《河北:发展风光耦合发电制氢等可再生能源与电解水制氢一体化技术》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-05-23
  • 近日,河北省工信厅等6部门联合印发《关于加快推动清洁能源装备产业发展的实施方案》(以下简称《方案》)。

    一、总体要求

    (二)主要目标

    到2025年,清洁能源装备产业创新能力取得突破,在风电、光伏、氢能及储能装备等重点领域,建成2-3个省级以上企业技术中心和工程研究中心等研发平台。企业研发投入持续增加,研发经费投入占营业收入比例达到2%以上。清洁能源装备产业规模较快增长,形成年产1500万千瓦以上风电整机及其零部件、5500万千瓦以上太阳能电池及组件生产能力。清洁能源装备制造业产值达到1000亿元以上。

    到2030年,清洁能源装备产业综合实力明显提升,形成与国内外新能源需求相适应的产业规模,清洁能源装备制造业产值达到1500亿元以上。培育形成若干具有国际领先水平的清洁能源装备企业,学科建设和人才培养体系健全。清洁能源装备产业成为推动实现碳达峰碳中和的关键力量。

    二、重点领域和主要任务

    (四)氢能装备产业。重点发展氢燃料发动机系统,积极发展风光耦合发电制氢等可再生能源与电解水制氢一体化技术,推动国产碱性电解水制氢技术大型化和纯水电解制氢技术自主化、规模化发展。突破大容量管束集装箱氢气储存、高压IV型储氢瓶材料、制造技术瓶颈,大幅提升氢气储运压力和储氢密度。探索低温液态储运、有机液态储运方式,重点研发液态储氢技术及装备。加快推进关键材料、核心零部件、系统集成的技术突破,增强电解槽、电堆、膜电极、质子交换膜、催化剂、双极板、碳纸、空气压缩机、氢气循环系统、氢气引射器、增湿器等关键环节的自主产业化能力,有效提升燃料电池功率、耐久性以及综合效率等产品性能。

    (五)储能装备产业。重点发展超长寿命、高安全性、具有良好循环稳定性和倍率性能的锂离子电池储能技术,研发固态电池、钠离子电池、全钒液流电池、氢储能/燃料电池等新型电池,鼓励电池回收及梯次利用。开展大容量压缩空气储能示范,推进装备制造与技术产业化。探索开展相变储能、储热、储冷等技术研发和应用。承德依托钒钛资源优势,吸引国内龙头电池产业链上下游企业落户,布局储能产业,打造国家级钒储能应用示范区。唐山依托动力电池、储能电池产业链优势,进一步强化储能装备配套产业,打造电化学储能装备生产制造基地。积极推进储能重点项目建设,实现储能产业上下游协同创新共同发展。

    三、提升创新能力,夯实产业基础

    (一)突破一批关键核心技术。发挥各产业龙头企业、科技领军企业引领支撑作用,支持企业牵头组建创新联合体,促进新技术快速大规模应用和迭代升级。鼓励优势企业加大研发投入,突破风电、光伏、氢能、核电、燃气轮机、输变电等领域关键技术,解决一批“卡脖子”和“杀手锏”技术问题。

    (二)建设一批创新平台。鼓励龙头企业争创省级工程研究中心、技术创新中心、工程实验室、企业技术中心、工业设计中心和科技企业孵化器,争取若干国家级创新平台,推进科技中介机构提升服务能力和水平,支持建设一批产业技术创新联盟和公共技术服务平台。

    (三)推动一批成果转化。引导工业设计、绿色制造、智能制造等创新要素向清洁能源装备行业集聚,加快光伏、风电、氢能等研发成果产业化进度,推动产业链上下游协同创新,推进优秀工业设计和科技成果转化应用。

    (四)加强标准制修订。围绕新型储能、氢能、特高压交直流装备、智能配电网装备、清洁能源装备能效等领域,鼓励我省企事业单位积极主持或参与国际标准、国家标准、行业标准制修订。按照《河北省标准化资助管理办法》,对我省主持制修订清洁能源装备相关标准的企业或团体进行资助。

    原文如下:

