浅谈提升新能源利用率和降低碳排放的

浅谈提升新能源利用率和降低碳排放的

途径

牛亮亮

（浙江省能源集团有限公司西北分公司 新疆乌鲁木齐 830000）

摘 要：近年来，随着全球工业化进程加速推进，以煤为代表的传统能源被大量发掘和使用，导致二氧化碳排放量逐年快速增加，二氧化碳排放增加带来了全球变暖，同时还间接引发了暴雨、干旱、火灾等一系列的问题。为了降低二氧化碳排放，风能、太阳能及水力发电等新能源产业快速发展起来。但是受限于能源供应稳定性，新能源在降低碳排放方面未能充分发挥作用。针对当前二氧化碳排放量较大、新能源利用率偏低的现状，分别从煤化工二氧化碳产生原因、氯碱工业工艺原理等方面出发，探索新能源与传统化工生产工艺耦合方法，寻找降低碳排放和提高新能源利用率的新途径。

关键词：新能源、传统化工生产工艺、耦合

0 引言

我国西部的新疆、青海、甘肃等地区经济发展相对落后，缺少以“高精尖”为核心技术的工业和制造业，工业生产大多已传统煤化工为主，缺少向精细化工的延伸的产业，能源利用不充分。该现象不仅造成资源浪费，还导致二氧化碳排放量居高不下。新能源在西部地区消纳能力有限，同时受省际电能外送通道建设滞后影响，很多风电场、光伏电站发电利用率不足，出现长时间弃风、弃光问题。因此，合理消纳新能源发电量，延伸传统化工行业产业链，降低二氧化碳排放量成为当前西部地区必须思考的问题。

1 煤炭大规模使用导致西部地区二氧化碳排放增加的现状。

煤炭是世界储量最多、分布最广的化石能源，我国是煤炭生产和消费大国，煤在能量转化、化工生产过程中不可避免会排放二氧化碳。主要体现在一下几个方面。

1.1煤炭使用量大。据国家统计局数据显示，2010年至2020年我国原煤开采量每年均达34亿吨以上，2015年至2020年，我国严控煤炭消费增长，煤炭在我国一次能源消费结构中的比重从58.72%降至57.7%，但占比仍过半，大量的煤炭消耗，不可避免为产生大量二氧化碳。

1.2煤化工生产中的二氧化碳未充分利用。煤化工是以煤炭为原料的化工生产行业，其产品包括甲醇、乙二醇、烯烃、尿素、天然气等工业和日常生产生活用品。近几年来我国新疆地区大规模化工生产园区越来越多，年产30万吨甲醇、52万吨尿素联产项目，年产68万吨煤制烯烃项目，年产20亿标准立方煤制天然气项目先后建成并投入运行。在煤制取甲醇、烯烃、天然气等化工产品的生产过程中，主要利用煤燃烧产生的热能将碳与氧气、水蒸气反应，制取一氧化碳和氢气，然后在催化剂作用下将多余的一氧化碳再次转化为二氧化碳和氢气，以获取更多的氢气，同时调整一氧化碳和氢气的比例，使其达到制取甲醇、烯烃、天然气等化工产品的合适配比；此过程中，仅有少部分煤以一氧化碳的形式被利用，大部分煤以二氧化碳形式被排入大气。如果能通过其他手段减少二氧化碳转化量或者将此过程中大部分二氧化碳备收集和利用，将会对“碳中和”“碳达峰”作出巨大贡献。

2 西北地区新能源有效利用率偏低的现状及原因分析。

2.1新能源有效利用率偏低的现状。

近几年来，在“双碳”目标下，我国严控煤炭消费增长，新能源发电在当前形式下迅速发展，但是相比燃煤发电，新能源发电持续性和稳定较差，加之储能技术也处于探索阶段，目前新能源利用率偏低，西北的甘肃、新疆、青海等地出现大规模风电、光伏项目弃风、弃光现象。

