擁有著世界上最大的煤化工產(chǎn)量,而“富煤、貧油、少氣” 的資源稟賦決定了中國(guó)以煤為主體的能源結(jié)構(gòu)短期不會(huì)改變,在“雙碳”背景下,如何提高能效、降低資源消耗和污染排放,實(shí)現(xiàn)智能化、綠色化的高效發(fā)展,很大程度上決定了煤化工行業(yè)企業(yè)的未來發(fā)展命運(yùn)。
本文刊登于PROCESS《流程工業(yè)》2021年第13期
《煤化工行業(yè)的碳中和踐行之道》
煤化工產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)二十年的跌宕起伏,從傳統(tǒng)煤化工到更加注重能源潔凈利用的現(xiàn)代煤化工,探討這一重要行業(yè)的碳中和進(jìn)程和方法論,對(duì)于整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域碳中和實(shí)踐具有重要參考價(jià)值。
根據(jù)碳中和“碳排放–植物碳匯–人工碳匯=0”公式,可以通過技術(shù)創(chuàng)新從生產(chǎn)源頭減少碳排放,或者利用CCUS(即碳捕捉、應(yīng)用與儲(chǔ)存)技術(shù)進(jìn)行人工碳匯。而在中國(guó),面向碳中和的綠色低碳技術(shù)體系還尚未成熟,且CCUS技術(shù)的成本高昂,仍處于工業(yè)示范階段。放眼未來,隨著時(shí)間的推移,碳排放權(quán)也會(huì)越來越稀缺,碳稅的價(jià)格也會(huì)逐年走高,碳減排技術(shù)進(jìn)步較慢的企業(yè),很可能將面臨被時(shí)代淘汰的命運(yùn)。企業(yè)想在原地等待前人鋪平鋪好“捷徑”后再上路,顯然已行不通。
當(dāng)然,雖然可以選擇購(gòu)買碳抵消,但據(jù)中泰證券與施耐德電氣發(fā)布的《碳中和及可持續(xù)發(fā)展高管洞察》白皮書顯示,僅有9%的企業(yè)表示將通過購(gòu)買碳抵消來實(shí)現(xiàn)碳中和,這也意味著被動(dòng)購(gòu)買往往是企業(yè)走投無路下的無奈之舉。相較而言,建立可持續(xù)能源管理體系、追溯排放源頭,挖掘工藝優(yōu)化的潛力,謀求綠色智能制造轉(zhuǎn)型是大部分企業(yè)應(yīng)對(duì)碳中和挑戰(zhàn)的首選,也是未來企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的生存王道。
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想要解答煤化工行業(yè)碳中和的難題,了解碳主要在哪些環(huán)節(jié)被排放至關(guān)重要。與石油化工相似,煤化工生產(chǎn)中的碳排放可分為能源相關(guān)排放和工業(yè)過程排放。而隨著未來可再生能源替代的推進(jìn),能源相關(guān)排放會(huì)大大縮減,過程排放或?qū)⒊蔀闆Q定產(chǎn)品碳排放壓力的核心因素,對(duì)于煤化工企業(yè)來說,這類碳排放大多來自于制氫過程。
作為重要的生產(chǎn)原料和戰(zhàn)略性清潔能源,氫氣在煤化工產(chǎn)業(yè)中扮演著重要的角色。舉例來說,煤化工合成氨和甲醇對(duì)氫氣的需求,分別占到全球氫氣總需求的27%和10%;從供給端來看,據(jù)統(tǒng)計(jì),煤炭制氫憑借廉價(jià)的優(yōu)勢(shì),在我國(guó)制氫領(lǐng)域中占比更是高達(dá)62%。然而,煤制氫產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)1噸H2將排放11噸CO2,這與“碳中和”的減排訴求背道而馳。因此可以預(yù)見,在未來,大煉化和煤化工企業(yè)都亟需替換新的制氫路徑。
除了煤制氫,當(dāng)前我國(guó)西部煤化工企業(yè)的甲醇和聚烯烴產(chǎn)能,也占據(jù)了巨大的市場(chǎng)份額。而煤制烯烴反應(yīng)過程中的碳排放,主要來自煤制甲醇(MTO)中的合成氣變換反應(yīng)。針對(duì)于此,煤化工企業(yè)可利用西部地區(qū)光伏發(fā)電得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),通過額外補(bǔ)充電解水制的氫氣,并調(diào)整下料比例,在解決當(dāng)?shù)乜稍偕茉淳偷叵{問題的同時(shí),還可大幅降低原料煤的使用,從而降低煤炭單耗和碳排放,可謂一舉多得。
通過綠氫(可再生能源制氫)對(duì)灰氫、黑氫的替代,現(xiàn)代煤化工行業(yè)在未來將繼續(xù)保持其在烯烴產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。這是碳中和政策下煤化工企業(yè)減碳改造的優(yōu)秀范式,也是寶豐能源等國(guó)內(nèi)煤化工龍頭企業(yè)正在開展的產(chǎn)業(yè)改革。此外,這種對(duì)碳排放來源進(jìn)行追溯,逐步開展綠色能源替代,以及因地制宜、對(duì)癥下藥的“解題模式”,對(duì)于大型煉化等工業(yè)企業(yè)具有重要指導(dǎo)意義。
除了能源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的改善,施耐德電氣發(fā)布的《綠色智能制造行業(yè)洞察——煤化工行業(yè)》白皮書提到,在信息技術(shù)大變革、大發(fā)展的時(shí)代,想要更好地支撐企業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型,護(hù)航產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,企業(yè)無疑還需通過提升自身的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化運(yùn)營(yíng)水平,進(jìn)而提升能源資源利用率、能源安全性和穩(wěn)定性。