    关于联合印发《关于加快推动清洁能源装备产业发展的实施方案》的通知

    各市(含定州、辛集市)人民政府,雄安新区管委会:

    为进一步贯彻落实《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》,省工业和信息化厅、省发展改革委、省教育厅、省科学技术厅、人行石家庄中心支行、河北银保监局共同制定了《关于加快推动清洁能源装备产业发展的实施方案》,已经省政府同意,现印发给你们,请结合实际认真贯彻落实。

    河北省工业和信息化厅 河北省发展和改革委员会

    河北省教育厅 河北省科学技术厅

    中国人民银行石家庄中心支行 中国银行保险监督管理

    委员会河北监管局

    2023年5月4日

    关于加快推动清洁能源装备产业发展的实施方案

    清洁能源装备是指发电不排放污染物,能够直接用于生产生活的能源装备,是绿色能源技术的载体,是为能源工业提供技术装备的战略性、基础性、朝阳性产业,是装备制造业的重要组成部分,主要包括风电装备、光伏装备、核电装备、氢能装备、储能装备、输变电装备和其他清洁能源装备等。为贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰碳中和的重大决策部署,全面落实工业和信息化部、教育部、科学技术部、中国人民银行、中国银行保险监督管理委员会、国家能源局《关于推动能源电子产业发展的指导意见》(工信部联电子〔2022〕181号),深入推进我省清洁能源装备产业高质量发展,制定本实施方案。

    一、总体要求

    (一)指导思想

    以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻落实党的二十大精神,认真落实省委十届三次全会和省委经济工作会议部署,立足新发展阶段,完整、准确、全面贯彻新发展理念,坚持市场主导、政策支持,统筹规划、融合发展,创新驱动、开放合作,安全高效、持续发展,加快实施创新驱动发展战略,积极推动发展方式绿色转型,以推动高质量发展为主题,以推进清洁能源装备供给侧结构性改革为主线,以绿色低碳科技创新为驱动,推动全省清洁能源装备融合集群发展,构建新的增长引擎,为实现碳达峰碳中和目标作出河北重要贡献。

    (二)主要目标

    到2025年,清洁能源装备产业创新能力取得突破,在风电、光伏、氢能及储能装备等重点领域,建成2-3个省级以上企业技术中心和工程研究中心等研发平台。企业研发投入持续增加,研发经费投入占营业收入比例达到2%以上。清洁能源装备产业规模较快增长,形成年产1500万千瓦以上风电整机及其零部件、5500万千瓦以上太阳能电池及组件生产能力。清洁能源装备制造业产值达到1000亿元以上。

    到2030年,清洁能源装备产业综合实力明显提升,形成与国内外新能源需求相适应的产业规模,清洁能源装备制造业产值达到1500亿元以上。培育形成若干具有国际领先水平的清洁能源装备企业,学科建设和人才培养体系健全。清洁能源装备产业成为推动实现碳达峰碳中和的关键力量。

    二、重点领域和主要任务

    (一)风电装备产业。重点发展高参数、高可靠性大型风电机组及大功率永磁直驱发电机、齿轮增速器等关键部件,加快发展超长低风速叶片、塔筒及海上升压站等产品,吸引风电装备上下游产业链布局,壮大风电装备配套能力。紧随海上风电发展趋势,研发制造海上风电设备安装平台,开发风电安装吊索工具及起吊装备,提升风电安装能力和水平。

    (二)光伏装备产业。推进保定新能源及能源装备基地、邢台光伏新型工业化示范基地建设,培育壮大唐山光伏发电装备基地。引导企业加快关键生产设备及工艺更新,提升大容量高效单晶炉、多线切割机等光伏专用装备技术水平,积极开发全自动光伏组件生产线等生产装备,培育引进智能逆变器、控制器等关键部件生产企业;加快发展高纯硅料和大尺寸硅片技术,推动钝化发射极和背面电池(PERC)、多主栅(MBB)、N型倍秀(Bycium)电池技术等高效电池技术的规模化量产;开发光伏电站系统智能清洗机器人、智能巡检无人机等产品,发展具有光伏电站运行监测数据采集、监控、故障检测、处理等功能的智能光伏发电监控系统。

