內(nèi)蒙古自治區(qū)氫電耦合助力構(gòu)建新型能源體系實(shí)證研究

王 杰，吳 昊，熊 力，辛頌旭，張佳麗

(1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120；2.中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)，北京 100080)

0 引 言

黨的二十大報(bào)告指出，積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，深入推進(jìn)能源革命，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，積極參與應(yīng)對(duì)氣候變化全球治理。立足能源安全與雙碳目標(biāo)，加快構(gòu)建新型能源體系，推動(dòng)可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用，是當(dāng)前及今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，能源行業(yè)發(fā)展的重要使命。在新型能源系統(tǒng)中，隨著可再生能源占比的提升，面對(duì)大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)帶來(lái)的間歇性、波動(dòng)性問(wèn)題，發(fā)展可再生能源制氫，打造氫電耦合的模式，將是重要的解決方案。氫能作為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，可連接多種能源形式，構(gòu)成耦合發(fā)展體系，是支撐可再生能源大規(guī)模發(fā)展的理想互聯(lián)媒介，也是實(shí)現(xiàn)交通、工業(yè)和建筑等領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的最佳選擇[1]。

發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建氫電耦合，對(duì)于推動(dòng)源端可再生能源消納利用和終端用能的清潔替代，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系有關(guān)鍵的意義，而風(fēng)光資源豐富的內(nèi)蒙古自治區(qū)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。為此，本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例，通過(guò)案例分析，研究氫電耦合在助力新型能源體系構(gòu)建過(guò)程中的作用和發(fā)展趨勢(shì)，具有多方面的意義。一是，通過(guò)實(shí)證分析在風(fēng)光資源富集地區(qū)發(fā)展氫電耦合的可行性，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟；二是，通過(guò)分析氫電耦合對(duì)構(gòu)建新型能源體系的作用，促進(jìn)該模式推廣，推動(dòng)三北等地區(qū)可再生能源消納和大規(guī)模開發(fā)利用；三是，通過(guò)研究三北等可再生能源資源富集地區(qū)氫電耦合新模式的發(fā)展，促進(jìn)區(qū)域平衡與協(xié)同發(fā)展。

1 新型能源體系中的氫電耦合發(fā)展?jié)摿?/h2>

新型能源體系是以可再生能源為主體的清潔、低碳、安全、高效的能源系統(tǒng)，由于高比例可再生能源接入可能帶來(lái)的消納風(fēng)險(xiǎn)，能源體系需要通過(guò)技術(shù)、模式、業(yè)態(tài)等方面的創(chuàng)新，以保障能源的安全供給，氫電耦合是一個(gè)重要的創(chuàng)新方向。

1.1 新型能源體系中的可再生能源發(fā)展總體趨勢(shì)

當(dāng)前，碳減排已成為全球共識(shí)，各國(guó)相繼制定可再生能源主導(dǎo)的能源變革戰(zhàn)略，將可再生能源作為能源轉(zhuǎn)型的主要方向[2]。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，作為構(gòu)建新型電力體系的主力軍，可再生能源發(fā)展呈現(xiàn)出4個(gè)方面的主要趨勢(shì)：

(1)可再生能源將成為能源消費(fèi)增量主體，并逐步走向存量替代[3]。未來(lái)5年，可再生能源將成為能源消費(fèi)增量主體，逐步形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，基本建立適應(yīng)可再生能源多元化、市場(chǎng)化發(fā)展的政策和市場(chǎng)體系；在2035年～2050年期間，可再生能源將成為能源消費(fèi)總量主體，全部可再生能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到50%左右，占全社會(huì)用電量比重力爭(zhēng)達(dá)到70%左右[4]。

(2)通過(guò)技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、市場(chǎng)化配置資源，風(fēng)電、光伏發(fā)電成本快速下降。光伏方面，2015年，我國(guó)啟動(dòng)光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃，采取招標(biāo)優(yōu)選的競(jìng)爭(zhēng)性比選方式配置項(xiàng)目，并將光伏組件效率、電價(jià)等作為重要競(jìng)爭(zhēng)條件，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)光伏建設(shè)成本和上網(wǎng)電價(jià)的快速下降，預(yù)計(jì)在中長(zhǎng)期內(nèi)，光伏將成為我國(guó)上網(wǎng)電價(jià)最低的供電方式。風(fēng)電方面，技術(shù)進(jìn)步也推動(dòng)了市場(chǎng)化步伐的加速，2019年以來(lái)，新增核準(zhǔn)的集中式陸上和海上風(fēng)電項(xiàng)目均通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式配置和確定上網(wǎng)電價(jià)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式優(yōu)先建設(shè)補(bǔ)貼強(qiáng)度低、退坡幅度大、技術(shù)水平高的項(xiàng)目[5]。

