“能源生產和消費革命，關乎發展與民生。要大力發展風電、光伏發電、生物質能，積極發展水電，安全發展核電，開發利用頁巖氣、煤層氣。”李克強總理在2015年《政府工作報告》中的如此表述，引發了能源界的廣泛關注。

一些業內人士表示，2014年《政府工作報告》提及風電、光伏等清潔能源時用的是“鼓勵發展”，而今年變成了“大力發展”，表明政府對風電等清潔能源的支持力度將進一步加大。

在此背景下，近來又有一些專家提出，可將風電制氫與煤化工用氫、石化用氫相結合，走多聯產的綠色發展之路。這，到底是一種規劃設想，還是具有工程化可行性的方案?中國化工報記者日前進行了調研采訪。

減少能源消耗，降低污染排放——設想或可實現雙贏

近幾年，我國風電裝機容量增長迅猛，但由于風電天生的不穩定性造成電網難以消納等因素，伴生的棄風現象嚴重。所謂棄風，是指在風電發展初期，風機處于正常的情況下，由于當地電網接納能力不足、風電場建設工期不匹配和風電不穩定等自身特點，導致的部分風電場風機暫停的現象。我國每年因棄風而損失的電量超過100億千瓦時，造成了不小的浪費。

而我國煤化工產業的發展，則面臨較大的二氧化碳排放壓力。按我國規劃的煤化工發展規模，到2020年煤化工排放的二氧化碳將在2億噸/年以上。如果屆時征收碳稅，將在一定程度上削弱新型煤化工的綜合競爭力。

此外，當前我國油品正在抓緊升級。石化企業油品一般采取加氫精制的方法，對氫氣的需求日益增大。在氫氣的來源中，煤制氫、煉廠干氣制氫等方式，也存在二氧化碳的排放問題。

在這些背景之下，有業內人士提出了這樣的設想：如果利用大規模的風電進行電解水制氫，可以減少化石能源消耗，降低污染物排放，實現風電與煤化工、石油化工的多聯產。

中石化經濟技術研究院高級工程師何錚認為，提到二氧化碳，大家都會將其看作環保的宿敵，其實如果轉換看問題的角度，工廠排放的二氧化碳也是一種資源。當前，風力發電和電解水制氫已是成熟技術，而用風電制氫不產生二氧化硫和二氧化碳排放，水煤氣變換反應也是成熟的技術。通過氫氣和二氧化碳制取一氧化碳，逆變換反應以二氧化碳和氫氣為原料，把風力發電、發電后電解水制氫、捕集二氧化碳、逆變換反應幾個要素組合，就能實現煤化工的綠色變身。何錚表示，通過捕集二氧化碳，把煤化工產生的二氧化碳變成了資源，相當于將開采出的煤炭二次利用。以煤制甲醇為例，風電電解制得的氫氣與捕集的二氧化碳，通過逆變換反應生產一氧化碳，一氧化碳與氫氣生產甲醇，按一般甲醇生產工藝計，190萬噸一氧化碳和24.5萬噸氫氣，可生產甲醇約170萬噸，相當于節省標煤約260萬噸，消納二氧化碳約300萬噸。

中國成達化學工程公司高級工程師李瓊玖提出，粉煤氣化生成的合成氣，其氫氣與一氧化碳的量比為0.42，而合成甲醇要求量比為2。因此，需要將多余的一氧化碳進行水蒸氣變換成二氧化碳和氫氣，則有52.6%的一氧化碳變換成氫氣，每噸甲醇需排放二氧化碳約1.53噸。如果用風電電解水制取氫氣，煤氣化產生的一氧化碳就不需變換成氫氣。在相同煤耗的條件下，甲醇產量可增加約1倍，避免了大量二氧化碳排放。以年產120萬噸甲醇裝置計，可減排二氧化碳182.6萬噸。水電解分離出的氧，還可以作煤氣化用氧，代替深冷分離制氧的空分裝置，利用含一氧化碳63%的煤制合成氣作水電解的反極化劑循環制氫，可使制氫的耗電量大幅降低。這樣，風電與煤基甲醇生產集成，可實現經濟效益與環境效益雙贏的效果。

