我國(guó)石化產(chǎn)業(yè)碳中和路徑展望

戴寶華，趙 祺

(中國(guó)石化集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 100029)

“雙碳”目標(biāo)提出力爭(zhēng)2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和,是立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求,是黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策。黨的二十大報(bào)告指出,實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革,要求立足我國(guó)能源資源稟賦,堅(jiān)持先立后破,有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng),積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和。

2021年我國(guó)石化產(chǎn)業(yè)碳排放總量約占全國(guó)排放量的5%[1],減碳責(zé)任重大,但考慮到以化石能源作為主要原料和燃料的特點(diǎn),石化產(chǎn)業(yè)如期實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的時(shí)間緊、任務(wù)重,需要明確方向和思路,對(duì)重點(diǎn)路徑進(jìn)行研判,積極穩(wěn)妥推動(dòng)產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

1 石化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)面臨的形勢(shì)

1.1 “雙碳”目標(biāo)下交通領(lǐng)域替代能源快速發(fā)展

我國(guó)現(xiàn)已成為全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。2022年我國(guó)新能源車滲透率已達(dá)28%,提前3年實(shí)現(xiàn)了“十四五”規(guī)劃目標(biāo)。根據(jù)中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司預(yù)測(cè)[2],2030年前我國(guó)將經(jīng)歷燃油車保有量達(dá)峰、電動(dòng)車與燃油車平價(jià)階段,2030年新能源汽車滲透率預(yù)計(jì)達(dá)到50%,開(kāi)啟電動(dòng)交通時(shí)代。電動(dòng)革命對(duì)石化產(chǎn)業(yè)的沖擊巨大,隨著新能源汽車銷量的穩(wěn)步提升,成品油被替代規(guī)模不斷增加,預(yù)計(jì)2025年被替代比例達(dá)23%,2030年將達(dá)到30%。

1.2 化工品需求增長(zhǎng)帶來(lái)能耗增加

石化產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè),未來(lái)隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化率的提高、人均GDP的提升、新業(yè)態(tài)新經(jīng)濟(jì)的興起,化工產(chǎn)品需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)[3-4],2025年我國(guó)乙烯、對(duì)二甲苯(PX)產(chǎn)能將分別達(dá)到2020年的1.8倍和2.1倍;人均乙烯當(dāng)量消費(fèi)峰值預(yù)計(jì)2035—2040年出現(xiàn),約為當(dāng)前的2倍;人均纖維消費(fèi)量峰值預(yù)計(jì)2035年前后出現(xiàn),約為當(dāng)前的1.5倍。此外,隨著“雙循環(huán)”新發(fā)展格局的構(gòu)建、科技創(chuàng)新引領(lǐng)作用的凸顯和新能源汽車等新行業(yè)的發(fā)展,化工新材料和專用化學(xué)品產(chǎn)業(yè)將成為石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型的主要驅(qū)動(dòng)力,石化產(chǎn)業(yè)鏈將向高端化、精細(xì)化、專用化等方向延伸,進(jìn)一步延鏈補(bǔ)鏈強(qiáng)鏈。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)[5-6],“十四五”期間化工新材料產(chǎn)品增長(zhǎng)率為6%～8%、高端塑料產(chǎn)品增長(zhǎng)率約為8%。由于化工品生產(chǎn)能耗普遍較高,化工產(chǎn)能的增加和高端化精細(xì)化等發(fā)展趨勢(shì)將進(jìn)一步增加石化產(chǎn)業(yè)能耗總量,亟需通過(guò)用能結(jié)構(gòu)電氣化、供能結(jié)構(gòu)清潔化等路徑推動(dòng)能耗與碳排放脫鉤。

1.3 氫能將在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中發(fā)揮重要作用

氫能作為一種清潔、高效、安全的二次能源,有高能量密度、可存儲(chǔ)且無(wú)碳的特征,還能與多種能源耦合,為消除可再生能源波動(dòng)提供儲(chǔ)能手段。在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中,氫能是最佳的碳中和能源載體。2022年3月,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》,將氫能確定為未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分和用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體,氫能產(chǎn)業(yè)也被確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),具有廣闊的發(fā)展前景。