(3)氫成為可再生能源發(fā)展的重要支撐，成為可再生能源向其他能源轉(zhuǎn)化的重要媒介。近年來(lái)，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，可再生能源制氫、燃料電池汽車、氫儲(chǔ)能等領(lǐng)域加速布局，相關(guān)技術(shù)水平快速提升，氫能已成為我國(guó)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。其中，綠氫對(duì)可再生能源電力的消納作用，正在成為可再生能源大規(guī)模高比例發(fā)展的重要支撐。

(4)降低發(fā)電成本是發(fā)展可再生能源制氫、實(shí)現(xiàn)氫電耦合的關(guān)鍵點(diǎn)。近年來(lái)，全球范圍內(nèi)可再生能源度電成本持續(xù)降低，國(guó)內(nèi)從2019年邁入可再生能源平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代。隨著風(fēng)電、光伏開發(fā)利用規(guī)模增大，度電成本會(huì)進(jìn)一步降低，從而降低電解制氫成本[6]。

1.2 氫電耦合促進(jìn)可再生能源規(guī)?；瘧?yīng)用

可再生能源具有明顯的分布不均和不穩(wěn)定生產(chǎn)的特征，氫能與電能的深度耦合恰恰能支撐更高份額的可再生能源電力的發(fā)展?？稍偕茉粗茪渑c氫儲(chǔ)運(yùn)、氫應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，有望使部分優(yōu)勢(shì)地區(qū)的可再生能源擺脫電網(wǎng)設(shè)施及消納條件的限制[7]。

氫電耦合系統(tǒng)推動(dòng)可再生能源終端應(yīng)用見圖1。從終端應(yīng)用來(lái)看，可再生能源制氫可提高靈活性，以適應(yīng)電力系統(tǒng)中不斷增加的可再生電力份額，下游產(chǎn)業(yè)的內(nèi)置存儲(chǔ)容量可起到緩沖作用，以便根據(jù)電力系統(tǒng)的需求，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氫氣產(chǎn)量，并可長(zhǎng)時(shí)間消納波動(dòng)性可再生能源，從而實(shí)現(xiàn)季節(jié)性存儲(chǔ)。

圖1 氫電耦合系統(tǒng)推動(dòng)可再生能源終端應(yīng)用

1.3 氫電耦合是能源體系創(chuàng)新發(fā)展方向

在能源系統(tǒng)的持續(xù)變革中，一些新模式、新業(yè)態(tài)的創(chuàng)新成為其發(fā)展的主流趨勢(shì)，新能源與儲(chǔ)能、新能源與氫能、可再生能源與終端智慧用能融合發(fā)展將不斷取得突破，而氫電耦合的發(fā)展，將引領(lǐng)能源體系創(chuàng)新發(fā)展的方向。與此同時(shí)，氫能與電能同屬二次能源，更容易耦合電能、熱能、燃料等多種能源，并與電能一起建立互聯(lián)互通的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)。制氫具有較好的擴(kuò)展性和運(yùn)行靈活性，氫氣有助于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)與工業(yè)、建筑和交通運(yùn)輸部門之間的產(chǎn)業(yè)互連，可提高靈活性，同時(shí)能夠促進(jìn)可再生能源與電力系統(tǒng)的整合[8]。

在氫電耦合形成的能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型中，主要包含電能鏈和氫能鏈2個(gè)部分，前者利用可再生能源的富余電力或低質(zhì)量電力電解水，進(jìn)而生產(chǎn)綠氫；后者則可以通過(guò)從水電解制氫(不同規(guī)模)、壓縮氫儲(chǔ)存到燃料電池電站的鏈條，再次轉(zhuǎn)化為電能[9]?；诳稍偕茉春蜌鋬?chǔ)能的氫電耦合系統(tǒng)見圖2。

圖2 基于可再生能源和氫儲(chǔ)能的氫電耦合系統(tǒng)

