寶豐能源首創(chuàng)將“綠氫”“綠氧”直供化工系統(tǒng)，用“綠氫”替代原料煤、“綠氧”替代燃料煤生產(chǎn)高端化工產(chǎn)品，打通了用新能源替代化石能源實現(xiàn)碳中和的科學路徑。圖為寶豐能源“國家級太陽能電解水制氫綜合示范項目”。（寶豐能源供圖）

眼下，寧夏的特產(chǎn)，除了枸杞，還要加上“氫”。

年產(chǎn)400萬噸煤制油、320萬噸煤基烯烴、600萬噸煤化工下游產(chǎn)品，這一串數(shù)字是寧夏寧東能源化工基地不俗的一張成績單。在瞄準氫能這一全新的產(chǎn)業(yè)方向之后，光伏發(fā)電、綠電制氫、綠氫耦合煤制油、氫能源卡車多個氫能源項目，未來還會在西部的寧夏，開花結果。

千億化工園區(qū)用上氫能，“綠氫”“綠氧”污染減少

從銀川出發(fā)一路向東，跨過靜靜流淌的黃河，寧東能源化工基地就矗立在毛烏素沙地的邊緣。這里是我國重要的大型煤炭生產(chǎn)基地、煤化工產(chǎn)業(yè)基地和“西電東送”火電基地。

半年前，這個傳統(tǒng)能源化工基地出現(xiàn)了一個新家伙，就是氫能源卡車。沒有噪音和污染，開卡車20多年的王成武一下子就輕松了。2021年5月，寧夏首家，也是西北地區(qū)正式投運的第一個加氫站建成，每天可以為50輛氫燃料電池重卡車加注氫氣。王成武的氫能源車每兩天就要到這里來加一次氫。

氫能源卡車和加氫站只是這個傳統(tǒng)的能源化工基地變化的一個小小縮影。在過去很多年，由于坐擁豐富的煤炭資源，寧東基地是我國最大的煤制油、煤基烯烴生產(chǎn)基地。隨著碳達峰碳中和目標的提出，高能耗、高排放已成為懸在寧東基地頭頂?shù)囊话褎Α?/span>

寧東基地“依煤而建、因煤而興”，是西北唯一產(chǎn)值過千億元的化工園區(qū)，更是區(qū)域工業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定器和動力源。但寧東能源化工基地每年消耗煤炭9000多萬噸，除了火力發(fā)電之外，有5000萬噸用于煤化工，占比超過了50%。

作為煤化工的基礎原料，煤制氫的消耗量每年高達240萬噸。光是生產(chǎn)這些煤制氫，就需要消耗2880萬噸標煤，并產(chǎn)生5600萬噸的二氧化碳排放。

站在轉型的十字路口，寧東基地急需找到一把破解能源資源環(huán)境瓶頸的“鑰匙”。最終，他們把目光瞄準了氫能源。氫氣，是現(xiàn)代煤化工的重要基礎原料。

在寧東基地，大部分的氫氣主要是通過碳與水反應得來的煤制氫，俗稱灰氫。盡管成本低，但這樣的方式，不可避免增加能耗、水耗和排放大量二氧化碳。

寶豐能源是寧東基地一家大型的煤化工企業(yè)，從2019年開始，寶豐能源集團氫能公司總工程師劉飛就和各個部門抽調的工程師們一起，組成了技術攻關小組，研發(fā)以太陽能發(fā)“綠電”，電解水制“綠氫”“綠氧”，直供煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)的總體技術方案。

過去，傳統(tǒng)的堿水電解槽主要用于電廠以及多晶硅生產(chǎn)等，制氫規(guī)模大多為每小時200~300標準立方米，最大的也不超過500標方。但是劉飛的團隊面臨的情況是，第一期就要建造可以每小時生產(chǎn)10,000標方氫氣的廠房。

