絲綢之路核心區(qū)從綠氫到綠碳的碳中和演進研究路線設想

田 寧 閻立軍 趙浩舸

(1.克拉瑪依市先進能源技術(shù)創(chuàng)新有限公司,新疆維吾爾自治區(qū) 克拉瑪依 834000;2.克拉瑪依市先進科技聯(lián)合研究院,新疆維吾爾自治區(qū) 克拉瑪依 834000)

地處亞歐大陸腹地的新疆,作為中國西部資源進出的大通道,是絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)的西北地區(qū),具有獨特的地緣優(yōu)勢［1］。其與俄羅斯西伯利亞、蒙古和中亞五國毗鄰,地理位置優(yōu)越。石油天然氣資源豐富,煤炭,糧食,有色金屬和木材等資源豐富。可耕土地面積廣闊,資源需求互補性極強,未來增強合作、經(jīng)略亞歐和拓展格局的戰(zhàn)略空間較大。

1 新疆產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎

1.1 空間區(qū)位

新疆位于我國西南部,邊境線長5 600余km［2］,是我國在世界上面積最大、國界線最長和鄰國最多的省級行政區(qū)。周邊與俄羅斯、哈薩克斯坦等8個國家接壤。現(xiàn)有國家級一類口岸20個,是建設絲綢之路經(jīng)濟帶的重要窗口。新疆地處歐亞大陸腹地,是新亞歐大陸橋和中亞經(jīng)濟發(fā)展長廊的重要樞紐,同時其又地處絲綢之路經(jīng)濟帶的核心區(qū)域,是我國重要的沿邊開放區(qū)［3］。獨特的空間區(qū)位將新疆的資源優(yōu)勢更好地結(jié)合在一起,連接全球資源,不僅具備貫通東西方的功能,還具備整合長板、全方位發(fā)展的作用。

1.2 資源稟賦

中北亞區(qū)域是相對于東南亞、東北亞而言的次區(qū)域,范圍包括中國新疆、俄羅斯西伯利亞各州及中亞五國相關(guān)地區(qū)等。這片區(qū)域山水相連、人文相近、經(jīng)濟相依和民情相通,構(gòu)成獨特的政治經(jīng)濟文化地理空間。該區(qū)域擁有豐富的石油、天然氣、煤炭、有色金屬和生物質(zhì)等資源,其中每年石油產(chǎn)量約5億t,天然氣產(chǎn)量約5 000億m3,糧食產(chǎn)量約2億t,鈾、銅、黃金、銻、錫和汞等礦藏資源居世界前列。加強我國新疆與俄羅斯西伯利亞區(qū)域、中亞五國的能源資源合作,對打通中北亞區(qū)域能源資源通道、保障我國能源安全具有重要作用。

(1)俄羅斯西伯利亞地區(qū)地域廣闊,資源豐富。擁有天然氣、石油、森林和煤炭,有色金屬和稀貴金屬,秋明州僅油田遠景儲量就達600億t。木材蓄積量占整個俄羅斯的75%;石油儲備量占50%;煤炭占70%;天然氣占80%。此外,西伯利亞富藏世界上幾乎所有已發(fā)現(xiàn)的礦物資源,儲備尤以鐵、銅、鋁和錫為突出［4］。西伯利亞位于我國新疆周邊,其包括6個行政區(qū):克麥羅沃州,阿爾泰邊疆區(qū),秋明州,新西伯利亞州,鄂木斯克和托木斯克州［5］。經(jīng)濟發(fā)達,西伯利亞是俄羅斯最大的石油工業(yè)基地,同時也是第二大煤炭基地和第三大黑色冶金工業(yè)中心［6］。

(2)中亞五國化石、礦產(chǎn)資源豐富。中亞五國為能源資源富集區(qū),蘊藏著豐富的石油、天然氣、煤炭和有色金屬等資源。石油探明儲量約為42.2億t。產(chǎn)量約1億t,其中,哈薩克斯坦石油儲量約為40.5億t。年產(chǎn)量約8 600萬t。天然氣儲量約16.7萬億m3。產(chǎn)量約1 600億m3,其中,土庫曼斯坦天然氣儲量達13.6億m3以上。年產(chǎn)量約817億m3。礦產(chǎn)資源方面,中亞鉻、銅、鋁、銻、金等礦種儲量居世界前10位。其中,鉻、銅儲量約8 000萬t、4 000萬t,年出口量分別約100萬t、330萬t,一半以上向我國出口。