開展可再生能源制氫利用，可將豐水期富余水電、負(fù)荷低谷時(shí)段富余風(fēng)電、午間富余光伏發(fā)電等可再生能源轉(zhuǎn)化為氫能并存儲(chǔ)，促進(jìn)可再生能源主動(dòng)參與電網(wǎng)調(diào)峰，提升新能源利用效率。隨著電力現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)及鋪開，可再生能源富余時(shí)段直接反映為系統(tǒng)電價(jià)降低，提升電制氫的經(jīng)濟(jì)性[10]。

2 內(nèi)蒙古自治區(qū)氫電耦合發(fā)展形勢(shì)

2.1 政策支持現(xiàn)狀

2.1.1 自治區(qū)政策支持

近年來(lái)，內(nèi)蒙古自治區(qū)連續(xù)出臺(tái)諸多支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是綠氫開發(fā)的政策，主要有：

(1)2020年12月，內(nèi)蒙古自治區(qū)審議通過(guò)的《關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》指出，要大力發(fā)展新能源，推進(jìn)風(fēng)光等可再生能源高比例發(fā)展，壯大綠氫經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)大規(guī)模儲(chǔ)能示范應(yīng)用，打造風(fēng)光氫儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)集群。

(2)2022年2月，《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”氫能發(fā)展規(guī)劃》出臺(tái)，提出重點(diǎn)打造“一區(qū)、六基地、一走廊”的氫能產(chǎn)業(yè)布局，打造全國(guó)綠氫生產(chǎn)基地，到“十四五”末，內(nèi)蒙古計(jì)劃達(dá)成供氫能力160萬(wàn)t/a，綠氫占比超30%。

(3)2022年3月印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)全區(qū)風(fēng)電光伏新能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》要求，優(yōu)先支持市場(chǎng)化并網(wǎng)新能源項(xiàng)目，包括源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、工業(yè)園區(qū)可再生能源替代、火電靈活性改造促進(jìn)新能源消納利用、風(fēng)光制氫一體化示范等6類項(xiàng)目，均以落實(shí)消納能力作為新能源項(xiàng)目的申報(bào)條件。

(4)2022年3月，《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布，將氫能作為實(shí)現(xiàn)自治區(qū)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的重要途徑，實(shí)施綠氫經(jīng)濟(jì)工程，推進(jìn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)布局，建設(shè)國(guó)家綠氫生產(chǎn)應(yīng)用示范基地，打造能源發(fā)展新引擎。

(5)2022年9月，內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局印發(fā)《內(nèi)蒙古自治區(qū)關(guān)于碳達(dá)峰目標(biāo)下能源保障供應(yīng)的實(shí)施方案》提出，穩(wěn)步提升氫能綠色替代能力，推動(dòng)自治區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，鼓勵(lì)風(fēng)、光、氫、儲(chǔ)多能互補(bǔ)發(fā)展，推動(dòng)可再生能源電解水制氫項(xiàng)目有序落地。

2.1.2 部分自治區(qū)下轄盟、市政策

與此同時(shí)，內(nèi)蒙古自治區(qū)下轄多個(gè)盟、市的新能源建設(shè)項(xiàng)目中明確了配套制氫規(guī)模，主要有：

(1)包頭市發(fā)改委公告明確了風(fēng)電、光伏項(xiàng)目和氫能產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目需同步投產(chǎn)，嚴(yán)禁只建設(shè)風(fēng)光項(xiàng)目，氫能產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目不投產(chǎn)，為可再生能源制氫發(fā)展提供了巨大空間。

(2)鄂爾多斯市在2021年4月發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)方案(2022年—2024年)》，提出充分利用鄂爾多斯風(fēng)光等可再生能源資源，支撐以煤炭為主能源結(jié)構(gòu)向低碳零碳轉(zhuǎn)型，推動(dòng)鄂爾多斯朝著氫能裝備本地化、氫制產(chǎn)品綠色化、全產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化、關(guān)鍵技術(shù)自主化為一體的北疆綠氫城穩(wěn)步前進(jìn)。