工程師們打造了全新的集散控制系統(tǒng)，針對各種儀表還專門設置了安全保護系統(tǒng)。經(jīng)過緊鑼密鼓的安裝、調試，2021年4月，這套每小時可產(chǎn)氫氣10,000標方的電解水制氫廠房在寧東正式投產(chǎn)。隨后，這些由太陽能發(fā)電，電解水制出的綠氫和綠氧，成功耦合進了寶豐能源的煤化工生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了穩(wěn)定運行和規(guī)?；a(chǎn)。

這個目前世界單廠規(guī)模最大的電解水制氫項目，每年可產(chǎn)2.4億標方的綠氫。1.2億標方的綠氧直供煤化工，替代原來的煤制氫。

制、儲、加、用，氫能的產(chǎn)業(yè)鏈完美閉環(huán)

目前，采用光伏發(fā)電來進行的電解水制綠氫，行業(yè)內大部分項目的成本為每標方1.7元~2元之間，而煤制氫因為產(chǎn)業(yè)鏈更加成熟，成本僅為每標方0.6元~0.7元。生產(chǎn)利用綠氫無疑可以釋放巨大的環(huán)保效益，但企業(yè)運行還需要算一筆經(jīng)濟賬。在劉飛的電解水制氫車間，綠氫的成本可以控制到每標方0.7元，幾乎與煤制氫的成本相當。這是怎么做到的？

除了技術工藝和流程優(yōu)化，規(guī)模效益，是降低成本的法寶。劉飛說，早在2016年，寶豐能源就已經(jīng)布局了太陽能光伏發(fā)電項目。

單晶硅組件每一塊將近2平方米，每天能發(fā)電約1.8度。目前，這家企業(yè)總的光伏發(fā)電的建設規(guī)模已經(jīng)達到了100萬千瓦。

不僅是寶豐能源的綠氫項目，在寧東基地，還有新的氫能源項目正在加速上馬。2020年年底京能寧東發(fā)電公司申報的氫能制儲加一體化示范項目得到了批復。

在這個示范項目上，京能寧東發(fā)電公司總經(jīng)理劉偉一直主導采用質子交換膜(PEM)電解水制氫的技術路線。這個技術最早主要是用來為潛艇和宇航員提供新鮮充足的氧氣。

現(xiàn)在，國外主要的氣體龍頭企業(yè)大部分采用的也是這個技術，但是在國內，目前還沒有成熟的項目。劉偉認為，質子交換膜（PEM）電解水制氫環(huán)保、占用場地小，是未來具有潛力的技術路線。

寶豐能源這樣的煤化工企業(yè)，制造綠氫是為了改造煤化工生產(chǎn)流程不同。劉偉所在的發(fā)電企業(yè)，之所以要上馬制氫項目，還要從電廠調峰的角度考慮。

制、儲、加、用，在寧東基地氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃上，從上游的綠色發(fā)電到中游的綠電制氫，再到下游的煤化工產(chǎn)業(yè)耦合應用，是一個完整的氫能的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。

寧東能源化工基地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心的負責人趙瑞表示，寧東基地年日照時間超過3000小時，太陽能有效發(fā)電時間可達1700小時，利用太陽能光伏電制備綠氫具有得天獨厚的優(yōu)勢。

事實上，早在2019年，寧東就已經(jīng)率先開始了氫能源的布局。根據(jù)寧東基地最新的發(fā)展規(guī)劃，到2025年，綠氫的年產(chǎn)能將達到30萬噸以上，每年可以降低煤炭消費360萬噸，減排二氧化碳700萬噸。

有了明確的發(fā)展規(guī)劃，在寧東基地，申請綠氫生產(chǎn)項目正在成為一股新的風潮。眼下，他們其中一家企業(yè)正打算將生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品氫通過氫氣液化項目進行對外銷售，另一個企業(yè)正在想盡辦法降低光伏電解水制氫項目的運行成本。

目前，寧東基地用綠氫部分替代煤制氫，理論可替代量達每年120萬噸左右。圍繞著綠氫，寧東基地正在煤化工耦合、綠氫制氨、精細化工用氫、氫儲能、氫能交通等多個領域重點發(fā)力。一項項技術創(chuàng)新、一個個應用場景，都在見證記錄著寧東基地從煤化工“領跑者”向氫能“領跑者”的蛻變。