世界能源理事會(huì)按氫氣來(lái)源將氫氣分為“灰氫”、“藍(lán)氫”和“綠氫”3類?；覛溆苫茉粗茪浍@得,藍(lán)氫由灰氫配套CCS裝置獲得,綠氫由可再生能源制氫獲得。在碳中和推進(jìn)過(guò)程中,隨著綠氫生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步和規(guī)模化應(yīng)用,綠氫逐步具備經(jīng)濟(jì)性,其作為零碳能源的重要性顯現(xiàn)。根據(jù)中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司分析預(yù)測(cè)[7],綠氫產(chǎn)業(yè)目前尚處于市場(chǎng)導(dǎo)入期,以建設(shè)示范項(xiàng)目為主;2030年預(yù)計(jì)氫能產(chǎn)值達(dá)到1萬(wàn)億元,加氫站綠氫供氫比有望增至10%;2050年后,灰氫基本退出氫能終端消費(fèi);2060年綠氫在氫能供應(yīng)中占比預(yù)計(jì)達(dá)到75%～80%。

1.4 “雙碳”政策推動(dòng)石化產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型

節(jié)能降碳政策持續(xù)影響石化產(chǎn)業(yè)。隨著《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》和《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》兩個(gè)重要政策文件的出臺(tái),碳達(dá)峰碳中和工作的總體部署和階段性目標(biāo)已明確,“1+N”的政策體系逐漸建立和完善。對(duì)于石化產(chǎn)業(yè),圍繞總量控制和產(chǎn)能提質(zhì),也相繼作出明確要求。

煉油能力紅線已劃定,產(chǎn)能質(zhì)量提升加速。《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》、《石化化工重點(diǎn)行業(yè)嚴(yán)格能效約束推動(dòng)節(jié)能降碳行動(dòng)方案(2021—2025年)》及《關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見(jiàn)》等文件明確提出:到2025年,國(guó)內(nèi)原油一次加工能力控制在1.0 Gt以內(nèi);要求推動(dòng)2.0 Mt/a以下煉油裝置、300 kt/a以下乙烯裝置淘汰退出;并對(duì)石化行業(yè)能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平作出規(guī)定,要求到2025年,煉油、乙烯達(dá)到標(biāo)桿水平的產(chǎn)能比例超過(guò)30%。

新增可再生能源和原料用能不納入能源消費(fèi)總量控制。將原料用能從能源消費(fèi)總量控制中移除,客觀反映了行業(yè)發(fā)展訴求和能源利用情況,有利于石化產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型和健康發(fā)展?！半p碳”目標(biāo)下,化石能源消費(fèi)將受到嚴(yán)格控制。隨著能耗“雙控”向碳排放“雙控”轉(zhuǎn)變,原料用能與燃料用能分別管控。但這并不意味原料用能的完全放開(kāi),新增原料用煤等指標(biāo)仍將受到嚴(yán)格控制。

2 石化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的思路

在上述發(fā)展形勢(shì)下,石化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和高質(zhì)量發(fā)展有4個(gè)重要方向:一是通過(guò)淘汰落后產(chǎn)能、升級(jí)產(chǎn)品、豐富原料、節(jié)能減排等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能升級(jí)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化,這是產(chǎn)業(yè)自身實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路;二是通過(guò)供能綠色化、用能低碳化等實(shí)現(xiàn)能源體系低碳發(fā)展,“雙碳”目標(biāo)為構(gòu)建新型能源體系提供了強(qiáng)大支撐;三是以增量帶動(dòng)存量,關(guān)注產(chǎn)業(yè)自身新舊產(chǎn)能的協(xié)同優(yōu)化,“雙碳”既對(duì)增量產(chǎn)能產(chǎn)生約束,也為產(chǎn)能提質(zhì)提供了動(dòng)力;四是加強(qiáng)與其他產(chǎn)業(yè)的支持與融合,“雙碳”問(wèn)題不是某個(gè)產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題,需要加強(qiáng)上下游產(chǎn)業(yè)間協(xié)同,共同實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

