以氫賦能煉化業(yè)務(wù)綠色低碳轉(zhuǎn)型

□石油化工研究院氫能研究所黨支部書記、副所長 李慶勛

綠色低碳?xì)湓垂┙o不足

核算標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善

●氫氣作為原料是剛需，但作為能源則是后備選項(xiàng)

●化石能源制氫是氫氣的主要來源，工業(yè)副產(chǎn)氫是重要的補(bǔ)充來源

●工業(yè)副產(chǎn)氫碳排放強(qiáng)度核算方法尚未統(tǒng)一，綠色屬性存在爭議

●電解水制氫過程本身不產(chǎn)生碳排放，但需考慮包括發(fā)電在內(nèi)的全生命周期碳排放

我國“雙碳”目標(biāo)的提出，為氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了根本遵循。北京冬奧會歷史上首次點(diǎn)燃了綠氫火炬，標(biāo)志著綠氫制取和使用的技術(shù)鏈條已經(jīng)打通。但如何規(guī)�；�制取綠色低碳?xì)涫秦巾毥鉀Q的產(chǎn)業(yè)瓶頸之一。

氫氣作為原料是剛需，但作為能源則是后備選項(xiàng)。我國氫氣產(chǎn)能約為4900萬噸/年，年產(chǎn)量約3500萬噸，主要作為合成氨、合成甲醇及煉化等工業(yè)過程的中間原料。作為能源使用的氫氣量很少，截至2023年底，我國累計(jì)建成加氫站僅400余座，加注能力每年只有幾萬噸，實(shí)際加注量更少。

化石能源制氫是氫氣的主要來源，工業(yè)副產(chǎn)氫是重要的補(bǔ)充來源。我國煤制氫、天然氣制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫產(chǎn)能約分別為2750萬噸/年、1080萬噸/年、1000萬噸/年、45萬噸/年。工業(yè)副產(chǎn)氫的產(chǎn)能和產(chǎn)量受主產(chǎn)品的產(chǎn)能和產(chǎn)量限制，提升空間相對有限；可再生能源電解水制氫將是清潔低碳?xì)湮磥淼闹饕�增量來源�?

工業(yè)副產(chǎn)氫碳排放強(qiáng)度核算方法尚未統(tǒng)一，綠色屬性存在爭議。工業(yè)副產(chǎn)氫主要來源于石化、焦炭、燒堿、鋼鐵等行業(yè)，若將上述行業(yè)的二氧化碳排放都算作主產(chǎn)品的生產(chǎn)過程排放，則副產(chǎn)氫可認(rèn)為是零碳排放的綠氫。但各類副產(chǎn)氫尚無權(quán)威的碳排放核算方法，短期內(nèi)無法獲得碳排放強(qiáng)度的準(zhǔn)確數(shù)值，綠色屬性認(rèn)定更是遙遙無期。

電解水制氫過程本身不產(chǎn)生碳排放，但需考慮包括發(fā)電在內(nèi)的全生命周期碳排放。生態(tài)環(huán)境部、國家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，全國電力平均二氧化碳排放因子為0.5366千克二氧化碳/千瓦時，化石能源電力二氧化碳排放因子為0.8325千克二氧化碳/千瓦時。若按全國電力平均排放因子核算，二氧化碳排放強(qiáng)度約為每千克氫排放27千克至32千克二氧化碳。當(dāng)前，全國非水電可再生能源電力發(fā)電量僅占15.9%，在風(fēng)光出力不足的時間段，電解水制氫所消耗的電力實(shí)際上百分之百為化石能源發(fā)電，這部分氫氣的二氧化碳排放強(qiáng)度約為每千克氫排放41千克至49千克二氧化碳�！半x網(wǎng)制氫”項(xiàng)目大多位于優(yōu)質(zhì)風(fēng)光資源區(qū)，這類可再生能源電力對電網(wǎng)沖擊最小，是替代煤炭發(fā)電的優(yōu)質(zhì)電力，屬于稀缺資源�！半x網(wǎng)制氫”項(xiàng)目有助于局部地區(qū)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但不是全國范圍實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的最佳方案。