(3)2022年6月出臺(tái)的《鄂爾多斯市“十四五”能源綜合發(fā)展規(guī)劃》提出，緊抓自治區(qū)打造千億綠氫產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展機(jī)遇，打造全國(guó)氫能生產(chǎn)應(yīng)用示范基地，推進(jìn)氫能與風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等一體化發(fā)展，科學(xué)合理安排風(fēng)電、光伏+儲(chǔ)能制氫建設(shè)規(guī)模，為氫燃料電池汽車規(guī)?；瘧?yīng)用提供穩(wěn)定綠氫來(lái)源，開拓可再生能源利用新業(yè)態(tài)。

(4)包頭市于2021年10月發(fā)布的《現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)基地“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出，“十四五”期間，加快氫氣制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、應(yīng)用一體化發(fā)展，在可再生能源建設(shè)集中區(qū)，采用風(fēng)、光、谷電制氫相結(jié)合的技術(shù)路線，建設(shè)百兆瓦級(jí)制氫儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目，擴(kuò)大可再生能源制氫規(guī)模；全面推進(jìn)達(dá)茂、固陽(yáng)風(fēng)電基地風(fēng)電電解水制氫，形成60萬(wàn)t/a電解水制氫能力，制氫設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)達(dá)到4 000 h。

2.2 氫電耦合資源與產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)

內(nèi)蒙古可再生能源資源豐富，風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量居全國(guó)首位，太陽(yáng)能資源屬我國(guó)最豐富的區(qū)域之一[11]。包頭、烏海、達(dá)拉特入選國(guó)家光伏領(lǐng)跑應(yīng)用基地，成為全國(guó)開展光伏領(lǐng)跑基地最多的省份。2019年，達(dá)拉特光伏獎(jiǎng)勵(lì)基地平均中標(biāo)電價(jià)0.275元/kW·h，開創(chuàng)了全國(guó)新能源發(fā)電低于燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價(jià)的先河。

近年來(lái)，內(nèi)蒙古可再生能源發(fā)展迅速，風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)占比快速提升。2021年，內(nèi)蒙古風(fēng)力發(fā)電量為900.6億kW·h，占比為15.13%；太陽(yáng)能發(fā)電量為140.9億kW·h，占比為2.37%；水力發(fā)電量為47.8億kW·h，占比為0.80%?？稍偕茉窗l(fā)電量的快速增長(zhǎng)，為綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

基于豐富的可再生能源資源和良好的可再生能源發(fā)展基礎(chǔ)，內(nèi)蒙古可再生能源制氫潛力巨大。“十四五”期間，內(nèi)蒙古規(guī)劃可再生能源新增裝機(jī)8 000萬(wàn)kW以上，占全部新增裝機(jī)的比重超過(guò)60%，成為新增裝機(jī)的主力?？稍偕茉窗l(fā)電裝機(jī)總量將達(dá)到1.35億kW以上，其中風(fēng)電8 900萬(wàn)kW，光伏發(fā)電4 500萬(wàn)kW，新能源裝機(jī)規(guī)模超過(guò)燃煤火電裝機(jī)規(guī)模，新能源發(fā)電量占自治區(qū)總發(fā)電量比重超過(guò)35%。內(nèi)蒙古具備發(fā)展新能源大規(guī)模制氫良好條件，現(xiàn)有潛在新能源制氫產(chǎn)能超過(guò)330萬(wàn)t。

氫能裝備方面，依托自身雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)和資源優(yōu)勢(shì)，內(nèi)蒙古擁有較為堅(jiān)實(shí)的氫能技術(shù)裝備制造基礎(chǔ)，聚集了一批資金雄厚、實(shí)力強(qiáng)勁的技術(shù)裝備企業(yè)[12]。目前，全區(qū)開展氫能前瞻技術(shù)研發(fā)的企業(yè)超過(guò)70家，企業(yè)的龍頭帶動(dòng)作用為全區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐。

2.3 綠電消納需求

當(dāng)前，我國(guó)前2批大型風(fēng)電光伏發(fā)電基地已陸續(xù)開工，第3批大基地項(xiàng)目已公布，風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源大規(guī)模、高比例開發(fā)時(shí)代正在來(lái)臨，而內(nèi)蒙古則是重點(diǎn)區(qū)域。與此同時(shí)，面對(duì)大規(guī)模可再生能源的開發(fā)，綠電消納問(wèn)題也將進(jìn)一步凸顯。