石化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的思路有五個(gè)方面。一是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí),主要包括:穩(wěn)妥推進(jìn)煉油和化工產(chǎn)能整合優(yōu)化;加快推進(jìn)“油轉(zhuǎn)化”進(jìn)程;推動(dòng)氫能發(fā)展;構(gòu)建CCUS產(chǎn)業(yè)鏈;積極布局生物燃料、廢舊塑料回收等產(chǎn)能。二是大力開(kāi)展節(jié)能降碳,主要包括:推廣應(yīng)用節(jié)能降碳技術(shù),提高能源利用效率、降低過(guò)程碳排放;推進(jìn)電氣化改造;面向碳中和開(kāi)展煉油流程再造。三是推進(jìn)清潔替代,主要包括:有序推進(jìn)能源清潔化,壓減現(xiàn)有化石能源供熱電氫規(guī)模;結(jié)合需求適度發(fā)展可再生能源發(fā)電;探索利用核能供應(yīng)熱電氫。四是突出創(chuàng)新引領(lǐng),主要包括:加大重點(diǎn)方向科技攻關(guān)力度;加快形成工業(yè)示范;加快提升技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性。五是加強(qiáng)保障措施,主要包括:積極參與碳市場(chǎng),保證碳履約;充分發(fā)揮資本金融作用,加強(qiáng)碳資產(chǎn)管理;加大碳匯資產(chǎn)儲(chǔ)備。

3 石化產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑

3.1 適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型需要,推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

3.1.1布局低碳化

“雙碳”目標(biāo)下,石化產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能整合進(jìn)程加速,布局低碳化將成為高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑。通過(guò)穩(wěn)妥推進(jìn)落后產(chǎn)能淘汰、發(fā)展具有競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)產(chǎn)能、改造提升存量產(chǎn)能等舉措,石化產(chǎn)業(yè)將逐步完成布局低碳化。一要通過(guò)上大壓小、淘汰落后等措施,有序推動(dòng)煉油和化工產(chǎn)能整合;二要通過(guò)推廣應(yīng)用當(dāng)前較為成熟且具備經(jīng)濟(jì)性的節(jié)能降碳技術(shù),對(duì)存量產(chǎn)能進(jìn)行全面提質(zhì)挖潛。根據(jù)中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司研究,我國(guó)煉油產(chǎn)能20%以上產(chǎn)能未達(dá)基準(zhǔn)水平,乙烯、PX有20%～30%產(chǎn)能未達(dá)基準(zhǔn)水平,仍有較大節(jié)能潛力。布局低碳化路徑推進(jìn)下,石化產(chǎn)業(yè)平均能耗將持續(xù)下降,預(yù)計(jì)2030年能耗強(qiáng)度較2020年下降30%左右,2060年下降50%以上。

3.1.2流程低碳化

煉化工藝總流程不僅決定企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)也是石化產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。相關(guān)研究表明[8],石化企業(yè)碳排放強(qiáng)度對(duì)技術(shù)路線敏感度高于規(guī)模敏感度,打造優(yōu)良的低碳流程基因可以從根本上降低企業(yè)碳排放,所以推動(dòng)石化產(chǎn)業(yè)流程低碳化是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。

隨著市場(chǎng)需求變化,煉化總流程將向煉化一體化、短加工流程、生產(chǎn)特色產(chǎn)品、能源高效利用和實(shí)現(xiàn)低碳排放等方向轉(zhuǎn)變。對(duì)于存量產(chǎn)能,可采用加氫/催化裂解組合技術(shù)路線增產(chǎn)化工品,重構(gòu)總流程。對(duì)于新建產(chǎn)能,按照“一體化、集約化、大型化、高端化、清潔化”的設(shè)計(jì)思路,采用短流程路線如原油直接裂解/催化裂解,在原油資源匹配方面考慮適度輕質(zhì)化,實(shí)現(xiàn)原油資源高效利用。

3.1.3原料低碳化

乙烯原料輕質(zhì)化有利于降低碳排放。美國(guó)頁(yè)巖氣革命影響下,世界低碳烯烴原料向輕質(zhì)化和多元化方向發(fā)展,目前輕烴在原料中占比超過(guò)一半。我國(guó)輕烴原料占比也在不斷增長(zhǎng),但仍明顯低于世界平均水平。乙烯原料輕質(zhì)化有利于提高烯烴收率,從而降低單位產(chǎn)品碳排放。基于對(duì)全國(guó)十余套在運(yùn)乙烯裝置的碳排放數(shù)據(jù)分析,百萬(wàn)噸級(jí)石腦油蒸汽裂解裝置采用輕烴為原料比采用石腦油為原料的單位碳排放低20%以上,原料輕質(zhì)化的減排效果顯著。此外,采用乙烷為原料裂解生產(chǎn)乙烯的路線乙烯收率可提高至70%,和傳統(tǒng)石油基制乙烯路線相比,其能耗下降約1/3。未來(lái),石化產(chǎn)業(yè)應(yīng)結(jié)合資源供應(yīng)變化統(tǒng)籌優(yōu)化優(yōu)質(zhì)輕烴資源,推動(dòng)烯烴原料向輕質(zhì)化、多元化方向發(fā)展[9]。