北京綠達源科技有限公司高級工程師鄭爾歷表示，如果采用風電制氫的模式，風電場就不用建設并網設備，風電機組會大大簡化，風能的利用率也可得到有效提高。而且制氫模式并不需要特別先進的技術，絕大部分是利用成熟的電解技術和氫能源應用技術的組合。不斷擴大規模、逐步簡化設備投資、提高投入產出比，應該是其未來發展的方向。

何錚認為，通過風電制氫作油品精制加氫的氫源，可替代干氣制氫和煤制氫，替換出干氣集約化利用，改善化工生產的原料和產品結構，生產綠色高端油品，實現煉化企業綠色生產質的飛躍。他表示，我國煉化企業已經形成環渤海、長三角和珠三角三個集群，陸上風力裝機也具備了一定規模，海上風能發電也開始起步。到2020年，我國海上風電將走上規模化發展道路，已經具備風電制氫供油品精制加氫和煉廠干氣集約利用的基本條件。風力發電不受燃料價格上漲的影響，未來制氫成本不會像干氣隨原油價格而上漲，再加上干氣集約化利用并帶動液化氣的集約化利用，將產生更大效益。這3個煉油集群地區可根據今后發展的要求，綜合考慮風電制氫對干氣制氫的替代，在區域內甚至區域之間建設氫氣管網，解決風電制氫的間歇性問題，保障氫氣供應。

何錚認為，風電制氫并不是一個新思路，但與煤化工、石化產業聯合，可破解風電不穩定、并網難平衡的“死結”。無論什么樣的風速，只要發電機工作就能利用，風小電量小時電解的氫氣數量較少，風大電量大時產生的氫氣就多，在整個發電制氫過程中，所有的電能都可以全部轉化為氫氣。他表示，風電制氫多聯產的方式，突破了煤化工二氧化碳排放的瓶頸，是風電、煤化工兩個產業發展的突破與升級，與石化企業需求的綠色氫源也是互補雙贏。

成本無優勢，產量不匹配，儲運有瓶頸——工程化難度非常大

近兩年，國內一些石化企業為了油品升級加氫的需要，都上馬了煤制氫裝置。比如，茂名石化煤制氫生產能力為20萬立方米/時，九江石化制氫能力為10.51萬立方米/時，恒力石化(大連)有限公司煤制氫裝置產能達到國內最大，為32.1立方米/時。

從事水電解制氫業務的蘇州競立制氫設備有限公司一位銷售經理向記者介紹，目前國內運行的水電解制氫裝置，規模最大的為600立方米/時，1000立方米/時的裝置正在設計之中。而煤化工或石化行業一般需要10萬立方米/時的氫氣需求，就要上100套1000立方米/時的水電解制氫裝置，這不太現實，因為一套1000立方米/時的水電解制氫裝置投資就為700萬元。

正在從事風電制氫論證的中船重工718研究所新能源部高級工程師白峰向記者介紹，風力發電的上網價格是每千瓦時0.5元，棄風發電的上網價格也要在0.25元。如果用風力發電來電解水制備氫氣，每生產1立方米氫氣需要消耗電5.1～5.2千瓦時。

華東理工大學副教授周志杰等業內人士向記者初步測算，從風電制氫所消耗的電量看，按煤化工或石化行業一般需要的10萬立方米/時氫氣規模來計算，每小時就需耗電50萬千瓦時，每年生產8000小時，一年就需40億千瓦時電，所需要的電量、要建設的風電機組很龐大。從每生產1立方米氫氣的成本來看，煤制氫成本不足1元，而即便按棄風發電價格每千瓦時0.25元計算，風電制氫僅電的成本就為1.25元，沒有競爭優勢。

“煤化工、石化行業用氫量一般很大，用風電制氫不合算。”白峰認為，風電制氫還面臨其他制約環節。比如，需求氫氣的石化企業大都在沿海，而風電機組都建設在內陸，風電還需借助火電的電網運輸;煤化工企業也并不完全靠近風電場，氫氣運輸主要依靠車輛，運輸成本高且費時費力，如果運輸距離超過300千米就沒有經濟性了;如果建立氫氣輸送管網，靠管道運輸，涉及占地拆遷等問題，難度也很大。

