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探索碳达峰碳中和乌鲁木齐借卵的山西路径
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  由于山西省能源体系以化石能源尤其是以高碳的煤炭为支撑。以创新实现高碳能源低碳化利用 当前。推动能源体系从高碳化石能源为主向碳中性能源、低碳能源和非碳能源转型。

  4月底,山西省科研单位承担的国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”3个重点项目在太原启动。“做好碳达峰、碳中和工作”被列为今年的重点任务之一,山西省将自觉扛起碳达峰碳中和山西行动的政治责任,强化碳达峰、碳中和牵引作用,深化能源革命综合改革试点,全力打好这场硬仗。在国家重点研发计划5000多万元经费支持下,项目中各项低碳研发技术的突破将为山西省实现目标提供坚实支撑。

  10年内完成碳达峰 任务异常艰巨

  今年山西省政府工作报告指出,2021年要实施碳达峰、碳中和山西行动。作为能源大省,山西当前煤炭消费量占到全省一次能源消费总量的80%以上。“‘十三五’时期是山西新旧动能转换力度最大、成效最为显著的一个时期,但碳排放总量仍居全国前列,10年内完成碳达峰任务异常艰巨。”山西省社会科学院能源经济研究所所长韩东娥研究员认为,我省要实现碳达峰、碳中和目标面临的压力来自三方面:一是全省发展不平衡不充分不协调问题仍然突出,面临着发展经济、改善民生等一系列艰巨任务,经济增长处于高速度高质量发展期,能源需求在不断增加,碳排放仍处于上升阶段;二是煤炭消费比重过大;三是单位GDP能耗较高。这些挑战需要从转变经济发展模式、能源供应和消费模式等多维度发力。

  2019年山西省通过碳汇交易,提升林地附加值,助力全省生态持续改善。对碳捕集、封存与利用等关键核心技术的研发和技术示范,增强工业固碳能力。中国科学院山西煤炭化学研究所研究员邓蜀平认为,现代煤化工项目可以富集高浓度的二氧化碳,与山西钢铁、焦化、化肥、铝镁等行业排放的驰放气结合,可生产碳酸二甲酯、二苯基脲、聚氨酯等精细化学品和高端材料产品,大幅减少大气污染和碳排放。

  一边要实现碳达峰、碳中和,一边要经济社会发展,如何齐头并进?科技是保障二者同时实现的关键,碳达峰、碳中和将检验并催生一系列科学结论、科学方法及技术创新成果。

  把压力转变为新发展机遇,以创新实现高碳能源低碳化利用

  当前,山西省煤炭利用正逐步向清洁化、大型化、规模化、集约化发展,推动煤炭由单一燃料属性向燃料、原料方向转变,推进分级分质利用,从而实现高碳能源低碳化利用。煤炭分级分质梯级利用是煤炭清洁高效利用技术创新的战略方向之一。分级转化技术是先从低阶煤里提取出价值较高的油气,剩余的半焦或残炭作为燃料继续燃烧发电,这样最大程度地发挥了煤炭的利用价值。

  似乎顺着这条思路,就能把煤炭“吃干榨净”。然而,到了操作层面,一切并非想象中那么简单。煤经气化、费托合成的间接液化路线制取优质液体燃料和化学品是最主要的煤洁净高效转化途径之一。虽然山西国百万吨级煤制油工业化在技术指标、生产效率、能耗、运行规模等方面居世界领先地位,但在产品高值化和深加工方面,与国际水平尚有较大差距。此次,中科院山西煤化所董梅科研团队承担的“煤间接液化产品高值转化技术及工业化”示范项目将深入研究费托合成低值产品活化和定向转化的催化与反应工程科学问题,突破费托合成尾气制芳烃、石脑油和轻质柴油制高品质航空煤油组分、费托合成蜡制高端润滑油基础油等核心技术,打造出我国较为完善的煤间接液化产业链。

  低热值煤高效清洁发电利用是山西省能源结构调整的重要方式。太原理工大学科研团队将努力攻克煤泥、煤矸石等低热值煤发电存在的燃烧效率低、低负荷时污染物排放难以控制、应对新能源电力的热电调峰能力严重不足及燃烧副产物难以利用等一系列问题。“能源革命要跨越化石能源到清洁能源这道坎,能源转型必须发展突破性科学技术。一方面,继续发挥煤炭‘压舱石’作用,支撑清洁煤炭发电;另一方面,大力发展可再生能源,实现多能源互补,保证能源安全。”项目负责人、太原理工大学教授马素霞表示。理工大将联合清华大学、华中科技大学、华北电力大学等科研单位深入开展低热值煤清洁高效燃烧利用与灵活发电关键技术研究,构建低热值煤—发电—建材产业链、延伸煤炭、电力产业链条、发展循环经济。山西河坡发电有限责任公司正高级工程师姜平领衔的科研团队在这个大项目的基础上,又分别设置“多元低热值煤大容量高效清洁燃烧”“发电机组余热梯级利用及灵活热电联产”“350MW机组低热值煤灵活发电技术与工程”“燃煤副产物与烟气协同碳酸化规模利用及示范”“低热值煤灰渣定向转化高值利用关键技术与应用”5个课题,通过解决3大科学问题,攻克5项关键技术、完成3项工程示范,最终实现“低热值煤清洁高效燃烧资源利用与灵活发电”总体目标。

  加快能源革命步伐,为实现碳中和目标贡献山西力量

  中科院山西煤化所研究员吕春祥提出,发展高性能碳材料产业,对山西实现“碳达峰”和“碳中和”目标具有举足轻重的作用。他认为,山西是我国高性能碳材料的重要研发和产业基地。未来,要把新一代高性能碳纤维及其复合材料、高性能石墨等高性能碳材料作为战略性新兴产业,建设高技术攻关、产业、应用的项目集群。

  韩东娥认为,碳达峰、碳中和目标下,山西作为能源大省,电力输出大省,必须加快能源革命步伐,努力摆脱对化石能源的依赖,要在满足经济与民生对能源需求、经济上合理且安全稳定的前提下,推动能源体系从高碳化石能源为主向碳中性能源、低碳能源和非碳能源转型,为我国实现碳中和目标贡献力量。

  一是控制煤炭消费量和碳排放量。由于山西省能源体系以化石能源尤其是以高碳的煤炭为支撑,减少煤炭消费能为碳中和目标贡献巨大力量。加快解决民用散煤,包括小锅炉、工业窑炉、冶金建材化工用煤,以及煤化工等源头污染问题,积极推进煤炭清洁高效利用,努力介入和推动碳捕捉、封存和利用技术创新发展。

  二是加快煤电行业转型升级。煤电在“十四五”及较长一段时期内,仍是电力系统的托底保障电源,山西省煤电高质量发展要在严控煤电规模基础上,走清洁、高效和灵活的道路,引导煤电从电量供应主体逐步转向容量供应主体,加强调峰调频、辅助服务等功能,保障电力供应和系统安全,持续减少碳排放。

  三是加快发展风电、光伏等可再生能源。新能源发展,不仅要关注新能源量的增长,更需要认识到新能源对灵活调节能力的要求和对电力系统安全的影响,更加注重新能源的发展质量。通过发展可再生能源,电力行业要加快向以可再生能源为中心的电力系统转型,加速能源电力系统脱碳进程。

  四是加强综合能源服务。综合能源服务利于提高能源生产和利用效率,降低单位GDP能耗,通过能源互联网,大幅提升清洁能源的利用效率,缓解对于化石能源的依赖。

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