發(fā)展生物燃料產(chǎn)能有利于實(shí)現(xiàn)能源多元化供應(yīng)。生物燃料技術(shù)相對(duì)成熟,但當(dāng)前生產(chǎn)成本較高,制約了產(chǎn)能發(fā)展,預(yù)計(jì)隨著碳價(jià)走高,2030年生物燃料消費(fèi)達(dá)到5.0 Mt,2060年達(dá)10.0 Mt,對(duì)于石化產(chǎn)業(yè)是很好的轉(zhuǎn)型機(jī)遇。

廢舊塑料回收再利用是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。我國(guó)廢舊塑料體量龐大,但當(dāng)前回收率僅15%。根據(jù)中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司預(yù)測(cè)[4],2060年我國(guó)將建立全產(chǎn)業(yè)鏈回收體系,回收率有望提升至40%以上,將對(duì)一次塑料產(chǎn)能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。目前主要的回收方式包括物理回收和化學(xué)回收,化學(xué)回收具有更廣泛的原料來(lái)源和產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景,更具發(fā)展前景。中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的廢塑料化學(xué)循環(huán)技術(shù)[10]可針對(duì)不同廢塑料原料靈活選擇不同的預(yù)處理技術(shù)路線,熱解油收率大于80%。從全生命周期角度來(lái)看,廢舊塑料回收利用路徑減碳效果明顯,但當(dāng)前經(jīng)濟(jì)性不佳,需要更強(qiáng)的政策支撐。石化產(chǎn)業(yè)應(yīng)結(jié)合技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)成本合理發(fā)展再生塑料產(chǎn)能,推動(dòng)原料多元化,降低原油對(duì)外依存度。

3.2 推進(jìn)綠氫綠電耦合,實(shí)施綠氫煉化工程

“雙碳”目標(biāo)下,隨著綠電電解水制綠氫的不斷發(fā)展,未來(lái)氫能與電能的關(guān)聯(lián)性將不斷增強(qiáng)。綠氫與綠電協(xié)同耦合替代化石能源、重構(gòu)煉化業(yè)務(wù)能源供給體系(簡(jiǎn)稱“綠氫煉化”)將成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要解決方案。綠氫煉化的內(nèi)涵有4個(gè)方面:一是在氫氣生產(chǎn)環(huán)節(jié),綠氫逐步替代灰氫、藍(lán)氫;二是利用綠電綠氫能源屬性,減少用能環(huán)節(jié)碳排放;三是工藝流程進(jìn)行適應(yīng)綠電綠氫的改造;四是利用氫的物質(zhì)屬性生產(chǎn)更少碳足跡的產(chǎn)品[11]。

3.2.1綠電成本下降推動(dòng)綠氫發(fā)展

實(shí)施綠氫煉化的重要保障和必要前提是穩(wěn)步推動(dòng)可再生能源利用。新能源發(fā)電量滲透率近、中期將穩(wěn)步提高,遠(yuǎn)期加快提升并成為發(fā)電量主體。2022年底,我國(guó)可再生能源裝機(jī)規(guī)模已突破1.2 TW大關(guān),占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的比重超過(guò)47%[12];預(yù)計(jì)到2030年和2060年,我國(guó)可再生能源裝機(jī)規(guī)模將分別達(dá)到2.6 TW和7.7 TW,占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的比重將分別達(dá)到68%和96%[12]。

根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)數(shù)據(jù)[13],隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化發(fā)展,預(yù)計(jì)2030年陸上風(fēng)電成本將降至0.2元/(kW·h),海上風(fēng)電成本降至0.35元/(kW·h),光伏發(fā)電成本將由2020年的0.36元/(kW·h)降至0.26元/(kW·h),未來(lái)還有進(jìn)一步下降空間。