受儲(chǔ)能技術(shù)、上網(wǎng)政策和新能源電力消納政策的制約，內(nèi)蒙古風(fēng)光新能源的充分利用受到影響，風(fēng)電和光電產(chǎn)能利用率低，棄風(fēng)棄光等現(xiàn)象比較突出[13]?！笆濉逼陂g，內(nèi)蒙古風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總量占發(fā)電裝機(jī)總量的比例保持在22.5%～23.5%之間，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的比例卻一直保持在11.7%～12.7%之間；太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)總量占電力裝機(jī)總量的比例保持在5.7%～8.1%之間。從全國(guó)看這種情況也比較明顯，2020年全國(guó)風(fēng)能、光能的裝機(jī)占比在24%以上，但電力貢獻(xiàn)僅為9%左右。

消納問(wèn)題已成為新能源發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。隨著新能源裝機(jī)比重的提高，新能源發(fā)展瓶頸逐步由開發(fā)側(cè)制約轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消納能力制約，當(dāng)前面臨系統(tǒng)調(diào)峰能力不足、部分輸電通道受阻的問(wèn)題。2022年第1季度，蒙西地區(qū)風(fēng)電利用率89.2%，光伏利用率94.8%，新能源綜合利用率全國(guó)倒數(shù)第一。未來(lái)，隨著大規(guī)模新能源的并網(wǎng)，區(qū)內(nèi)新能源消納壓力將進(jìn)一步增大，而綠氫作為可再生能源的重要消納方式之一，在內(nèi)蒙古將擁有巨大的發(fā)展需求[14]。

2.4 氫電耦合市場(chǎng)應(yīng)用前景

在氫能應(yīng)用方面，內(nèi)蒙古煤炭及各類礦產(chǎn)資源豐富，重型柴油機(jī)車、礦用重型卡車、礦山機(jī)械保有數(shù)量位居全國(guó)前列，各類采運(yùn)礦車、物流車輛接近50萬(wàn)輛，均可考慮采用氫燃料電池車替代。鄂爾多斯市進(jìn)入國(guó)家燃料電池汽車示范應(yīng)用上海城市群名錄，主要實(shí)現(xiàn)燃料電池整車的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，重點(diǎn)構(gòu)建“中長(zhǎng)途+中重載”的應(yīng)用場(chǎng)景；包頭市列入了國(guó)家燃料電池汽車示范應(yīng)用廣東城市群，實(shí)現(xiàn)主要零部件研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及開展高寒地區(qū)的燃料電池汽車示范應(yīng)用的任務(wù)。

內(nèi)蒙古黑色冶煉行業(yè)規(guī)模較大，鐵合金產(chǎn)量全國(guó)第一，采用氫能替代煤炭作為還原劑，可實(shí)現(xiàn)冶金行業(yè)的低碳甚至零碳。此外，氫能還可應(yīng)用在建筑領(lǐng)域、農(nóng)牧邊區(qū)采暖、供電等方面，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，市場(chǎng)前景廣闊[15]。

3 內(nèi)蒙古自治區(qū)氫電耦合案例分析

緣于近年來(lái)支持政策的不斷出臺(tái)以及豐富的風(fēng)光資源、良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)和廣闊的市場(chǎng)前景，內(nèi)蒙古綠電制氫項(xiàng)目的探索正加快涌現(xiàn)。典型項(xiàng)目有鄂爾多斯市達(dá)拉特旗光儲(chǔ)氫車一體化項(xiàng)目，建設(shè)40萬(wàn)kW光伏電廠，配套建設(shè)8萬(wàn)kW·h儲(chǔ)能，建設(shè)約0.93萬(wàn)t/a光伏電解水制氫站；中國(guó)華能集團(tuán)有限公司在科爾沁右翼前旗開發(fā)的風(fēng)電儲(chǔ)高比例耦合綠電制氫示范項(xiàng)目，總裝機(jī)300萬(wàn)kW；達(dá)茂旗電投新未來(lái)能源有限公司在包頭達(dá)茂旗開發(fā)的40萬(wàn)kW風(fēng)光儲(chǔ)氫項(xiàng)目，風(fēng)電和光伏裝機(jī)均為20萬(wàn)kW，化學(xué)儲(chǔ)能3.5萬(wàn)kW·h，電解水制氫1.78萬(wàn)t/a；中石化新星內(nèi)蒙古綠氫新能源在烏審旗建設(shè)的31.95萬(wàn)kW風(fēng)光耦合制氫項(xiàng)目，風(fēng)電4.95萬(wàn)kW，光伏27萬(wàn)kW，制氫1萬(wàn)t/a。選取鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗納日松光伏制氫產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目和達(dá)茂旗20萬(wàn)kW新能源制氫工程示范項(xiàng)目進(jìn)行案例分析，研究在內(nèi)蒙古開發(fā)氫電耦合項(xiàng)目的可行性和開發(fā)路徑。