中國天辰工程有限公司副總工程師林彬彬表示：“風電電解水制氫的投資很大，此外氫氣不易液化，壓縮能耗高，儲存量有限。風電制氫用于煤化工、石化行業，在理論上可行，但工程化起來很難。氫氣也不是什么緊缺產品，不值得這么做。”

華東理工大學潔凈煤研究所所長于廣鎖、中石化寧波工程公司總工程師肖珍平則向中國化工報記者表示，風電不穩定，產氫量也不穩定，與煤化工、石化項目大規模的氫氣需求不太匹配。

內蒙古京能錫林煤化有限責任公司工程師李文明也認為，風電制氫量太小，不能滿足煤化工企業對氫氣需要。此外，風力發電所在地一般都缺水，煤化工項目也離不開水，而電解制氫對水資源有需求，這也是風電制氫與煤化工結合的矛盾所在。總之，他認為風電制氫的投資及消耗很大，可操作性較差。

先行實驗室試驗，再尋發展契機——聯產不會一蹴而就

針對風電制氫多聯產的這些制約問題，一些業內人士也發表了自己的看法。

“有問題是好事，關鍵是促進了更多行業內外的人來認識、討論、論證這個事情，解決措施也就會隨之而來。我們提出這個構想，本身是為了消除二氧化碳排放，不能因為一些問題來推翻這個大前提，并否定綠色發展這個概念。”何錚認為，隨著技術進步、材料改進，有些問題可以逐步解決。比如儲存，氫氣運輸在美國已實現管道運輸。美國空氣產品公司已成功依靠氫儲存和氫氣管網為墨西哥灣一帶的煉廠提供氫氣，從新奧爾良到休斯敦的氫氣管道長達1000千米，這相當于北京到南京的距離。我國的環渤海、長三角和珠三角三個煉油集群地區也完全可以建設這樣的氫氣輸送管道，當一個地區制氫負荷下降，可通過管道及時從其他地區增加供應。隨著未來風電設備單位投資下降、機組效率提高，風電的成本、風電制氫的成本會隨之下降。

李瓊玖則認為，對于風電制氫，應當在前人開發試驗的基礎上，對工藝、物料、電化學過程建立數學模型，進行實驗室試驗，在取得數據后再經過工業試驗評定，然后再進行放大設計，建設工業化生產裝置。

江蘇省宏觀經濟研究院院長顧為東指出，風電電解水制氫技術可以在大規模、超大規模風電場利用風能發電，通過必要的技術創新與集成，不經過常規電網，直接用于規模化制氫，使風電高效、低成本、低故障率地得到全部利用。不過，當前需要進一步制定完善的規模化制氫、大容量儲氫、長距離輸氫、加氫站、氫能汽車等技術標準，積累從規劃、設計、建設到運行等各個環節的經驗。

何錚認為，石化、煤化工行業轉型升級不可能一蹴而就，需要積跬步而至千里。因此他建議，當前應對風電、風電制氫、替代干氣制氫、煉廠干氣和液化氣集約化利用等內容，進行前期分析論證，發現最有利的地區;對逆水煤氣變換反應提高轉化率的催化劑研究進行扶持;對風電、電力傳輸、電解制氫、氫儲存、二氧化碳捕集和運輸、生產布局等方面，進行技術、標準、規則的跨行業持續交流;從多行業角度，包括環境成本和碳稅等多方面進行經濟可行性研究;對風電、綠色生產和二氧化碳減排展開跨行業合作研究，研究激勵多行業合作積極性的機制。

圖為德國新能源供應商ENERTRAG公司運營的混合發電廠一角。該電廠可利用多余的風電制取氫氣，用作汽車燃料。(CFP供圖)

國家“973”計劃風/煤天然氣示范項目簽約現場。該項目研究風電制氫系統，并“嫁接”風能與煤化工生產技術。(辛華攝)

風電制氫與煤制甲醇二氧化碳零排放集成系統流程圖