電價(jià)是制約綠氫發(fā)展的關(guān)鍵,根據(jù)中國(guó)石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司研究,目前電價(jià)在綠氫總成本中占比為70%～85%。當(dāng)電價(jià)為0.4元/(kW·h)時(shí),堿性電解技術(shù)生產(chǎn)綠氫成本約為30元/kg,質(zhì)子交換膜電解技術(shù)生產(chǎn)綠氫成本為40元/kg。未來(lái)隨著綠氫生產(chǎn)規(guī)?；途G電電價(jià)的下降,預(yù)計(jì)2030年前綠氫有望與灰氫平價(jià),經(jīng)濟(jì)性逐步顯現(xiàn);根據(jù)國(guó)際可再生能源署預(yù)測(cè)[14],2050年全球綠氫平均成本將比目前下降80%左右,綠氫將進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用和快速發(fā)展時(shí)期。

3.2.2做好核能技術(shù)儲(chǔ)備

2021年,我國(guó)核電裝機(jī)容量達(dá)到53.26 GW,占總裝機(jī)容量的2.2%,發(fā)電量407.14 TW·h,占我國(guó)總發(fā)電量的5.02%。目前我國(guó)核電已形成“三代為主、四代為輔”的發(fā)展格局。但由于核電技術(shù)安全投入大,度電成本高,核電乏燃料處理體系仍不完善,公眾對(duì)安全性的擔(dān)憂持續(xù)存在,影響了核電的建設(shè)發(fā)展。我國(guó)對(duì)核電的發(fā)展思路是在確保安全前提下適度發(fā)展核電,積極發(fā)展模塊化小堆如高溫氣冷堆等。2030年規(guī)劃裝機(jī)容量達(dá)108 GW,2060年達(dá)250 GW。建議近期持續(xù)追蹤技術(shù)進(jìn)展,做好技術(shù)儲(chǔ)備,跟進(jìn)示范項(xiàng)目成果。中長(zhǎng)期實(shí)施核能制氫、供熱、供電多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。

3.2.3推動(dòng)熱電業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型

實(shí)施綠氫煉化的另一重要保障是推動(dòng)傳統(tǒng)熱電業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。為了滿足生產(chǎn)環(huán)節(jié)熱電需求,石化產(chǎn)業(yè)利用化石燃料自產(chǎn)熱力,大多以汽定電,生產(chǎn)熱電產(chǎn)生大量的碳排放。此外,石化產(chǎn)業(yè)熱電業(yè)務(wù)單機(jī)規(guī)模小、能耗高、設(shè)備老化嚴(yán)重,且受政策限制,新建燃煤鍋爐難度大,傳統(tǒng)煤電未來(lái)面臨大幅壓減。預(yù)計(jì)2025年前,主要通過(guò)“凝改背”、“通流改造”等措施實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)改造,實(shí)現(xiàn)CCS示范;2030年前,對(duì)設(shè)計(jì)壽命到期的燃煤鍋爐全部實(shí)行燃?xì)馍?jí)改造,燃?xì)忮仩t比例提高;2060年前,化石燃料僅按供熱負(fù)荷的20%～30%作為保運(yùn)和調(diào)峰保障資源。

3.2.4不斷提高工藝裝置電氣化率,實(shí)現(xiàn)用能結(jié)構(gòu)變革

電氣化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的有效途徑。電能替代其他能源可大大降低單位產(chǎn)值的能耗,節(jié)約能源;發(fā)展電能是新能源的廣泛應(yīng)用和建立可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的必然結(jié)果。在電氣化加速情景下[15],電能占終端能源消費(fèi)比重將穩(wěn)步提升;2030年、2060年我國(guó)電氣化率將分別提高到35.7%、66.4%。隨著綠電發(fā)電量的增加,推進(jìn)電氣化改造是有效利用綠電的重要前提。

2020年石化行業(yè)用電占終端能源消費(fèi)的比例僅有17%左右,低于26.5%的全國(guó)平均水平,有較大提升空間。碳達(dá)峰階段,透平驅(qū)動(dòng)改電驅(qū)動(dòng)為主要手段;碳中和階段的重點(diǎn)措施是加速推廣電加熱替代。隨著電裂解爐技術(shù)的突破,乙烯用能結(jié)構(gòu)或迎來(lái)變革,加之綠電比例不斷提高,生產(chǎn)乙烯碳排放和能耗脫鉤成為可能。