3.1 準(zhǔn)格爾旗納日松光伏制氫產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目

納日松光伏制氫產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目于2022年8月28日開工建設(shè)，是中國(guó)三峽新能源(集團(tuán))股份有限公司的首個(gè)制氫項(xiàng)目。項(xiàng)目位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗納日松鎮(zhèn)，包括光伏電站及制氫廠2部分，其中光伏電站總裝機(jī)規(guī)模為40萬(wàn)kW，年平均發(fā)電量為7.4億kW·h，建成后每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約23萬(wàn)t，減少二氧化碳排放約60萬(wàn)t；制氫廠總裝機(jī)規(guī)模為7.5萬(wàn)kW，包括15臺(tái)1 000 Nm3/h的堿性電解槽及1臺(tái)1 000 Nm3/h的備用堿性電解槽，生產(chǎn)年利用小時(shí)數(shù)為8 000 h，每年可生產(chǎn)氫氣約1萬(wàn)t，副產(chǎn)氧氣8.5萬(wàn)t。

建成后，項(xiàng)目總發(fā)電量的20%將直接輸送至當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，剩余80%則全部用于電解水制氫，所產(chǎn)出的氫氣和氧氣主要用于化工及交通領(lǐng)域。其中，制出的高純氫氣大部分通過(guò)新建的2 km輸氫管道直接輸送至下游合成氨工廠，剩余部分增壓后裝車運(yùn)輸至附近加氫站；所產(chǎn)氧氣一部分經(jīng)加壓后運(yùn)送至當(dāng)?shù)鼗て髽I(yè)，另一部分液化后裝車外送，提供給其他有需求的單位。

氫的儲(chǔ)運(yùn)是目前氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的主要瓶頸之一，而綠氫制綠氨是解決綠氫儲(chǔ)運(yùn)和消納的重要路徑。為此，納日松項(xiàng)目選擇在已有合成氨廠附近制氫，從而降低成本，打通氫能制—輸—用鏈條。該項(xiàng)目表明，在內(nèi)蒙古風(fēng)光資源富集區(qū)域開發(fā)電氫耦合已具備基本條件，同時(shí)，解決儲(chǔ)運(yùn)和下游應(yīng)用問(wèn)題，是項(xiàng)目開發(fā)的必要條件。

3.2 達(dá)茂旗20萬(wàn)kW新能源制氫工程示范項(xiàng)目

內(nèi)蒙古華電達(dá)茂旗20萬(wàn)kW新能源制氫工程示范項(xiàng)目于2022年5月發(fā)布光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、制氫設(shè)計(jì)中標(biāo)結(jié)果，計(jì)劃于2023年內(nèi)投產(chǎn)。

項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)總?cè)萘?0萬(wàn)kW，由風(fēng)光發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、制氫站及儲(chǔ)氫設(shè)施4部分組成，共建設(shè)風(fēng)電12萬(wàn)kW、光伏8萬(wàn)kW，電化學(xué)儲(chǔ)能2萬(wàn)kW·h，預(yù)計(jì)建成后風(fēng)電光伏年發(fā)電量5.52億kW·h。電解水制氫12 000 Nm3/h，采用100%綠電制氫，年制綠氫量7 800 t，可供20座規(guī)模為1 000 kg/d的加氫站使用，滿足約1 000輛燃料電池重型卡車需求。制氫站還根據(jù)風(fēng)光可再生能源出力波動(dòng)特點(diǎn)，采用堿性電解槽和質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽配套的技術(shù)路線，使用的PEM電解槽單體容量和總?cè)萘縿?chuàng)國(guó)內(nèi)之最。該項(xiàng)目在風(fēng)、光、儲(chǔ)、氫一體化方面進(jìn)行示范，是多能互補(bǔ)耦合制氫的探索。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

