5月27日，國(guó)內(nèi)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽工程——中核集團(tuán)田灣核電站蒸汽供能項(xiàng)目全面拉開(kāi)建設(shè)帷幕，拓展了核能工業(yè)化利用的新方向。此次中核集團(tuán)率先啟動(dòng)的田灣核電蒸汽供能項(xiàng)目將為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地供汽，是核能與石化行業(yè)耦合發(fā)展的標(biāo)志性成果。
▲ 中核集團(tuán)田灣核電站蒸汽供能項(xiàng)目
隨著我國(guó)雙碳目標(biāo)的提出，以及后續(xù)國(guó)家各部委、行業(yè)、企業(yè)提出的碳達(dá)峰碳中和行動(dòng)方案都清晰地表明，非化石能源將逐漸成為能源消費(fèi)的主力。石化企業(yè)一方面將在近中期面臨緊迫的碳約束，另一方面需在遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，這為核能企業(yè)與石化企業(yè)耦合發(fā)展提供了難得的戰(zhàn)略機(jī)遇。
一 石化行業(yè)多重壓力來(lái)自哪里
1. 安全和環(huán)保的剛性約束
石化行業(yè)為我國(guó)的六大高耗能行業(yè)之一，能源結(jié)構(gòu)以煤油氣等化石能源為主。當(dāng)前，石化行業(yè)的熱力和電力供應(yīng)形成了以燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和大型鍋爐集中供熱為主、分散燃煤鍋爐和其他清潔能源供熱為輔的格局。而隨著國(guó)家“雙碳”目標(biāo)、能耗雙控目標(biāo)以及安全和環(huán)保剛性約束目標(biāo)的提出，相關(guān)部委等主管部門(mén)的政策推動(dòng)，如2021年國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布的《關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)行業(yè)節(jié)能降碳的若干意見(jiàn)》《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)》、2022年國(guó)家工信部發(fā)布的《關(guān)于“十四五”推動(dòng)石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》等，對(duì)燃煤機(jī)組裝機(jī)容量、煤炭消耗強(qiáng)度和總量、污染物排放總量和濃度等進(jìn)行嚴(yán)格限制，當(dāng)前石化行業(yè)以煤為主要燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)模式面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
2. 國(guó)內(nèi)外碳成本壓力
自2013年我國(guó)首批省級(jí)試點(diǎn)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)啟動(dòng)以來(lái)，石化行業(yè)就一直是重點(diǎn)管控行業(yè)。2021年1月，全國(guó)碳市場(chǎng)啟動(dòng)，以期更加有力地促進(jìn)碳減排，并于2021年7月啟動(dòng)線上交易。預(yù)計(jì)石化行業(yè)將在2022～2023年納入全國(guó)碳市場(chǎng)，屆時(shí)石化企業(yè)將面臨愈發(fā)嚴(yán)格的碳排放硬性約束。無(wú)論是縮減產(chǎn)能還是進(jìn)行低碳技術(shù)革新，受管控企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本都將進(jìn)一步增加。
國(guó)際碳邊界調(diào)整機(jī)制(CBAM)等政策可能影響石化產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。2021年3月，歐洲議會(huì)通過(guò)了CBAM議案，計(jì)劃自2023年起，對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)不力國(guó)家的某些產(chǎn)品征收進(jìn)口關(guān)稅。2022年1月，法國(guó)成為歐盟輪值主席國(guó)，希望在半年的輪值主席國(guó)期間推動(dòng)歐盟CBAM立法通過(guò)。該機(jī)制明確覆蓋了石化行業(yè)。歐盟是我國(guó)重要的貿(mào)易伙伴，若CBAM實(shí)施，我國(guó)石化產(chǎn)品很可能需要繳納額外碳關(guān)稅才能進(jìn)入歐盟市場(chǎng)，面臨出口成本增加、價(jià)格優(yōu)勢(shì)削減的風(fēng)險(xiǎn)。石化工業(yè)與多個(gè)行業(yè)交叉、關(guān)聯(lián)、相互影響，出口受阻可能引發(fā)相關(guān)行業(yè)連鎖反應(yīng)。
3. 脫碳化新要求