制氫成本過高制約發(fā)展

交通用氫成本降幅不及預(yù)期

●化石能源制氫成本受地域影響顯著

●電解水制氫成本受電價(jià)影響顯著

●交通用氫成本穩(wěn)步降低，但下降幅度遠(yuǎn)不及預(yù)期

高成本是制約氫能高質(zhì)量發(fā)展的另一個因素。京津冀、上海、廣東等氫能示范城市群大多將加氫站補(bǔ)貼前終端銷售價(jià)格上限設(shè)定為30元/千克，按照等熱值計(jì)算，數(shù)倍于煤炭等化石能源價(jià)格，僅與包含約50%稅費(fèi)的汽柴油價(jià)格相當(dāng)。

化石能源制氫成本受地域影響顯著。化石能源制氫成本主要包括原料成本、設(shè)備折舊以及人工費(fèi)和稅費(fèi)等，其中原料成本受地域影響最為顯著。山西、陜西、新疆、內(nèi)蒙古等省區(qū)煤化工、氮肥企業(yè)生產(chǎn)裝置緊鄰煤炭或天然氣主產(chǎn)區(qū)，不需要額外的運(yùn)輸和儲存成本，噸氫成本普遍低于1萬元。

電解水制氫成本受電價(jià)影響顯著。電解槽預(yù)期使用壽命可達(dá)10萬小時，當(dāng)前主流1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時堿性電解槽的市場價(jià)已低至500萬元，全生命周期可生產(chǎn)1億立方米氫氣，不考慮維修及財(cái)務(wù)成本，噸氫設(shè)備折舊為560元，即使每天只利用8小時，噸氫設(shè)備折舊也僅為1680元，低于煤制氫和天然氣制氫噸氫設(shè)備折舊2000元至3000元水平。全國各省市區(qū)網(wǎng)電價(jià)格區(qū)間為0.38元/千瓦時至0.62元/千瓦時，對應(yīng)制氫電力成本為19元/千克至37元/千克，僅此一項(xiàng)就比化石能源制氫成本至少高1倍。

交通用氫成本穩(wěn)步降低，但下降幅度遠(yuǎn)不及預(yù)期。根據(jù)《中國氫能發(fā)展報(bào)告（2023）》，2023年，全國高純氫生產(chǎn)側(cè)價(jià)格為34元/千克，消費(fèi)側(cè)價(jià)格為58元/千克，居高不下。乘用車領(lǐng)域，燃油車、氫燃料電池車、電動汽車百公里能耗分別為6升至7升油、1千克氫、15至20千瓦時電。在可再生能源電力可視作一次能源的背景下，燃油車、氫燃料電池車很難與電動汽車相競爭。

油電氫協(xié)同是煉化行業(yè)發(fā)展的主要方向

●短期內(nèi)適度解耦“安穩(wěn)長滿優(yōu)”，推進(jìn)能源清潔替代

●中遠(yuǎn)期布局制氫供電中心，推進(jìn)戰(zhàn)略接替

近年來，可再生能源發(fā)電的成本快速下降，當(dāng)前光照資源豐富地區(qū)的發(fā)電成本接近0.1元/千瓦時。但可再生能源發(fā)電的最大問題是出力不均勻、不受控。如何讓其與“安穩(wěn)長滿優(yōu)”的煉化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，是解決氫能高質(zhì)量發(fā)展問題的重點(diǎn)方向。

短期內(nèi)適度解耦“安穩(wěn)長滿優(yōu)”，推進(jìn)能源清潔替代。燃油消費(fèi)達(dá)峰疊加煉油產(chǎn)能過剩，煉化行業(yè)傳統(tǒng)的“長周期滿負(fù)荷”生產(chǎn)模式已無法取得經(jīng)濟(jì)效益，需要靈活安排生產(chǎn)。如僅在白天太陽能出力好的時段，利用現(xiàn)有電網(wǎng)富余的輸送能力，將中西部不能上網(wǎng)的光伏電力輸送至東部煉廠電解水制氫，通過靈活調(diào)節(jié)化石能源制氫裝置白天低負(fù)荷、晚上高負(fù)荷運(yùn)行，無須新建儲氫設(shè)施，即可低成本制取和消納綠氫。按照滿負(fù)荷20%的灰氫替代，全國需新增約700萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時制氫能力，對應(yīng)新增7000臺1000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時電解槽。制約該模式的最大問題是電網(wǎng)過網(wǎng)費(fèi)造成的“高電價(jià)”，需加快以電力市場化為代表的能源體制革命，將西部幾分錢的“市場電”，通過合理的過網(wǎng)費(fèi)輸送至東部，實(shí)現(xiàn)約1萬元/噸電解水制氫綜合成本，提升綠氫競爭力。