    (三)核电装备产业。重点发展CAP1000/CAP1400蒸汽发生器、“华龙一号”蒸汽发生器、高温气冷堆蒸汽发生器等优势产品;支持核级管道装备优势企业借助大型挤压设备,加快研发主蒸汽超级管道、快堆管道、裤型三通等核级铸锻件产品;引导优势阀门企业依托核电站核级风阀产品优势,加大研发投入,拓展核电产品,提升核电装备配套能力;推进氢硼可控核聚变实验路径探索。

    (四)氢能装备产业。重点发展氢燃料发动机系统,积极发展风光耦合发电制氢等可再生能源与电解水制氢一体化技术,推动国产碱性电解水制氢技术大型化和纯水电解制氢技术自主化、规模化发展。突破大容量管束集装箱氢气储存、高压IV型储氢瓶材料、制造技术瓶颈,大幅提升氢气储运压力和储氢密度。探索低温液态储运、有机液态储运方式,重点研发液态储氢技术及装备。加快推进关键材料、核心零部件、系统集成的技术突破,增强电解槽、电堆、膜电极、质子交换膜、催化剂、双极板、碳纸、空气压缩机、氢气循环系统、氢气引射器、增湿器等关键环节的自主产业化能力,有效提升燃料电池功率、耐久性以及综合效率等产品性能。

    (五)储能装备产业。重点发展超长寿命、高安全性、具有良好循环稳定性和倍率性能的锂离子电池储能技术,研发固态电池、钠离子电池、全钒液流电池、氢储能/燃料电池等新型电池,鼓励电池回收及梯次利用。开展大容量压缩空气储能示范,推进装备制造与技术产业化。探索开展相变储能、储热、储冷等技术研发和应用。承德依托钒钛资源优势,吸引国内龙头电池产业链上下游企业落户,布局储能产业,打造国家级钒储能应用示范区。唐山依托动力电池、储能电池产业链优势,进一步强化储能装备配套产业,打造电化学储能装备生产制造基地。积极推进储能重点项目建设,实现储能产业上下游协同创新共同发展。

    (六)输变电装备产业。发展大容量、超高压、组合化、无油化、智能化、抗短路、高可靠和免维护输变电设备,提升系统集成能力。以智能电网装备为主导,围绕发电、输变电、配电、用电和调度等各环节,重点发展新能源并网及控制设备、快速充电设备、大容量储能设备、智能输变电设备、智能配用电设备等。

    (七)其他清洁能源装备产业。加快发展重型燃气轮机和热端透平组件等核心零部件;吸引国内水电装备龙头企业在我省布局,重点发展冲击式水轮机、反击式水轮机和轴承、叶片、阀门等水轮机上游核心零部件,加大可变速抽水蓄能及海水抽水蓄能等小水电装备研发力度。

    三、提升创新能力,夯实产业基础

    (一)突破一批关键核心技术。发挥各产业龙头企业、科技领军企业引领支撑作用,支持企业牵头组建创新联合体,促进新技术快速大规模应用和迭代升级。鼓励优势企业加大研发投入,突破风电、光伏、氢能、核电、燃气轮机、输变电等领域关键技术,解决一批“卡脖子”和“杀手锏”技术问题。

    (二)建设一批创新平台。鼓励龙头企业争创省级工程研究中心、技术创新中心、工程实验室、企业技术中心、工业设计中心和科技企业孵化器,争取若干国家级创新平台,推进科技中介机构提升服务能力和水平,支持建设一批产业技术创新联盟和公共技术服务平台。

    (三)推动一批成果转化。引导工业设计、绿色制造、智能制造等创新要素向清洁能源装备行业集聚,加快光伏、风电、氢能等研发成果产业化进度,推动产业链上下游协同创新,推进优秀工业设计和科技成果转化应用。

    (四)加强标准制修订。围绕新型储能、氢能、特高压交直流装备、智能配电网装备、清洁能源装备能效等领域,鼓励我省企事业单位积极主持或参与国际标准、国家标准、行业标准制修订。按照《河北省标准化资助管理办法》,对我省主持制修订清洁能源装备相关标准的企业或团体进行资助。

