梁才浩：電氫碳協(xié)同促進新能源高質(zhì)量發(fā)展

全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織經(jīng)濟技術研究院規(guī)劃處處長梁才浩：電氫碳協(xié)同的新能源基地開發(fā)思路，就是將綠電、綠氫以及綠色氫基產(chǎn)品與二氧化碳的減排和利用結(jié)合起來，形成新能源基地靈活資源就近協(xié)同、電氫氨醇多措并舉、上下游產(chǎn)業(yè)共同發(fā)力的新發(fā)展模式，一方面為基地提供全時間尺度的零碳或者低碳的靈活調(diào)節(jié)資源，以實現(xiàn)綠電的穩(wěn)定可靠供應。另一方面也是推動傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)的降碳和氫基產(chǎn)業(yè)的培育，以促進綠電消納，同時促進綠色低碳的發(fā)展。

我們提出了一個比較新的技術設想，利用電制氫的副產(chǎn)氧氣來給煤做富氧的燃燒，降低碳捕集成本，同時降低煤電深度調(diào)峰的能力。

碳耦合協(xié)同推進新能源大規(guī)模開發(fā)模式是外送電力，電氫碳協(xié)同開發(fā)的主要模式，根據(jù)產(chǎn)品形式和協(xié)同方式的不同，主要分為以下三種：模式一，僅外送電力;模式二，僅生產(chǎn)綠色氫基產(chǎn)品;模式三，外送電力+生產(chǎn)綠色氫基產(chǎn)品。

我們這里做了兩個關鍵的設定：一，新能源基地要整體實現(xiàn)零碳或者碳排放應全部重新利用。二，基地要自身解決靈活調(diào)節(jié)問題，不考慮本地大電網(wǎng)給它提供調(diào)節(jié)。對于產(chǎn)品不是甲醇的模式，主要通過儲氫和氫發(fā)電來提供長期調(diào)節(jié)。對于含有甲醇的模式，由基地配套的煤電來提供長期調(diào)節(jié)，并且煤電排放的二氧化碳要全部再次利用。

我們建立了基于全景時序生產(chǎn)模擬的電氫氨醇聯(lián)產(chǎn)優(yōu)化規(guī)劃模型，實現(xiàn)全系統(tǒng)電、氫、碳、氧等能源和物質(zhì)的耦合以及統(tǒng)籌優(yōu)化，給出各設備的最佳配置容量。

考慮到產(chǎn)品的競爭力是這個模式成功的關鍵，我們以中國北部某地為例，做了全年8760小時的生產(chǎn)運行模擬，對三種模式的經(jīng)濟性進行了分析，以及未來水平年的預測。對于有電力外送的模式，我們還設定了外送通道的利用小時數(shù)不低于5000小時，送電曲線按照不增加受端電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力的原則擬定。對新能源基地又提出了更高的要求。

看一下測算的結(jié)果。對于僅外送電力的模式1，我們發(fā)現(xiàn)電制氫搭配1.5倍電解槽規(guī)模的氫發(fā)電裝機，可以支撐3倍電解槽規(guī)模的電力外送和9～10倍電解槽規(guī)模的新能源開發(fā)。當前測算下來的發(fā)電成本大概是4毛/度，相對比較高，但是送出的是穩(wěn)定可靠的綠電。預計到2030、2040、2050年發(fā)電成本有望分別降至3毛、2毛和1.5毛以下。

模式2，在僅生產(chǎn)綠氫的情況下，制取相同規(guī)模的綠氫需要配3倍電解槽規(guī)模的新能源，如果電解槽的調(diào)節(jié)能力能夠提升，每提升1%可以降低2%～3%的儲能需求?？傮w來看，當前到2030年，綠氫相對煤制藍氫將逐步具備競爭力。2040年以后價格優(yōu)勢就比較明顯了。當前因為合成氨是剛性的生產(chǎn)過程，而且電制氫的調(diào)節(jié)能力有限，所以目前需要大量地配置儲能儲氫以及氫發(fā)電以提供短時和長時的靈活性。未來隨著電制氫調(diào)節(jié)能力提高以及柔性合成氨工藝的發(fā)展應用，生產(chǎn)過程就可以更好地跟風光出力相匹配，大幅降低儲能儲氫需求。測算下來當前綠氨成本在3700元/噸左右，與國內(nèi)合成氨市場價格相當，下游應用以生產(chǎn)化肥為主。預計到2030年綠氨成本可以降至2000元/噸，可以實現(xiàn)綠氨規(guī)?；膽?。2040年以后，成本進一步降低，綠氨能夠在能源領域得到更大規(guī)模的應用。

模式2，生產(chǎn)綠色甲醇的情況下，我們是由火電提供合成甲醇所需的碳元素以及長期的調(diào)節(jié)能力，跟電制氨類似，目前因為制醇也是一個剛性的生產(chǎn)過程，未來發(fā)展的關鍵也是應用柔性的制醇技術。如果采用富氧燃燒碳捕集技術，可以降低甲醇制取成本，可以提前2～3年具備市場競爭力。測算下來當前綠色甲醇的成本大概3500元/噸，高于市場價格，到2030年有望降至2400元/噸，初步具備競爭力，2040年以后競爭力進一步增強，成為最具經(jīng)濟競爭力的合成甲醇方式。

模式3，外送電力+生產(chǎn)產(chǎn)品并舉，一是電氫并舉，我們設置了四種送電和制氫不同的配置比例進行了對比，隨著制氫負荷占比的提高，因為電制氫的調(diào)節(jié)作用發(fā)揮，基地儲能配置的需求會減少，相應的發(fā)電和制氫成本也會降低。氫發(fā)電的規(guī)模主要受外送電力和風光出力的季節(jié)性不平衡影響，受制氫負荷占比的影響比較小。測算下來到2030年，發(fā)電成本大概0.21～0.26元/度，制氫成本14～21元/公斤，開始具備一定的經(jīng)濟性。

電氨并舉的模式，測算下來當前的綠氨成本大概4000元/噸左右，略高于市場價格。預計到2030年可以降至2800元/噸，同時生產(chǎn)銷售電和氨可以取得比較良好的經(jīng)濟效益。

電醇并舉的模式，我們也是利用制氫副產(chǎn)氧和富氧燃燒的碳捕集技術，可以降低醇的成本，提前3～5年具備市場競爭力。當前制取甲醇的成本是3700元/噸左右，預計到2030年可以降至2800元/噸，同時生產(chǎn)電和醇也會開始具備經(jīng)濟效益。

以上就是我們對三種比較理想的模式進行的不同水平年的分析預測，從計算結(jié)果來看，隨著柔性工藝的發(fā)展，氫氨醇制取的負荷靈活性增加，2030年以后三種模式都有望具備經(jīng)濟性，但是生產(chǎn)不同產(chǎn)品的效益差異比較大，從整體效益最大化以及產(chǎn)品多樣化角度，模式3是一種比較好的選擇。