煤化工經(jīng)歷了自動(dòng)化、數(shù)字化提升過程,如今正向智能化轉(zhuǎn)型。在標(biāo)桿型的煤化工工廠里,利用高效、標(biāo)準(zhǔn)的方法,將企業(yè)運(yùn)維、智能設(shè)備產(chǎn)線及智能專業(yè)化應(yīng)用等各種數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和價(jià)值鉆取,以知識(shí)自動(dòng)化為決策提供支持,實(shí)現(xiàn)全部生產(chǎn)過程的先進(jìn)控制和在線實(shí)時(shí)優(yōu)化,確保生產(chǎn)過程的“安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)”,站在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、部署和運(yùn)維的全生命周期角度上,全方位打造綠色的煤化工智能工廠。
煤化工綠色智能制造遠(yuǎn)景(來源:施耐德電氣《綠色智能制造行業(yè)洞察——煤化工行業(yè)》)
三寧化工是傳統(tǒng)煤化工企業(yè)走向智能、綠色、安全、可持續(xù)智能工廠的業(yè)內(nèi)典范,施耐德電氣幫助三寧化工實(shí)現(xiàn)了成功的數(shù)字化交付,將四維融合的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)的各個(gè)場(chǎng)景中,把中壓、低壓的配電和生產(chǎn)裝置,無論是變頻控制系統(tǒng)還是安全儀表系統(tǒng),通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集軟件和工業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了能源和工業(yè)自動(dòng)化的打通,云、邊、端的打通,企業(yè)全生命周期的打通,以及在集團(tuán)層面進(jìn)行全面管控的打通,體現(xiàn)了施耐德電氣引領(lǐng)工業(yè)企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面的先進(jìn)理念。
施耐德電氣近期發(fā)布的《打造未來碳金競(jìng)爭(zhēng)力:中國(guó)工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和之路》白皮書為工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了可落地的方法論。施耐德電氣指出,清潔化、電氣化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)“雙碳"目標(biāo)的四大技術(shù)路徑,而數(shù)字化將成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和的一大利器。據(jù)施耐德電氣商業(yè)價(jià)值研究院針對(duì)21個(gè)行業(yè)、100家以上企業(yè)進(jìn)行有關(guān)碳中和議題的研究調(diào)查,超80%的企業(yè)將在碳治理中使用數(shù)字化技術(shù),施耐德電氣為此提出了一種兼顧企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展的方法論:碳金矩陣。
施耐德電氣的碳金矩陣圖(來源:施耐德電氣《打造未來碳金競(jìng)爭(zhēng)力:中國(guó)工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和之路》白皮書)
碳金矩陣包括“可持續(xù)發(fā)展”和“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”兩個(gè)維度,并在每個(gè)維度上配備了需要用到的組合工具庫。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型維度,以數(shù)字化、智能化為目標(biāo),綜合考慮業(yè)務(wù)發(fā)展和碳減排任務(wù),通過規(guī)劃先行的管理咨詢指導(dǎo)數(shù)字化,然后推進(jìn)分步實(shí)施和持續(xù)優(yōu)化。在可持續(xù)發(fā)展維度,以低碳化為目標(biāo),通過“戰(zhàn)略規(guī)劃”、“管理提升”和“執(zhí)行優(yōu)化”三個(gè)步驟,推動(dòng)綠色制造。
毫無疑問,利用數(shù)字化手段優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的綠色低碳改造、促進(jìn)工業(yè)能源消費(fèi)低碳化,提升電氣化水平以實(shí)現(xiàn)深度脫碳,推進(jìn)領(lǐng)域內(nèi)數(shù)字化、智能化、綠色化的融合發(fā)展,是行業(yè)迎接碳中和挑戰(zhàn)、建立自身優(yōu)勢(shì),一舉收獲時(shí)代紅利的不二之選。煤化工企業(yè)一直在這場(chǎng)沒有硝煙的“智能綠色革命”中摸索前行,相信在更多如施耐德電氣一樣的企業(yè)的群策群力下,國(guó)內(nèi)煤化工企業(yè)也必將取得更大進(jìn)步,為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)行業(yè)力量。
關(guān)于更多碳中和的內(nèi)容,可以關(guān)注施耐德電氣《碳中和及可持續(xù)發(fā)展高管洞察》、《綠色智能制造行業(yè)洞察—煤化工行業(yè)》和 《打造未來碳金競(jìng)爭(zhēng)力:中國(guó)工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和之路》白皮書。
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