    四、壮大龙头企业,打造河北品牌

    (一)培育领军企业。加大清洁能源装备行业制造业“单项冠军”企业、“小巨人”企业、“专精特新”中小企业培育力度,引导“专精特新”中小企业成长为“小巨人”企业、“小巨人”企业成长为单项冠军企业。积极培育上市企业,重点培育一批潜力企业,通过政策扶持、协调服务、转型升级、“一企一策”等措施,推动企业向10亿、50亿、100亿级目标跃升。

    (二)扶持企业成长。支持清洁能源装备领域科技型中小企业进入高新技术企业后备培育库,对入库企业建档立卡,对标质量标准,组织省市县三级开展联合帮扶,推动相关企业尽快达到高新技术企业标准,通过认定后享受高新技术企业税收优惠政策。对发展态势良好的企业,在技术研发、产品产业化、扩产升级等技术转化不同阶段,从企业创新能力平台建设、项目建设配套条件配置、建设资金协调等不同方面,进行重点支持,促进企业快速成长。

    (三)强化品牌培育。加大清洁能源装备领域质量品牌标杆培育力度,强化品牌宣传推广,助力打造具有国际竞争力的中国品牌。

    五、推动企业集聚,打造产业生态

    (一)优化产业布局。保定市以“电力及新能源高端装备集群”入选国家先进制造业集群为契机,开展强链补链、对标对表和数智赋能行动,打造“中国电谷”升级版。张家口、承德依托风能、太阳能等资源优势,引进风电装备关键零部件企业,加快风电装备产业园建设,打造中国北方陆上风机生产制造服务基地和氢能示范应用基地。石家庄、邢台、邯郸等太行山脉重点打造太行山脉“光伏+储能”规模化应用和装备制造区。唐山、秦皇岛和沧州等依托海洋和港口资源优势,重点打造沿海“清洁能源(风电、核电、燃气轮机)+储能”装备制造基地。

    (二)提升集群能级。推动丰宁、张北风电新能源产业集群、任丘市电力设备制造产业集群、宁晋县光伏产业集群、曹妃甸清洁能源装备集群、邯郸冀南新区风电装备产业集群等提高基础设施建设水平,提升在水、电、气、暖、交通等方面的配套能力;完善检验检测等公共服务平台;引导鼓励清洁能源装备项目在集群中集中建设,提高产业集中度。

    (三)打造产业生态。充分发挥我省钢铁、化工等产业优势,推进清洁能源装备产业向上游原材料延伸拓展,在轴承、塔筒、叶片、法兰、储氢瓶、光伏硅片、蒸汽发生器、热端透平组件、碳纤维、树脂等关键零部件和化工产品方面加大研发和产业化应用力度;推动清洁能源装备产业延链、补链、强链各环节项目建设,积极搭建产业链上、中、下游供需对接平台,在风电装备、氢能装备、核电装备等领域新上一批技术先进、产业链长的重大项目,逐步完善产业链条,打造产业生态,提升行业发展潜力和整体竞争力。

    六、拓展应用市场,推进开放合作

    (一)推进分布式风电光伏电站建设。积极推进乡村分散式风电开发,依托沿海资源优势,推动超大型海上风电装备应用。支持农村利用自有建筑屋顶建设户用光伏,推动工业企业、园区加快发展分布式光伏电站。推动太阳能与既有和新建建筑深度融合发展,完善光伏建筑一体化技术体系。

    (二)推广多能互补示范应用。张家口、承德等市利用现有资源优势,推广风电+智能微电网、光伏+智能微电网等模式,推进源网荷储一体化和多能互补,培育风电+、光伏+等多种应用新模式新业态,加快多层级多时间尺度多能互补协同优化。

    (三)加强与京津的协同发展。借力京津冀协同发展战略和雄安新区大规模建设,搭建创新交流合作平台,鼓励省内清洁能源装备企业与京津高新技术企业、科研院所的交流合作,推动行业先进技术和重点项目在河北落地。

    (四)强化重大项目合作。推进央企与河北协议项目开工建设、投产达效,进一步加强沟通、衔接,争取更多央企投资重大项目落地。加强与境内外大集团、大公司、大院所等的紧密联系,加大清洁能源装备产业链招商引资力度,下大力引进战略投资者,跟进引入配套产业。