3.3 推進(jìn)CCUS與石化產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展

以CCUS為主的負(fù)碳手段是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要保障。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院研究[16],碳中和目標(biāo)下,我國(guó)CCUS減排需求2025年預(yù)計(jì)24 Mt/a,2030年增至近100 Mt/a,2050年預(yù)計(jì)超過(guò)2 Gt/a,市場(chǎng)前景廣闊。碳捕集和石化行業(yè)的關(guān)聯(lián)度高,需要提早謀劃、穩(wěn)步發(fā)展。截止2022年底,我國(guó)已經(jīng)投運(yùn)及規(guī)劃建設(shè)的CCUS示范項(xiàng)目接近百個(gè),已投運(yùn)項(xiàng)目捕集能力約4.0 Mt/a。因捕集過(guò)程的高能耗,捕集成本占總成本的70%～80%。當(dāng)前第一代碳捕集技術(shù)發(fā)展?jié)u趨成熟,而第二代技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)或小試階段,技術(shù)成熟后其能耗和成本會(huì)比成熟的第一代技術(shù)降低30%以上,2035年前后有望大規(guī)模推廣應(yīng)用,CCUS與石化產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展可能性增強(qiáng)。

融合發(fā)展應(yīng)當(dāng)聚焦3個(gè)方面:一是聚焦石化產(chǎn)業(yè)高碳濃度生產(chǎn)環(huán)節(jié),在排放端部署碳捕集項(xiàng)目;二是聚焦二氧化碳利用,密切關(guān)注地質(zhì)、生物、化工新材料等領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)展,推動(dòng)二氧化碳的資源化利用;三是銜接好上游捕集和下游利用,同步推進(jìn)儲(chǔ)運(yùn)、輸送等配套能力建設(shè)。

2023年7月11日,“齊魯石化-勝利油田百萬(wàn)噸級(jí)CCUS項(xiàng)目”二氧化碳輸送管道正式投運(yùn),打通二氧化碳捕集、驅(qū)油與封存一體化流程,為推進(jìn) CCUS 規(guī)模化發(fā)展提供了應(yīng)用示范案例。中國(guó)石化成立碳科公司,為打造碳全產(chǎn)業(yè)鏈作出積極的探索與實(shí)踐。

結(jié)合綠氫產(chǎn)能發(fā)展預(yù)期,石化產(chǎn)業(yè)利用二氧化碳和綠氫制甲醇路線可能是碳利用關(guān)鍵路線之一。當(dāng)前,高昂的綠氫成本是主要限制因素?？紤]到未來(lái)煤制甲醇增加碳排成本,2040年后綠氫甲醇路線經(jīng)濟(jì)性逐步顯現(xiàn)[2]。煉油廠干氣資源豐富,目前主要用于裝置工藝燃料,帶來(lái)較高的碳排放。未來(lái)隨著企業(yè)裝置電氣化改造,自用燃料氣數(shù)量將逐步下降,但煉廠氣市場(chǎng)需求有限,需要提前謀劃其增值利用。

4 實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的階段性特征

按照不同發(fā)展特征,可以將實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的時(shí)間進(jìn)程劃分為碳達(dá)峰、快速減排和碳中和三個(gè)階段。

2020—2030年為碳達(dá)峰階段。在上述路徑展望下,本階段發(fā)展特征為:①大力推進(jìn)節(jié)能和過(guò)程降碳路徑;②積極發(fā)展先進(jìn)產(chǎn)能,實(shí)施產(chǎn)能置換;③能源清潔替代起步。本階段較基準(zhǔn)碳排放減排約14%。其中,電氣化是貢獻(xiàn)最大的路徑,本階段以電驅(qū)動(dòng)替代蒸汽透平為主;產(chǎn)能優(yōu)化貢獻(xiàn)突出,反映出該階段產(chǎn)能提質(zhì)增效加速,萬(wàn)元產(chǎn)值綜合能耗較2020年下降約30%;綠電綠氫初具規(guī)模,對(duì)化石能源的替代效果顯現(xiàn)。

2030—2050年為快速減排階段。在上述路徑展望下,本階段發(fā)展特征為:①“油轉(zhuǎn)化”進(jìn)程加速;②新技術(shù)完成工業(yè)示范;③碳價(jià)走高,各技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)性加速推廣。本階段較基準(zhǔn)碳排放減排約40%。其中,電氣化仍是貢獻(xiàn)度最大的路徑,本階段電氣化率持續(xù)提升;綠電綠氫規(guī)模穩(wěn)步提升,自用綠電比例至2050年增加至50%以上;CCUS重要性顯現(xiàn),年負(fù)碳規(guī)模逐步增加;持續(xù)開(kāi)展產(chǎn)能優(yōu)化與節(jié)能改造,萬(wàn)元產(chǎn)值綜合能耗每5年下降約8百分點(diǎn)。

