推动能源耦合发展 突破行业用能壁垒

编者按

能源耦合是指通过能源纵向梯级利用或横向多行业互补运行，打破能源企业和行业间壁垒，提高全社会能源整体利用效率的能源利用方法。它既包括行业内不同能源形式的耦合，也包括跨行业、跨产业间的能源耦合，是实现能源可持续发展的重要抓手。

“十四五”期间，我国将进入新发展阶段，能源结构将持续向绿色低碳方向发展。根据中国电力企业联合会和国家统计局的统计数据，我国2019年发电总装机容量为201066万千瓦，发电总量为71422.1亿千瓦时，全年耗煤22.9亿吨，火电、水电、核电、风电、太阳能五种发电形式装机容量占比分别为59.3%、17.7%、2.4%、10.4%和10.2%，发电量占比分别为72%、16%、5%、5%和2%。从统计结果可以看出，火电装机容量仍占全国总装机容量的近60%，发电量占比接近3/4，这是由我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋和当前电力技术水平共同决定的。水电、核电、风电、太阳能发电装机容量占比已经超过40%，尤其以风电、太阳能为代表的新能源发电占比已经超过20%，发电行业向绿色低碳转型的速度不断加快。

但同时也应注意到，从单位GDP能耗看，我国与世界平均水平相比还存在差距，是世界平均值的1.5倍，进一步降低能耗水平、减少污染物排放的任务依然面临巨大压力；从煤炭消耗总量看，我国每年消耗40多亿吨标准煤，其中电煤消耗占比为57%，钢铁、化工、建材等行业也有较大的煤炭消耗量；从能源转换效率看，随着技术水平的不断提高，火电机组节能水平突飞猛进，目前全国新建60万千瓦以上机组供电煤耗已降低至300克/千瓦时以内，达到世界先进水平。

在当前形势下，提高可再生能源使用占比，实现能源清洁化是大势所趋，而提升能源利用效率，降低能源消耗，更是今后能源行业发展的首要任务。

能源耦合发展

是提升能效新思路

能源产业要实现绿色低碳发展，实现能源利用效率提升，主要有两种路径：一是行业内纵向优化，进一步挖潜增效；二是行业间横向合作，实现能源耦合发展。

近年来，在电力行业，大容量、高参数超超临界机组全面实现了国产化，“二次再热”等技术也日益推广，我国各类机组的平均供电标准煤耗逐年下降，2019年平均煤耗仅为307克/千瓦时，较本世纪初年均节煤可达数亿吨。同时，减排技术的不断升级也使火电厂实现了二氧化硫、氮氧化物、烟尘的“近零排放”。随着技术进步，其它用能行业的能耗水平也得到有效控制，2019年单位GDP能耗下降到0.49吨标准煤/万元。

能源耦合是指通过能源纵向梯级利用或横向多行业互补运行，打破能源企业和行业间壁垒，提高全社会能源整体利用效率的能源利用方法。能源耦合发展首先是行业内不同能源形式的耦合。“十四五”期间，我国将在充分发挥火电基础性保障作用的同时，大力推动清洁电力建设。以储能技术为突破口，依托精细化功率预测、优化调度、需求侧响应等一系列集成技术手段，以“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”为主要模式，大力建设一批“系统友好型”的综合能源项目，进一步促进区域清洁能源的开发利用，带动能源电力产业的转型升级，实现我国能源绿色低碳的发展目标。

能源耦合发展也是跨行业、跨产业间的能源耦合。近年来，针对如何提高能源利用效率，各能源领域都在行业内部进行了大量有益的探索和实践，也取得了许多重大成果。然而，就能源利用效率提升而言，各行业的“产出/投入比”越来越小。因此，打破行业间能源壁垒，开展跨行业合作，以能源耦合发展的方式，形成不同行业间能源利用形式的优势互补，实现资源梯级利用，进一步提高能源利用效率，成为我国能源革命的必由之路。