    七、强化统筹协调,确保落地见效

    (一)加强组织领导。成立由省相关部门组建的工作专班,健全工作机制,细化落实措施,完善统计体系和配套政策,统筹推进清洁能源装备产业高质量发展。各市结合当地发展现状,积极推动重点项目落地。发挥清洁能源装备行业各专业委员会作用,提供咨询指导,推动行业交流和合作。

    (二)强化要素保障。推动各地统筹推进新能源开发与装备制造业发展,优先支持新能源开发与装备制造一体化建设。鼓励优势企业开展大型新能源“源网荷储”协同互动示范项目建设。在符合相关规划的前提下,统筹优化用地、用能、环保等要素配置,优先保障新能源装备制造重大项目建设。

    (三)落实财税金融政策。积极争取国家重大专项资金支持,落实研发费用加计扣除和首台套重大技术装备保险补偿机制。发挥政府引导基金作用,积极引入社会资本,形成省市协调联动的股权投资体系,鼓励各市县项目基金向清洁能源装备领域倾斜;组织开展银企对接,对能源装备项目给予信贷支持,引导和支持社会资金进入清洁能源装备制造投资领域。

    (四)全面加强人才培养。加强清洁能源装备人才队伍建设,完善从研发、转化、生产到管理的多元化、多层次培养体系。优化人才评价和激励制度,畅通人才流动渠道,加强职业教育和普通教育相互沟通、职前教育和职后教育有效衔接。创新人才培养模式,鼓励高校加快清洁能源装备相关学科专业建设,开展高素质人才联合培养,推进与高水平大学和学术机构的合作交流。深化清洁能源装备领域产教融合,鼓励校企联合开展产学合作协同育人项目,探索产教融合创新平台建设。

    (五)强化督导检查。建立健全跟踪服务机制,聚焦产业链短板弱项,进一步优化营商环境,开展精准招商,不断培育壮大清洁能源装备产业链。对产业发展情况展开定期督查和不定期调研,切实协调解决问题,总结推广一批典型做法和成功经验,推动产业高质量发展。