(3)新疆具備相當獨特的水、土、光、熱資源和多種礦產(chǎn)資源,新疆也是煤油和柴油生產(chǎn)量最大的出產(chǎn)地,是中國主要的能源出產(chǎn)地,且天然氣資源量最具自身優(yōu)勢,開發(fā)前景廣闊［7］。目前,已發(fā)現(xiàn)138種礦產(chǎn),占中國已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)總數(shù)的80.7%。已探明儲量的礦種有96種5種礦種儲量居全國之首。另有27種儲量分別居全國前5,41種儲量分別居全國前10［8］。新疆石油、天然氣和煤炭資源相當豐富,富含金屬資源,比如,煤、鐵、銅、金、鉻、鎳和稀有金屬等,富含非金屬資源,比如,鹽、礦產(chǎn)和建筑材料等［9］。傳統(tǒng)能源優(yōu)勢上,新疆資源豐富,根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù),新疆石油基礎儲備量為5.96億t,占全國石油資源儲備比重17.2%;天然氣10251.78億m3,占全國天然氣資源儲備比重18.86%;煤炭儲量為174.10億t,占全國煤炭資源儲備比重6.99%［10］。2021年全疆原油產(chǎn)量2 992萬t,天然氣產(chǎn)量387.59億m3。生產(chǎn)原煤31 991.85萬t。新疆擁有得天獨厚的水土光熱資源。在特色農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中優(yōu)勢發(fā)揮突出。水資源在我國國內(nèi)總資源量中所占比重約為3%。達到了平均為834億m3［11］。

1.3 產(chǎn)業(yè)分析

豐富的資源稟賦奠定了新疆發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)的底氣。新疆已初步形成了以石化化工、電力和有色金屬等資源密集型產(chǎn)業(yè)為支撐,紡織服裝、電子產(chǎn)品組裝和農(nóng)副產(chǎn)品加工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及新材料、新能源等新興產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。其中,石油化工產(chǎn)業(yè)是新疆重點發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。2020年石化和煤化工產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)值3 000億元,占全區(qū)規(guī)模以上企業(yè)的34%。新疆2021年原油產(chǎn)量2 992萬t。其中約70%疆內(nèi)就地加工、約30%通過原油管網(wǎng)輸往其他省份。2021年新疆煉油能力占全國的3.9%,為3 000萬t;烯烴乙烯生產(chǎn)能力占全國的6.4%,為215萬t;對二甲苯(PX)生產(chǎn)能力為100萬t,占全國的5.9%;聚氯乙烯(PVC)生產(chǎn)能力占全國的20%,為300萬t。

1.4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要問題

(1)新疆地質(zhì)構(gòu)造復雜,油氣埋藏較深。大量新探明油氣資源的埋藏深度達到4 000～7 000 m以上,最深勘探井鉆至7 601 m完鉆。儲層超深、超高壓高溫等多重極限難題造成勘探開發(fā)工作更加艱難。稠油儲量多、黏度大。風城油田超稠油黏度大于5萬厘泊,開采工藝復雜,對技術(shù)和裝備要求更高,大大提高了開采成本。

(2)近年來,全球原油品質(zhì)變差的趨勢明顯,含硫原油總產(chǎn)量中所占比例超過75%。中國通過中哈原油管道進口的原油大部分為含硫的中重質(zhì)原油。常規(guī)煉廠焦化能力約占一次加工能力的20%,新疆克石化、塔河煉化的焦化能力約為50%～70%,加工的產(chǎn)品中黑色產(chǎn)品多、干氣多、液收低、油品中烯烴芳烴多和質(zhì)量差,高硫石油焦難處理,對煉廠處理能力及經(jīng)濟效益是極大的挑戰(zhàn)。

(3)原油、煤炭等化石資源清潔開采利用等技術(shù)瓶頸亟待突破;現(xiàn)有煉油化工裝置產(chǎn)能受原料不足和重劣質(zhì)化影響較大,現(xiàn)有產(chǎn)能并未得到有效發(fā)揮。新疆獨石化、烏石化煉油能力近2 000萬t,實際生產(chǎn)約1 300萬t/a,加工負荷僅65%。產(chǎn)業(yè)鏈上下游配套不齊全,產(chǎn)業(yè)配套服務、設備采購和原輔料供給存在短板,給新疆產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來較大難題。

(4)由于季節(jié)輪換,新疆水資源的時空分布存在較大的不均衡。地表水面積廣大,蒸發(fā)量巨大。大多數(shù)區(qū)域的水資源主要用于滿足農(nóng)業(yè)和家庭需求,而用于工業(yè)生產(chǎn)的水資源相對不充足。2020年,煉油和現(xiàn)代煤化工行業(yè)取水量分別達到8.3和12.9億。而在煤化工產(chǎn)業(yè)中,煤制油、煤制烯烴和煤制甲醇單位產(chǎn)品所需的用水量大約是9.4 m3/t、20 m3/t和10 m3/t［12］。而石油化工產(chǎn)業(yè)中原油加工耗水量僅為2.37 m3/t。