2050—2060年為碳中和階段。在上述路徑展望下,本階段發(fā)展特征為:①顛覆性技術(shù)獲得推廣應(yīng)用;②完成低碳產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型;③實(shí)現(xiàn)碳中和。本階段較基準(zhǔn)碳排放減排約80%。其中,隨著二氧化碳化工利用和地質(zhì)封存規(guī)模的發(fā)展,CCUS成為本階段貢獻(xiàn)最大的路徑,預(yù)計(jì)年負(fù)碳規(guī)模達(dá)千萬(wàn)噸以上;隨著電加熱技術(shù)的突破,電氣化在本階段仍有較大發(fā)展?jié)摿?自用綠電比例提升至80%,自用氫氣需求全部由副產(chǎn)氫和綠氫滿足,綠電綠氫定位轉(zhuǎn)向服務(wù)社會(huì);本階段核能得到利用;持續(xù)開(kāi)展產(chǎn)能優(yōu)化與節(jié)能改造。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述研究,石化產(chǎn)業(yè)落實(shí)高質(zhì)量發(fā)展要求、推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn),仍有以下問(wèn)題需要重視和研究:

(1)大力推進(jìn)低碳路徑,著力提升存量資產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力。推動(dòng)落后產(chǎn)能淘汰,嚴(yán)格約束新建產(chǎn)能指標(biāo),加快發(fā)展高端材料高附加值產(chǎn)能;盡快推廣換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、蒸汽動(dòng)力優(yōu)化等節(jié)能措施,加強(qiáng)系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化,優(yōu)先通過(guò)節(jié)能挖潛提升產(chǎn)能質(zhì)量。到2030年,確保煉油、乙烯達(dá)到能效標(biāo)桿水平的產(chǎn)能比例超過(guò)50%。

(2)穩(wěn)妥發(fā)展零碳路徑,打造綠氫煉化范本。盡快推進(jìn)綠氫相關(guān)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化;圍繞化石能源壓減、規(guī)?；l(fā)展綠氫帶來(lái)的電力缺口,同時(shí)考慮降低碳市場(chǎng)履約風(fēng)險(xiǎn),結(jié)合可再生能源發(fā)電成本推進(jìn)綠氫煉化,建立多能融合供應(yīng)系統(tǒng);加強(qiáng)對(duì)企業(yè)現(xiàn)有變電站和供電系統(tǒng)升級(jí)改造的相關(guān)研究,保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行,穩(wěn)步提升電氣化率;關(guān)注小型核能技術(shù)進(jìn)展,做好技術(shù)儲(chǔ)備,為供熱清潔化前瞻性規(guī)劃解決方案。

(3)加強(qiáng)負(fù)碳路徑兜底保障作用,推動(dòng)一體化布局。推廣示范經(jīng)驗(yàn),綜合考慮規(guī)模與成本,強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)布局,打造碳全產(chǎn)業(yè)鏈;加強(qiáng)二氧化碳資源化利用技術(shù)研發(fā)與工業(yè)示范;加強(qiáng)碳匯儲(chǔ)備,結(jié)合產(chǎn)業(yè)實(shí)際合理爭(zhēng)取配額。值得關(guān)注的是,CCUS的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將直接決定碳中和任務(wù)的完成與否,需結(jié)合外部因素變化和相關(guān)技術(shù)進(jìn)展開(kāi)展?jié)L動(dòng)研究,充分做好論證工作。

(4)強(qiáng)化協(xié)同創(chuàng)新,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)合作。充分發(fā)揮創(chuàng)新引領(lǐng),全力攻堅(jiān)綠色低碳技術(shù)、新能源關(guān)鍵技術(shù)和末端排放治理技術(shù),推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)成果轉(zhuǎn)化落地;強(qiáng)化存量產(chǎn)能和新增產(chǎn)能的協(xié)同作用,推動(dòng)石化產(chǎn)業(yè)延鏈補(bǔ)鏈強(qiáng)鏈;探索與新興產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,上游加強(qiáng)與新能源電力、小型核能、塑料回收等產(chǎn)業(yè)融合,下游探索與電池、碳利用等產(chǎn)業(yè)融合,但要關(guān)注產(chǎn)業(yè)差異,著力打破管理模式、標(biāo)準(zhǔn)體系等方面的行業(yè)壁壘,增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展動(dòng)能。