隨著新能源汽車(chē)技術(shù)進(jìn)步，公眾對(duì)電動(dòng)交通工具的接受度逐步增強(qiáng)。2014～2020年，我國(guó)新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，銷(xiāo)量從7.5萬(wàn)輛上升至136.7萬(wàn)輛。2020年國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》，指出到2035年，純電動(dòng)汽車(chē)將成為新銷(xiāo)售車(chē)輛的主流，公共領(lǐng)域用車(chē)全面電動(dòng)化，燃料電池汽車(chē)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的巨大變化，將驅(qū)使石化行業(yè)加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。
▲ 新能源汽車(chē)
二 核能與石化行業(yè)如何互補(bǔ)
1. 石化行業(yè)大量碳排放難以避免
近幾年石化產(chǎn)業(yè)抓住發(fā)展機(jī)遇，大型煉化一體化裝置呈現(xiàn)出集中建設(shè)、集中投產(chǎn)的景象。石化行業(yè)的能耗主要集中于電、熱、氫的需求，煤油氣等化石能源既用作原材料投入，也用作燃料燃燒，燃燒過(guò)程往往伴隨著大量的碳排放。
石化行業(yè)是用電大戶(hù)。電力投入是工業(yè)生產(chǎn)的必要原料投入，僅就目前掌握資料以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行匡算，我國(guó)沿海22家石化園區(qū)建成并達(dá)到規(guī)劃規(guī)模后，所需發(fā)電裝機(jī)規(guī)?？蛇_(dá)約0.4億千瓦，僅中石化集團(tuán)一家每年的用電量即超過(guò)700億千瓦時(shí)。
石化行業(yè)更突出的需求體現(xiàn)在對(duì)熱力/蒸汽的需求上。石化工藝需要大量的高溫工藝熱，稠油熱采環(huán)節(jié)需提供蒸汽驅(qū)及SAGD的工藝熱。據(jù)匡算，沿海22家石化園區(qū)建成后總蒸汽需求量可達(dá)13.5萬(wàn)t/h。
石化行業(yè)的氫能需求越來(lái)越大。氫能主要用于石化產(chǎn)品加氫精制和大分子團(tuán)烴類(lèi)加氫裂化，該產(chǎn)品和生產(chǎn)環(huán)節(jié)在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)沒(méi)有替代產(chǎn)品和工藝。
當(dāng)前，石化行業(yè)一般由熱電機(jī)組和地區(qū)電網(wǎng)供電，由燃煤鍋爐和熱電機(jī)組供熱/供汽。煉化企業(yè)中氫的來(lái)源主要有二：一是天然氣制氫，即所謂水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫;二是煤制氫，即所謂部分氧化制氫。這兩類(lèi)制氫技術(shù)均以化石能源為原料，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)量的碳排放，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看并不是最優(yōu)的。
2. 核能行業(yè)與石化行業(yè)可“完美契合”
供電方面。核電是清潔、低碳、安全、高效的基荷電源，一臺(tái)60萬(wàn)千瓦級(jí)的高溫氣冷堆年發(fā)電量可達(dá)40億千瓦時(shí)以上，一臺(tái)多用途小堆年發(fā)電量也可達(dá)10億千瓦時(shí)。核電相較于風(fēng)光等新能源電力的突出優(yōu)勢(shì)是供應(yīng)穩(wěn)定，能夠滿(mǎn)足石化行業(yè)、石化產(chǎn)業(yè)園區(qū)對(duì)能源供應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。
供熱/汽方面。相較于發(fā)電，核能供熱/汽可能具有更大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，我國(guó)壓水堆核電站的熱電轉(zhuǎn)化效率只有35%左右，其余熱量以大量海水作冷卻后排入大海，這部分熱量完全可以通過(guò)回收作供熱使用。當(dāng)前我國(guó)核能供熱已逐漸開(kāi)始推廣示范，2021年11月和12月，山東海陽(yáng)與浙江海鹽“一北一南”兩個(gè)核能供熱項(xiàng)目相繼投運(yùn)。另外，多用途小堆可以滿(mǎn)足供電、區(qū)域供暖/冷、工業(yè)供熱、海水淡化等多種用途，海南昌江多用途小堆示范項(xiàng)目也已開(kāi)工建設(shè)。
▲ 浙江海鹽核能供熱示范工程投運(yùn)儀式
在工業(yè)供熱/汽方面，高溫氣冷堆具有突出優(yōu)勢(shì)。其出口溫度可達(dá)到700℃~750℃，通過(guò)汽輪機(jī)抽汽，可用于100℃~400℃不同參數(shù)的工業(yè)和民用供熱市場(chǎng)。200MW級(jí)高溫氣冷堆蒸汽產(chǎn)量可達(dá)600T/h，與目前石化園區(qū)煤鍋爐產(chǎn)量參數(shù)、溫度和壓力基本一致，模塊式高溫氣冷堆將是替代石化園區(qū)煤鍋爐的一項(xiàng)重要技術(shù)方案。