  • 原文来源:https://h2.in-en.com/html/h2-2425318.shtml
相关报告
  • 《煤电与新能源耦合发展模式探析》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2023-02-16
    • 长期以来煤电作为我国的主力电源,在我国电力安全供应保障中发挥着决定性作用。远期来看,在碳中和目标下,无减排措施的燃煤发电量必然逐步削减乃至清零,但这是一个长期过程,不可能一蹴而就。中期来看,到2030年,就全国总体而言,煤电仍然是我国的主体电源,提供近50%的电量,以及不低于60%的容量支撑和重要的电网安全保障;远至2040年,就电量贡献而言,煤电届时仍然可能是第一大电源品种。在低碳减排和安全保供的双重约束下,一方面煤电需要逐步由高碳电源转变为低碳或零碳电源,发展绿色低碳技术,推动煤炭的清洁高效利用,长期逐步退出以顺应经济社会的清洁低碳发展;另一方面煤电同时作为电力供应安全、能源系统碳中和以及生态环境治理的“压舱石”,仍将长时期承担电力安全保供的责任,由主体性电源转向基础保障性和系统调节性电源,同时肩负供热服务。这就要求未来煤电向更加清洁低碳、更加高效、更加灵活的方向发展。 由于可再生能源的能量密度低、间歇性、不可预测性和不具备电网支撑性能,在我国新型电力系统建设的进程中,可再生能源与煤电不是简单的此消彼长的关系。《新型电力系统发展蓝皮书(征求意见稿)》指出,2030年前煤电装机和发电量仍将适度增长。为满足经济社会用电负荷增长以及新能源大规模高比例发展的调峰需求,在严控煤电项目前提下,近期仍需要在部分地区发展适量为消纳风电、太阳能发电服务的调峰机组和为保障电网安全供应服务的支撑性机组。至少在新能源及其配套的储能技术具备独立保障电力安全供应能力之前,要处理好煤电与新能源的优化组合问题,推进二者耦合发展。这既是我国建设新型电力系统的必由之路,也是可再生能源规模化跃升式发展的前提条件,更是煤电自身转型发展的重要途径。 煤电“三量”与“三新”的耦合发展   (相关资料图) 1. 煤电存量、增量、减量“三量”发展促进可再生能源发展 预计煤电规模在电力需求刚性增长和电网安全支撑需求下仍会有一定的扩张,近期将出现煤电规模小幅增长、灵活性改造大面积铺开的情形,从主力电源向基础电源转变,来满足新能源快速发展的系统调节需求;达峰后以煤电碳捕获改造、容量有序清退、合规机组延寿运行(备用)为重点,从基础电源转变为补充电源,煤电发电存量由新能源逐步替代,推进新型电力系统平稳过渡和煤电高质量有序退出。煤电存量、增量和减量“三量”发展能够有效促进可再生能源的发展。 对于现役煤电机组、自备电厂,即存量机组来说,可作为主力机组在网侧起到基础支撑兜底保障作用,配合推进煤电机组清洁高效改造与灵活性改造,保障电力系统的低碳、灵活和稳定运行。对于当前即将到期退役的煤电机组,根据需要完成适应性改造后符合能效、环保、安全等要求的,可通过延寿运行来满足容量需求。存量机组的改造能快速提升电力系统的灵活调节能力、减少电力系统安全容量投资,应对大规模新能源并网和用电负荷“双高峰”化所带来的供电安全挑战。 对于增量煤电机组,未来以发展高参数的高效节水型火电为主,不再单纯以发电为目的,主要定位为灵活调节型和容量保障型机组,保障电力供应安全和促进可再生能源消纳。在“双碳”目标约束下,煤电装机增量发展空间有限,在新建煤电机组时可考虑和新能源一体化耦合方案,发展多能互补综合能源生产新模式,例如“风光水火储一体化”,通过风光出力特性互补,联合调峰电源和储能,实现友好型并网,推动清洁能源最大化利用,或进行生物质耦合混烧,以大幅度降低碳排放,减少废弃问题。 对于减量煤电机组,随着新能源渗透率的快速提升,源荷匹配难度加大、系统受冲击干扰的风险加剧,有必要逐渐扩大常备应急电源和战略备用电源规模,一来提升电力系统的安全供应阈值,二来充分利用退役煤电机组的技术价值。部分退役煤电机组不能简单地关停淘汰,可以作为备用机组应对区域性、季节性、时段性的尖峰用电需求,以及在极端情况下作为应急主力机组。 2. 新能源、新模式、新业态“三新”发展助力煤电低碳转型 助力新能源,以绿色发展推动清洁转型。建设一体化清洁能源基地、推进整县式光伏、依托电力企业发展属地的转型光伏、开展风电下乡等,都是发展新能源的重要路径。而新能源发电出力的不稳定性对电网消纳带来压力,系统对储能和调峰电源的需求愈发迫切。然而电化学储能发展尚在初期(成本高,安全性待提升),抽蓄受自然资源条件限制较大,灵活性改造后的煤电调峰已成为当前最优选择。