梁才浩：電氫碳協(xié)同促進(jìn)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(jì)技術(shù)研究院規(guī)劃處處長(zhǎng)梁才浩：電氫碳協(xié)同的新能源基地開(kāi)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(lái)，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(shí)間尺度的零碳或者低碳的靈活調(diào)節(jié)資源，以實(shí)現(xiàn)綠電的穩(wěn)定可靠供應(yīng)。另一方面也是推動(dòng)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(jìn)綠電消納，同時(shí)促進(jìn)綠色低碳的發(fā)展。

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

碳耦合協(xié)同推進(jìn)新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)模式是外送電力，電氫碳協(xié)同開(kāi)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(gè)關(guān)鍵的設(shè)定：一，新能源基地要整體實(shí)現(xiàn)零碳或者碳排放應(yīng)全部重新利用。二，基地要自身解決靈活調(diào)節(jié)問(wèn)題，不考慮本地大電網(wǎng)給它提供調(diào)節(jié)。對(duì)于產(chǎn)品不是甲醇的模式，主要通過(guò)儲(chǔ)氫和氫發(fā)電來(lái)提供長(zhǎng)期調(diào)節(jié)。對(duì)于含有甲醇的模式，由基地配套的煤電來(lái)提供長(zhǎng)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(shí)序生產(chǎn)模擬的電氫氨醇聯(lián)產(chǎn)優(yōu)化規(guī)劃模型，實(shí)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(shè)備的最佳配置容量。

考慮到產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力是這個(gè)模式成功的關(guān)鍵，我們以中國(guó)北部某地為例，做了全年8760小時(shí)的生產(chǎn)運(yùn)行模擬，對(duì)三種模式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，以及未來(lái)水平年的預(yù)測(cè)。對(duì)于有電力外送的模式，我們還設(shè)定了外送通道的利用小時(shí)數(shù)不低于5000小時(shí)，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(duì)新能源基地又提出了更高的要求。

看一下測(cè)算的結(jié)果。對(duì)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(jī)，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(kāi)發(fā)。當(dāng)前測(cè)算下來(lái)的發(fā)電成本大概是4毛/度，相對(duì)比較高，但是送出的是穩(wěn)定可靠的綠電。預(yù)計(jì)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(chǔ)能需求?？傮w來(lái)看，當(dāng)前到2030年，綠氫相對(duì)煤制藍(lán)氫將逐步具備競(jìng)爭(zhēng)力。2040年以后價(jià)格優(yōu)勢(shì)就比較明顯了。當(dāng)前因?yàn)楹铣砂笔莿傂缘纳a(chǎn)過(guò)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(chǔ)能儲(chǔ)氫以及氫發(fā)電以提供短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)的靈活性。未來(lái)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(yīng)用，生產(chǎn)過(guò)程就可以更好地跟風(fēng)光出力相匹配，大幅降低儲(chǔ)能儲(chǔ)氫需求。測(cè)算下來(lái)當(dāng)前綠氨成本在3700元/噸左右，與國(guó)內(nèi)合成氨市場(chǎng)價(jià)格相當(dāng)，下游應(yīng)用以生產(chǎn)化肥為主。預(yù)計(jì)到2030年綠氨成本可以降至2000元/噸，可以實(shí)現(xiàn)綠氨規(guī)?；膽?yīng)用。2040年以后，成本進(jìn)一步降低，綠氨能夠在能源領(lǐng)域得到更大規(guī)模的應(yīng)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(zhǎng)期的調(diào)節(jié)能力，跟電制氨類似，目前因?yàn)橹拼家彩且粋€(gè)剛性的生產(chǎn)過(guò)程，未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵也是應(yīng)用柔性的制醇技術(shù)。如果采用富氧燃燒碳捕集技術(shù)，可以降低甲醇制取成本，可以提前2～3年具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。測(cè)算下來(lái)當(dāng)前綠色甲醇的成本大概3500元/噸，高于市場(chǎng)價(jià)格，到2030年有望降至2400元/噸，初步具備競(jìng)爭(zhēng)力，2040年以后競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步增強(qiáng)，成為最具經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)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?cè)O(shè)置了四種送電和制氫不同的配置比例進(jìn)行了對(duì)比，隨著制氫負(fù)荷占比的提高，因?yàn)殡娭茪涞恼{(diào)節(jié)作用發(fā)揮，基地儲(chǔ)能配置的需求會(huì)減少，相應(yīng)的發(fā)電和制氫成本也會(huì)降低。氫發(fā)電的規(guī)模主要受外送電力和風(fēng)光出力的季節(jié)性不平衡影響，受制氫負(fù)荷占比的影響比較小。測(cè)算下來(lái)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(kāi)始具備一定的經(jīng)濟(jì)性。

電氨并舉的模式，測(cè)算下來(lái)當(dāng)前的綠氨成本大概4000元/噸左右，略高于市場(chǎng)價(jià)格。預(yù)計(jì)到2030年可以降至2800元/噸，同時(shí)生產(chǎn)銷售電和氨可以取得比較良好的經(jīng)濟(jì)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(shù)，可以降低醇的成本，提前3～5年具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)前制取甲醇的成本是3700元/噸左右，預(yù)計(jì)到2030年可以降至2800元/噸，同時(shí)生產(chǎn)電和醇也會(huì)開(kāi)始具備經(jīng)濟(jì)效益。

以上就是我們對(duì)三種比較理想的模式進(jìn)行的不同水平年的分析預(yù)測(cè)，從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，隨著柔性工藝的發(fā)展，氫氨醇制取的負(fù)荷靈活性增加，2030年以后三種模式都有望具備經(jīng)濟(jì)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。