【海川化工科技前沿】清华大学“绿色柔性化工电气化”（GFCE）创新路径帮助中国氨和甲醇工业实现深度脱碳

近日，清华大学、哈佛大学等机构的研究团队在《自然·能源》（Nature Energy）共同发表了一项重要研究，提出了一种绿电直连绿氢化工的电氢协同降碳新技术。

这项名为“绿色柔性化工电气化”（GFCE）的创新路径，旨在帮助中国氨和甲醇工业实现深度脱碳，同时保障电力系统的安全稳定运行。

氨和甲醇是中国化学工业的核心产品，但其生产高度依赖煤炭，2020年合计排放2.75亿吨CO₂，占全国总排放的3%。传统电气化方案依赖电网供电，但由于中国电力仍以煤电为主，可能导致“污染转移”，反而增加全国碳排放1%。

而采用可再生能源生产绿氨与绿醇也面临挑战。风电、光伏等清洁能源的波动性与化工生产的稳定需求不匹配，还可能加剧电网运行压力，增加9%的电力平衡需求。

为此，研究团队提出了一种新的“绿色柔性化工电气化”（GFCE）路径。该路径通过绿电直连的方式构建一体化系统，并结合先进的氢氨醇耦合控制与调度技术，实现化工生产过程的深度电气化。

GFCE路径的核心在于“绿色”和“柔性”两个关键属性。所谓“绿色”，是指通过绿电直连，为化工生产提供零碳电力原料，从而实现源头上的低碳减排。

而“柔性”则体现在电氢协同系统的灵活运行，缓冲可再生能源的间歇性和波动性，使得化工生产能够在不同时间尺度上实现能源供需的平衡。

为了全面评估GFCE路径的性能，清华大学研究团队构建了一个综合的分析框架，涵盖了碳排放、电力系统安全性和经济性三个关键指标。该框架结合了以下两个核心模型：

化工侧容量规划与柔性运行（CP&FO）模型：基于工业测试数据和过程模拟，该模型能够动态规划可再生能源、电解槽和氢气储存罐的容量，并优化其运行模式，以适应市场和政策条件的变化。

电力侧经济调度与机组组合（ED&UC）模型：该模型通过优化全国经济调度和省级机组组合，平衡电力系统的效率和可靠性，同时考虑化工生产负荷的波动性。

研究结果显示，相比传统网电方案，GFCE路径不仅能大幅降低电力和化工行业的碳排放，还能通过电氢协同优化，减轻电网冲击，提升电力系统安全性。

其实，企业的实践已经走在这个研究成果前面。远景科技集团在内蒙古赤峰建设的全球最大绿色氢氨工厂，已经成功实践了论文中提出的"绿电直连"与"动态响应"技术。

该项目通过风光储与氢氨醇生产的高效耦合，攻克了零碳氢能发展的成本难题。

工厂采用可再生能源，通过电解水制氢。同时利用可再生能源驱动空气分离装置生产零碳氮气和氧气，最终合成零碳氨产品。

而远景自主研发的智能物联操作系统ENOS™，赋予了该工厂前所未有的动态响应能力。

传统的化工厂生产负荷通常是相对稳定的，但与之相连的风电等可再生能源天然具有波动性和间歇性。

ENOS™系统能够精准预测上游风电场的发电功率，并据此对下游的电解槽、合成氨装置等进行“荷随源动”的智能调控。

也就是说，风大的时候，发电量高，这套制氢和合成氨系统会自动提升负荷，尽可能多地消纳绿色电力；风小的时候，系统则会自动降低负荷，甚至在必要时，由储能系统或电网补充部分电力，确保关键设备安全平稳运行。

反过来，如果下游的氢或氨的储存接近饱和，或者市场需求发生变化，ENOS™也能实现“源随荷动”，向上游的能源调度发出指令，优化能源分配。这种双向互动、实时优化的能力，是实现绿电高效利用、降低生产成本、提升系统整体经济性的关键。

清华大学的研究团队通过分析发现，随着可再生能源在电力和化工行业的渗透率持续提升，采用GFCE路径（如远景能源赤峰工厂的实践案例）的碳减排效果和经济性将进一步提高。

研究团队还开发了一个详细的数据库，涵盖了中国22个省份的化工行业和电力系统的详细数据，包括可再生能源的分布、化工生产负荷、电力传输网络等。

通过对中国22个省份的详细模拟分析，研究团队还发现，到2030年，GFCE路径在全国范围内具有显著的经济竞争力，绿氨的生产与灰氨相比甚至有望具备一定的成本优势。

研究团队指出，为了推动GFCE路径的实施，对于绿色氨和绿色甲醇生产成本较高的省份，可以考虑提供补贴或实施碳税政策，以降低投资门槛，促进市场的发展。

【化工装备十年大发展】2480-2025首创多项纪录的西江24区开发项目24-7 WHPA上部组块在青岛完工启运
https://bbs.hcbbs.com/thread-5696067-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)

感谢资料共享

【海川化工科技前沿】青岛能源所开发出一种绿色纤维素溶解新体系
https://bbs.hcbbs.com/thread-5696083-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)

【海川化工科技前沿】大连化物所科研人员制备高性能液流电池用超薄聚合物膜材料
https://bbs.hcbbs.com/thread-5696144-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)

感谢分享

【化工装备十年大发展】2492-2025岚泽能源千吨级费托合成航煤馏分油中试装置通过考核
https://bbs.hcbbs.com/thread-5696189-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)

【化工装备十年大发展】2497-2025浙江油田填补了国内小口径管道高精度智能化内检测领域的技术空白
https://bbs.hcbbs.com/thread-5696242-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)

【化工装备十年大发展】2498-2024国内首套273毫米管径厚壁管内检测器成功完成牵拉试验
https://bbs.hcbbs.com/thread-5696243-1-1.html
(出处: 海川化工论坛)