跨行业能源耦合发展

潜力巨大

根据我国能源禀赋，煤炭是最重要的一次能源，如何利用好煤炭资源是提高能源利用效率的关键。近年来，煤化工行业发展迅猛，已经成为最重要的煤炭资源转化途径。同时，煤化工也是重要的能源消费行业。由于自身工艺特点，煤化工系统中存在大量的用汽、用能需求，其解决方式通常是采用小容量、常规参数的锅炉直接供能，产出的蒸汽一般直接供应或减温减压后供应给各工艺分系统。这种供能方式的能源利用效率不高，能耗较大，也未能实现能源的有效梯级利用。

目前，煤化工项目数量急剧增加，规模也越来越大，而且现代煤化工园区一体化建设模式成为新的发展趋势。在这一大趋势下，热负荷总量和电力需求也大大增加，客观上需要统一规划园区及项目的供能系统，电力和煤化工的跨行业耦合越来越成为可能。

在此背景下，煤化工园区（或项目）采用先进成熟的高参数燃煤发电技术，一方面可以大幅提高能源利用效率，使燃烧效率同比提高3%—4%；另一方面，高参数蒸汽在优先发电做功后，依然可提供给化工系统，满足化工工艺用途，从而实现能量的梯级利用。采用这一耦合流程后，煤化工项目的发电能力得以放大，发电容量可达常规项目的三倍以上，而且产出的电力能耗低、成本低，煤耗仅为常规纯凝发电机组的1/2，可有效实现能源的高效梯级利用。此外，项目产生的余热、余汽可通过发电回热系统充分回收利用，产生的固废可用作燃料进行掺烧，从而最大程度地解决能源利用效率、排放总量、固废处理等一系列综合性问题，实现耦合的最大效益。

近年来，在华电天津滨海新区南港发电工程、榆林化学煤炭分质利用示范工程等项目的应用实践表明，能源耦合型发展不但可大大降低化工项目的能耗水平及排放总量，而且对于提高终端产品市场竞争力、减少市场风险，同样具有极其重要的意义，经济效益和社会效益非常显著。

煤气化联合循环发电（下称“IGCC”）与煤制油的耦合也是实现跨行业能源耦合、降低能源消耗的路径选择。IGCC技术是一种超洁、高效的发电技术，最高发电效率可达45%。相关研究表明，如果将煤制油与IGCC进行耦合发展，其综合能量转化效率可达60%，高于单独发电（45%）或单独制油（50%）的能量转化效率，应用前景良好。

化工产业与新能源发电耦合发展是推动我国新能源发展的有力手段。在大型化工项目周边建设风力发电、光伏发电及新能源相关的装备制造业等，在为化工项目提供可再生能源电力的同时，更可以制氢、供热，为煤化工行业提供动力及化工原料。

以跨行业能源耦合

推动能源高质量发展

同时，我们也必须清醒地认识到，目前跨行业能源耦合多联产系统集成和设计优化尚未形成完整的理论体系，根据多个行业和产品的市场定位，通过对工艺单元、中间产物、目标产品市场变化等方面的互补性分析，有针对性地设计整合出合适的生产工艺路线进行耦合优化，从而实现理想的能源耦合联产，仍任重道远。

目前，部分地方政府及企业凭借区位和资源优势，率先尝试将石油、天然气、煤化工、电力进行跨行业耦合联产，在实现多能互补与平衡、提高能源资源利用率的同时，力争为能源革命做出示范。

综上所述，在我国“十四五”和未来相当长一段时期内，我国能源结构将持续向绿色低碳转型，能源效率也将不断提升。行业内的纵向挖潜和横向耦合是“节能减排”的有力手段，而跨行业的能源耦合发展，对于打破能源、化工和动力等传统行业间的用能壁垒，实现多种能源的综合梯级转换利用，最终实现能源的高效、可持续发展，更是具有积极而深远的意义。

（作者系中国能建规划设计集团西北院党委书记、董事长，本文仅代表作者个人观点）