在雙碳目標(biāo)下，可再生能源和氫能的發(fā)展正在成為能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的主要方向。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步、規(guī)模的快速增長(zhǎng)，可再生能源將助推電解制氫降本，助推電解水制氫走向主流，可再生能源制氫與氫儲(chǔ)能將促進(jìn)可再生能源電力在終端應(yīng)用。在這一趨勢(shì)下，氫電耦合將促進(jìn)可再生能源規(guī)?；瘧?yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與氫網(wǎng)等綜合能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。因此，氫電耦合是我國(guó)構(gòu)建新型能源體系的重要途徑之一。

同時(shí)，內(nèi)蒙古地區(qū)基于優(yōu)越的資源條件、良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和政策環(huán)境，發(fā)展氫電耦合具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。氫電耦合在內(nèi)蒙古地區(qū)的布局，有助于當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)的快速轉(zhuǎn)型，加快將當(dāng)?shù)仫L(fēng)、光資源轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)力，并為我國(guó)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提供豐富的氫源。此外，還有助于對(duì)同樣風(fēng)光資源富集的區(qū)域形成示范，推廣氫電耦合模式。

準(zhǔn)格爾旗和達(dá)茂旗的案例表明，在目前所處的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，將綠電-綠氫-綠氨進(jìn)行結(jié)合，或者將可再生能源制氫與下游交通等應(yīng)用緊密結(jié)合，打通氫能產(chǎn)業(yè)鏈各關(guān)節(jié)，從而降低儲(chǔ)運(yùn)成本，是重要的發(fā)展模式和路徑。

4.2 建議

通過(guò)對(duì)氫電耦合助力構(gòu)建新型能源體系的研究，本文提出如下建議：

(1)可再生能源與氫能融合發(fā)展布局。從多能互補(bǔ)的角度，我國(guó)應(yīng)大力開展可再生能源與氫能融合發(fā)展建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“兩中心、三基地”，即京津冀氫能應(yīng)用負(fù)荷中心、東部沿海氫能應(yīng)用負(fù)荷中心、東南海上風(fēng)電制氫基地、西南地區(qū)棄水發(fā)電制氫基地、三北地區(qū)風(fēng)光氫儲(chǔ)綜合能源基地的建設(shè)布局。

(2)風(fēng)光氫高比例耦合技術(shù)及產(chǎn)業(yè)推廣。科技專項(xiàng)重點(diǎn)研究三北地區(qū)風(fēng)能、光能與氫能技術(shù)耦合，將低成本新能源電力轉(zhuǎn)化為氫能，提高新能源綜合利用效率，為推動(dòng)形成綠電+綠氫能源基地提供技術(shù)指引，同時(shí)落地產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)減排作用明顯的氫能技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。

(3)開展氫能制儲(chǔ)加一體化可研示范。開展制氫站內(nèi)配套氫氣純化、氣體壓縮及氫氣儲(chǔ)罐，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電與制氫、儲(chǔ)氫、加氫深度結(jié)合，形成氫能制儲(chǔ)加一體化示范，助力提升新能源消納，帶動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

(4)推動(dòng)交通領(lǐng)域風(fēng)光+綠氫體系項(xiàng)目孵化。以氫燃料汽車為主的交通用能體系，可最大程度實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，改善生態(tài)環(huán)境，氫燃料汽車可有效解決電動(dòng)汽車在寒冷地區(qū)續(xù)航里程縮短、重載動(dòng)力性下降等問(wèn)題，為氫燃料產(chǎn)業(yè)在各領(lǐng)域的大規(guī)模發(fā)展奠定基礎(chǔ)。內(nèi)蒙古應(yīng)著力推動(dòng)建立呼包鄂烏氫能重卡替代，結(jié)合氫能重卡用氫需求耦合測(cè)算風(fēng)光配套容量和耦合方式，通過(guò)綠氫低價(jià)制取帶動(dòng)氫燃料和高端制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過(guò)模型優(yōu)化提高可再生能源與氫儲(chǔ)能耦合比例。

(5)在化工領(lǐng)域提出綠氫對(duì)灰氫部分替代的解決方案。氫氣是煤化工產(chǎn)業(yè)的主要原料之一，當(dāng)前主要通過(guò)煤制氫獲取，伴隨大量二氧化碳排放。以風(fēng)光等可再生能源制氫作為氫源，可實(shí)現(xiàn)煤化工中對(duì)灰氫的清潔化替代，減少環(huán)境污染和煤炭消耗。