中遠(yuǎn)期布局制氫供電中心，推進(jìn)戰(zhàn)略接替。能源法明確，“國家建立能源消耗總量和強(qiáng)度雙控向碳排放總量和強(qiáng)度雙控全面轉(zhuǎn)型新機(jī)制，加快構(gòu)建碳排放總量和強(qiáng)度雙控制度體系”，倒逼煉化行業(yè)增加風(fēng)光等可再生能源電力消納。隨著電動汽車滲透率進(jìn)一步提高，未來油氣資源可用于發(fā)電，彌補(bǔ)風(fēng)光出力不足時段的電力供應(yīng)。集團(tuán)公司2.2億噸煉油產(chǎn)能，供給能力超過10座三峽電站，煉化生產(chǎn)裝置既能消納多余電力，又能補(bǔ)充出力不足時段的電力，遍布全國的26家煉化生產(chǎn)企業(yè)猶如26座大型蓄能電站，推進(jìn)了戰(zhàn)略接替。

習(xí)近平總書記指出，在推進(jìn)新能源可靠替代過程中逐步有序減少傳統(tǒng)能源。這要求我們圍繞煉化綠色低碳轉(zhuǎn)型需求，積極有序布局可再生能源電解水制氫，為全面建成基業(yè)長青的世界一流企業(yè)貢獻(xiàn)煉化力量。

獨(dú)山子石化“碳”索工業(yè)領(lǐng)域用氫

中國石油網(wǎng)消息（記者 李志強(qiáng) 通訊員 文斌）截至3月10日，獨(dú)山子石化綠色低碳示范工程項(xiàng)目——塔里木120萬噸/年乙烯項(xiàng)目二期的全廠地上管網(wǎng)完成率88%，混凝土澆筑完成率71%。這個項(xiàng)目利用副產(chǎn)氫氣生產(chǎn)合成氨，對推動工業(yè)領(lǐng)域氫能應(yīng)用具有良好的示范作用。

近年來，獨(dú)山子石化公司加快推進(jìn)加氫裂化、加氫精制等環(huán)節(jié)利用清潔低碳?xì)涮娲�化石能源制氫，研究綠氫、綠色甲醇等綠色低碳項(xiàng)目和技術(shù)，擇機(jī)開展示范項(xiàng)目立項(xiàng)，目前已建成千立方米級堿性電解水制氫工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目。

2月25日，獨(dú)山子石化公司煉油二部二級工程師程冉來到裝置區(qū)北側(cè)的千立方米級堿性電解水制氫工業(yè)試驗(yàn)裝置區(qū)，檢查防化凍措施落實(shí)情況。這個試驗(yàn)裝置由中國石油深圳新能源研究院與獨(dú)山子石化共同建設(shè)，于2023年8月25日試驗(yàn)成功，純化后氫氣純度達(dá)99.999%，是獨(dú)山子石化重塑產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值鏈，推進(jìn)綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。煉油二部副經(jīng)理汪正武說，員工正積極摸索電解水制氫裝置運(yùn)行規(guī)律，優(yōu)化操作控制，為后期大規(guī)模綠電制氫技術(shù)的應(yīng)用做好儲備。

新疆地區(qū)擁有豐富的光熱、風(fēng)力等可再生資源，具備建設(shè)大規(guī)模光伏電站的條件。隨著光伏發(fā)電成本逐年降低，大規(guī)模光伏電站耦合電解水制氫的生產(chǎn)模式將更具優(yōu)勢，未來有望替代化石能源成為制氫的主要方式，為石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)起到積極的示范作用。