2023年上半年甘肃地区某光伏电站、风电场弃光率、弃风率统计表

2.2新能源有效利用率偏低的原因分析。

2.2.1目前我国风力和光伏发电装机主要集中在“三北”地区(东北、西北、华北)，占全国的比重为77%和68%，且以大规模集中开发为主。“三北”地区电源结构以煤电为主，燃煤热电机组比重高达56%，采暖期供热机组“以热定电”运行，导致系统调峰能力严重不足，不能适应大规模风力和光伏发电消纳要求。

2.2.2电网方面。“三北”地区大部分跨省跨区输电通道优先考虑外送煤电，同时输电通道和联网通道的调峰互济能力尚未充分开发，目前风力和光伏发电跨省跨区消纳能力十分有限。

2.2.3负荷方面。电力需求侧要求连续稳定供电，新能源发电并网后导致电网峰谷差进一步加大，加之当前蓄能技术不成熟导致风力和光伏发电消纳困难。

2.2.4深入分析可发现，我国西北的新疆、青海、甘肃等地区新能源利用率偏低问题，除了受以上因素影响以外，还在于当地经济发展相对落后，缺少合理的电能消纳手段。因此提升新能源发电在当地的消纳能力，不失为一种解决问题的好方法。如果把新能源发电和传统的化工生产有机结合起来，不仅可以有效提高新能源发电的利用率，还可以大幅度减少传统化工生产的能源消耗，达到降低二氧化碳排放的目的。

3.西部地区新能源就地化消纳，构建大型化、一体化“煤电盐化”项目的构想。

3.1新能源发电应用于氯碱工业的设想。

在我国西部地区新能源利用率偏低，跨省跨区输电通道建设滞后的背景下，新能源就地消纳反倒成了一种可行方案。通过前文介绍可知，煤化工行业的核心中间物料是氢气，在制取氢气过程中会消耗大量热能，同时需排放大量的二氧化碳。氯碱工业虽然需要消耗大量电能，但是其产品中的氢气、氯气、氢氧化钠可以作为煤化工原料。新能源、煤化工、氯碱工业有机耦合，不仅可以提升新能源利用率，还可以在降低碳排放的前提下实现煤化工扩产能。另外氯碱工业的深入发展还可延伸煤化工行业的产业链，推动煤化工向精细化工发展。

3.2新能源与应用与氯碱工业具体做法。

3.2.1在煤化工产业园内规划氯碱工业区域，采用间歇式生产方式合理消纳新能源电能，即新能源大量供电时氯碱工业正常运行，新能源发电负荷降低时，氯碱工业降负荷运行或间歇停运；氯碱工业产品产出后进入缓存容器内，稳定向煤化工装置输送原料。

3.2.2产出的氢气按比例导入甲醇合成、天然气合成等煤化工生产系统，既减少了二氧化碳的产生量，又变相提升了煤化工产能；或者将氢气送往合成氨生产装置，氢气与氮气在催化剂作用下制取液氨，氨与化工装置产生的二氧化碳结合生产尿素、三聚氰胺、碳酸氢铵等化工产品，该生产方式可大幅度降低煤化工装置的碳排放量。产出的氯气可以作为自来水净化药剂直接外售，或者作为漂白剂原料外售。产出是氢氧化钠可以作为清洗剂、中和剂外售，也可以作为精细化工原料外售。

4结论

在西部地区通过将新能源发电与煤化工、氯碱工业耦合联产，不仅可以大幅度就地消纳新能源电能，带动西部地区经济发展，还能大幅度降低煤化工生产中的二氧化碳排放量。氯碱工业产出的氢氧化钠、氯气还能为西部地区延伸工业产业链，为开展精细化工提供原材料。

作者简介：牛亮亮（1984-）男，河南杞县人，工程师，本科，从事化工工艺管理。

参考文献：

[1]华经产业研究院.2021年中国氯碱行业市场发展现状分析，产业供给侧改改驱动产能集中产业结构转型

[2]能源研究俱乐部.简要分析2020年原料煤产量、煤炭市场、煤炭储运及煤炭政策数据

[3]浙江省人民政府.浙江省人民政府关于依法浙江省“十三五”节能减排综合工作防范的通知[2022-11-14]

[4]浙江省统计局.浙江统计年鉴2022