供氫方面。在雙碳背景下，發(fā)展綠氫已是石化行業(yè)的必經(jīng)之路。在核能技術(shù)中，高溫氣冷堆可為制氫工藝提供電能和熱能而不釋放溫室氣體。目前，主要可以通過(guò)高溫氣冷堆與三種工藝耦合制氫，即高溫蒸汽電解(HTSE)、蒸汽甲烷重整(SMR)和硫碘(SI)循環(huán)。HTSE的最佳運(yùn)行溫度為800℃～1000℃，需發(fā)展超高溫氣冷堆以解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)題;SMR的最佳運(yùn)行溫度為760℃～880℃，但是投入原料中有甲烷，產(chǎn)物中有二氧化碳;SI的運(yùn)行溫度為750℃～1000℃，高溫氣冷堆的出口溫度略低于這一溫度區(qū)間。目前以SI循環(huán)為代表的熱化學(xué)循環(huán)研究已經(jīng)從小試走向了中試，高溫氣冷堆耦合SI循環(huán)制氫具有光明的前景，即使當(dāng)前的反應(yīng)堆出口溫度略低于制氫工藝所需，也可以考慮通過(guò)分兩階段、補(bǔ)充額外的熱量來(lái)完成整個(gè)重整過(guò)程。而隨著超高溫氣冷堆的研發(fā)，核能制氫將更具發(fā)展前景。
三 石化與核能的緣分已到
當(dāng)前，石化企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展愿望迫切。中石油、中石化、中海油等三大石化集團(tuán)已在天然氣、風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能、地?zé)?、生物質(zhì)能等新型能源領(lǐng)域開(kāi)展了大量前期工作。石化企業(yè)也在廣泛尋求戰(zhàn)略合作，探索轉(zhuǎn)型之道。2020年4月，中石化集團(tuán)與中核集團(tuán)簽署全面深化戰(zhàn)略合作協(xié)議;2021年2月，中石油與國(guó)家電投簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議;2021年7月，中石化與國(guó)電投、中廣核簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議(戰(zhàn)略合作協(xié)議)。石化企業(yè)將與核能企業(yè)加強(qiáng)在模塊化小堆及高溫堆應(yīng)用、綠電制氫、化學(xué)儲(chǔ)能等領(lǐng)域的深度合作。
四 深度耦合還需努力
在國(guó)家大力提倡科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略背景下，利用先進(jìn)核能技術(shù)替代傳統(tǒng)化石能源應(yīng)用于供電/供熱領(lǐng)域具有劃時(shí)代的重大意義。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，在雙碳背景下石化行業(yè)既要保障能源供應(yīng)安全又要實(shí)現(xiàn)降碳要求，核能是最佳和最穩(wěn)定的選擇。提出政策建議如下。
推動(dòng)高溫氣冷堆等堆型耦合石化企業(yè)發(fā)展列入國(guó)家科技專(zhuān)項(xiàng)?！妒ぶ攸c(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)》提出，鼓勵(lì)石化基地或大型園區(qū)開(kāi)展核電供熱、供電示范應(yīng)用。順應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略部署，建議國(guó)家相關(guān)部門(mén)將高溫氣冷堆等堆型耦合石化企業(yè)發(fā)展列入國(guó)家科技專(zhuān)項(xiàng)，開(kāi)展相關(guān)應(yīng)用研究和實(shí)踐工作，推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行政法規(guī)的完善。雙方企業(yè)加大力度爭(zhēng)取國(guó)家、地方政策支持。石化行業(yè)是很多省份的納稅大戶(hù)，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到重要支撐作用。而雙碳背景下石化產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重制約，這使得各省市同樣有需求為石化行業(yè)尋找零碳的替代能源。石化企業(yè)與核能企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)合作，加大力度爭(zhēng)取國(guó)家有關(guān)部門(mén)、地方政府在稅收、貸款利率、財(cái)政補(bǔ)貼等方面對(duì)耦合發(fā)展項(xiàng)目的政策支持。雙方企業(yè)深化戰(zhàn)略合作關(guān)系，探索創(chuàng)新商業(yè)模式。核能可以提供零碳穩(wěn)定能源，石化集團(tuán)可以為高溫堆提供氦氣等資源，雙方契合點(diǎn)多。但是，雙方在項(xiàng)目用地要求、工業(yè)配套設(shè)施情況、項(xiàng)目建設(shè)條件、項(xiàng)目投資經(jīng)濟(jì)性等方面存在諸多不適配及限制因素。建議雙方緊抓國(guó)家戰(zhàn)略契機(jī)，通過(guò)相互持股、成立合資公司等方式，構(gòu)建核能企業(yè)與重點(diǎn)石化企業(yè)的利益共同體。加強(qiáng)自備電站建設(shè)等相關(guān)政策研究、高溫堆制氫產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究等，盡早聯(lián)合啟動(dòng)項(xiàng)目可行性論證，充分利用雙方在地方的影響力與廠址資源，推動(dòng)示范項(xiàng)目落地。