2 對新疆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考

“雙碳”目標吹響了能源變革號角,讓傳統(tǒng)化石能源面臨巨大減碳轉(zhuǎn)型壓力?；茉慈绾吻鍧嵏咝Ю?提高效率并降低排放,與可再生能源行業(yè)的耦合發(fā)展是新的挑戰(zhàn)和機遇。新疆擁有大量的化石能源、生物質(zhì)資源和新能源潛力,擁有雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎和區(qū)位交通等優(yōu)勢條件,同時,豐富的太陽能資源和獨立的電網(wǎng)系統(tǒng)提供了一個理想的平臺,對氣、風和光三種能源發(fā)電項目進行優(yōu)化組合和調(diào)度。作為絲綢之路經(jīng)濟帶重要節(jié)點的新疆,更應該堅定乘勢而上的信心和決心,保持攻堅勁頭和昂揚斗志,搶抓碳達峰、碳中和的窗口期和機遇期,以綠氫、綠碳(生物質(zhì))的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應用為核心,依托我國新疆及中北亞地區(qū)豐富的資源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),構(gòu)建絲綢之路核心區(qū)從綠氫到綠碳的碳中和演進路線的戰(zhàn)略布局。

(1)推動化石資源高效利用。新疆范圍內(nèi)的重質(zhì)油資源大約每年大約有1 500萬t,因難以加工而無法高值化利用。采用重油漿床全轉(zhuǎn)化加氫解構(gòu)工藝。開展劣質(zhì)重油改質(zhì)提升項目,發(fā)展芳烴化學品及新材料、碳基新材料等高附加值產(chǎn)品,解決傳統(tǒng)重質(zhì)油加工過程中環(huán)保壓力大,輕質(zhì)油收率不高的問題。有效提高加工深度與產(chǎn)品品質(zhì)。未來油品品質(zhì)將持續(xù)提高,氫碳比增加,油品標準中的烯烴和芳烴含量不斷下降,需要開發(fā)符合原子經(jīng)濟性的分子重構(gòu)反應路徑,積極開展加氫異構(gòu)脫蠟、加氫異構(gòu)降凝和加氫選擇開環(huán)等高液收、高品質(zhì)油品生產(chǎn)技術(shù),一方面豐富新疆石化產(chǎn)品種類,提高其附加值,另一方面制備低凝固點、高黏度指數(shù)的油品,逐步實現(xiàn)就地加工轉(zhuǎn)化劣質(zhì)資源,綜合利用高附加值。

(2)在碳達峰的目標下,實現(xiàn)氫能源的革命。石油石化行業(yè)用電穩(wěn)定性較好,吸納新能源能力較強,增量配網(wǎng)接入較為便利。同時,石油化工一直是重要的氫氣應用領(lǐng)域。發(fā)展“綠綠氫”是實現(xiàn)石化行業(yè)深度脫碳的重要舉措。加快新疆新能源大基地建設,充分利用風光電等清潔能源,推動重點領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級。優(yōu)先采用可再生能源制氫,深化煉化和綠氫耦合示范工作。提高資源綠色加工水平。積極探索油氣開采和煉油化工過程中的碳捕集、封存與利用(CCUS)新模式,探索二氧化碳—油田增產(chǎn)技術(shù)攻關(guān),努力實現(xiàn)有效益的原位CCUS。

(3)碳中和壓力下的碳源呈現(xiàn)綠色。從目前的產(chǎn)業(yè)模式和技術(shù)發(fā)展來看,實現(xiàn)“雙碳”目標,能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是重要途徑。全面提升生物碳的使用比例,構(gòu)建生物基化工產(chǎn)業(yè)是實現(xiàn)碳中和的重要手段。新疆作為我國向西開放“一帶一路”的橋頭堡,與俄羅斯、哈薩克斯坦等國在生物質(zhì)能源化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向上達成多項共識。引進國內(nèi)外先進生物技術(shù)進行消化吸收。重點依托我國新疆及中北亞地區(qū)豐富的生物質(zhì)資源和石油化工產(chǎn)業(yè)基礎,建設中俄哈三國農(nóng)業(yè)和生物質(zhì)能源化工合作區(qū)。探索發(fā)展生物能源燃料、生物基聚合物和生物基化學品等生物基化工產(chǎn)業(yè)鏈,打造清潔低碳綠色的現(xiàn)代化能源體系,建設生物化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

3 結(jié)語

我國新疆具有獨特的地緣優(yōu)勢,其周邊資源豐富,并以此為基礎建立了以資源密集型產(chǎn)業(yè)為支撐,新興產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。與此同時也存在著地質(zhì)構(gòu)造復雜、開發(fā)困難、技術(shù)瓶頸待突破和科技創(chuàng)新不足等各種問題。通過推動化石資源高效利用、氫能源革命和構(gòu)建生物基化工產(chǎn)業(yè)等方式,必將推動綠色可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)從綠氫到綠碳的碳中和演進路線。