2024年12月24日，克拉瑪依市獨(dú)山子區(qū)在綠電制氫一體化項(xiàng)目招商引資時稱，獨(dú)山子石化煉化裝置副產(chǎn)氫氣7.7萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時，可作為當(dāng)?shù)亟�中期氫氣的重要來源，與可再生能源制氫共同形成多元化氫源保障體系。

獨(dú)山子石化綠色低碳示范工程項(xiàng)目搬遷改造的新建化肥裝置設(shè)計(jì)能力為45萬噸/年合成氨和80萬噸/年尿素，將最大程度利用獨(dú)石化塔里木分公司庫爾勒廠區(qū)的現(xiàn)有設(shè)備，并以PSA產(chǎn)氫氣和捕集的二氧化碳為原料生產(chǎn)液氨和尿素，大幅降低原料天然氣的消耗，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益多贏的產(chǎn)業(yè)鏈條。

濟(jì)柴動力推動“氫”裝上陣

中國石油網(wǎng)消息（記者 黨勍）3月7日，記者從玉門油田獲悉，在中國石油和甘肅省首個規(guī)�；�可再生能源制氫示范項(xiàng)目中，由濟(jì)柴動力有限公司自主研制的4臺往復(fù)活塞式氫氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定投用，累計(jì)運(yùn)行時間3600個小時，產(chǎn)氣量超過150萬標(biāo)準(zhǔn)立方米。

該壓縮機(jī)產(chǎn)品的成功應(yīng)用，是濟(jì)柴動力在氫能裝備領(lǐng)域的自研產(chǎn)品應(yīng)用“第一單”，更是該企業(yè)近年來扎實(shí)踐行綠色發(fā)展路線，聚焦發(fā)動機(jī)和壓縮機(jī)“兩機(jī)”核心業(yè)務(wù)，積極開展氫能設(shè)備研制推廣的一個典型樣本。

作為中國石油旗下的能源動力裝備研發(fā)制造服務(wù)企業(yè)，濟(jì)柴動力全力推進(jìn)氫能設(shè)備等新產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目落地。圍繞“兩機(jī)”傳統(tǒng)裝備應(yīng)用升級，濟(jì)柴動力不斷加大科研傾斜和人才支撐力度，先后啟動了富氫發(fā)動機(jī)和可再生能源制氫壓縮機(jī)的研制項(xiàng)目，推動國產(chǎn)能源動力裝備提檔升級、“氫”裝上陣。

濟(jì)柴動力集結(jié)內(nèi)燃機(jī)科研領(lǐng)域的精兵強(qiáng)將，一方面，大力實(shí)施兆瓦級氫燃料發(fā)動機(jī)燃燒技術(shù)及關(guān)鍵材料研究項(xiàng)目，高質(zhì)量完成了總體方案設(shè)計(jì)工作。“發(fā)動機(jī)是我們的老本行，有扎實(shí)的行業(yè)底蘊(yùn)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)�！睗�(jì)柴動力科研專家劉東表示，公司正緊張有序推動富氫發(fā)動機(jī)從理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

另一方面，濟(jì)柴動力“氫氣壓縮機(jī)”產(chǎn)品也取得積極進(jìn)展——自2023年下半年實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)用以來，目前已有7臺氫氣壓縮機(jī)產(chǎn)品落戶吐哈、長慶、玉門等油田，最長運(yùn)行時間超過4000個小時。

特別是在玉門油田項(xiàng)目中，濟(jì)柴動力通過攻關(guān)產(chǎn)品的無油潤滑技術(shù)、智能無極氣量調(diào)節(jié)技術(shù)，有針對性地提高機(jī)組防爆設(shè)計(jì)等級和安全聯(lián)鎖控制邏輯，保證了氫氣介質(zhì)增壓后的純度超過99.99%，有力推動項(xiàng)目“綠電制綠氫”作業(yè)高效穩(wěn)定實(shí)施。

濟(jì)柴動力首席專家董占春表示，2025年，公司將繼續(xù)加快產(chǎn)品質(zhì)量性能和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的攻關(guān)步伐，全力做好“兩機(jī)”氫能裝備高質(zhì)量研制應(yīng)用，以高端化、綠色化產(chǎn)品發(fā)展路線，推動能源行業(yè)、裝備制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。