目前风光大基地项目配备调峰火电机组已成趋势,通过规划建设大型风光电基地,鼓励煤电企业与新能源企业开展实质性联营,以综合能源基地模式鼓励周边清洁高效先进节能的煤电发挥支撑性作用,促进存量煤电机组的灵活性改造,主动改变供给侧功能和定位以实现转型,推动煤电和新能源的优化组合,全面提升电力系统调节能力和灵活性。 探索新模式,以协调发展推动稳步转型。推进分散式风电、分布式光伏、中小型风光与风光火储互补项目资源储备和开发建设,创新多能互补商业模式。燃煤电厂特别是城市燃煤电厂可以开展多种服务,探索与变电站、储能电站、电动汽车充电站、分布式光伏电站和数据中心的局域集合,实现“源-网-荷-储-用”有机联动,形成面向城市、园区、社区及居民的综合能源服务“一站式平台”。 布局新业态,以创新发展推动增长趋势。新能源技术、云计算、大数据、移动通讯和人工智能等创新技术的发展,不断推动着电力行业的转型升级,带来电网形态功能的改变,电力新业态不断涌现。发电企业可以充分利用煤厂、库房、热网等厂区布置,因地制宜改造升级,配套部署风光可再生能源、储能、制氢、热泵等,为周边工业园区、产业园区等提供冷热电气水等综合能源服务,并结合技术改造提高煤电机组经济运行和灵活运行水平,发挥煤电的兜底保障和灵活调节作用。 3. “三量”“三新”的耦合关系 面向电力安全保供和低碳转型的双重目标,电力行业低碳转型需要处理好传统电源与新能源之间的关系,实现煤电清洁高效利用与新能源高质量跃升发展的协调统一。 煤电存量、增量、减量“三量”发展是新型电力系统转型规划的关键,是电力新能源、新模式、新业态发展的坚实基础,为消纳新能源、保障电力安全提供支撑。以风光为主的可再生能源装机容量并不等于有效容量,尤其是电力系统源、荷资源对越发频繁的极端天气的敏感度提升,电力系统安全稳定面临更大挑战,煤电作为我国电力系统的“压舱石”和“调节器”,必须要发挥“三量”功能价值促进新型电力系统“三新”转型生态的发展。 新能源、新业态、新模式是助力煤电低碳转型的重要形式,“三新”生态是推动“三量”发展的有效动力。煤电“三新”发展模式有利于推动风电光伏大规模、高比例、多元化发展,促进新能源行业技术进步和产业升级,能够为经济社会发展提供优质丰富的绿色电力。通过积极培育电力源网荷储一体化、负荷聚合服务、综合能源服务、虚拟电厂等贴近终端用户的新业态、新模式,同时搭建能源数字经济平台,发展综合智慧能源,以“三新”模式推动煤电机组功能定位转型,促进煤电与新能源一体化、多元化发展。 煤电与新能源耦合发展的典型模式 “燃煤电厂+分布式光伏+储能厂内耦合”。燃煤发电“源随荷动”,光伏发电“靠天吃饭”且夜晚没有出力,当新能源并网容量不断提升,新能源的波动性和间断性将导致电源侧的调频和顶峰压力激增,因此,新型电力系统势必需要煤电机组拥有深度调峰的灵活性。除发电机组的灵活性改造外,燃煤电厂可利用厂房和闲置土地加装光伏,利用光伏发电减少厂用电,可适当降低供电煤耗,减少发电厂碳市场履约成本、增加绿电收益;并根据装机容量,按比例配置一定规模的储能电站,与厂内燃煤发电及分布式光伏形成互补联动模式,提升项目整体的低碳性、灵活性和经济性。 “燃煤电厂+分布式光伏厂外耦合”。我国建筑屋顶资源丰富,开发建设屋顶分布式光伏潜力巨大。但是建筑屋顶分布广泛、资源分散、单体规模小、开发建设协调工作量大,一定程度上制约了屋顶分布式光伏的规模化发展。启动推进整县(市、区)屋顶分布式光伏开发工作,能够充分调动和发挥地方积极性,引导地方政府协调更多屋顶资源,进一步开拓市场,扩大屋顶分布式光伏建设规模。在推进整县分布式光伏的政策契机下,燃煤电厂利用其中央企业或地方优势国企的资源优势,可以力争成为所在县域的整县分布式光伏平台服务商,实现业务、资产、技术和人员的整合优化和平稳转型。 “风光大基地+支撑调节性煤电”形成综合清洁能源基地。建设大型风电、光伏发电基地,是稳步快速且有保障地提高清洁能源供给能力的主要途径。围绕以沙漠、戈壁、荒漠为重点的大型风光电基地,合理规划建设清洁高效先进节能的配套支撑性煤电,充分发挥煤电基础保障和系统调节作用,进一步夯实煤电的电力保供“压舱石”作用,促进新能源开发外送,为经济社会发展提供坚强电力保障。 煤电发展为电热冷汽水综合能源。煤电需要从单一发电服务转型为提供多种能源联合供应服务,因地、因企制宜,构建智能供电、气、水、热等系统,构成区域综合供能网架,为城市提供“电、热、冷、汽、水、压缩空气”等多品类能源供应。煤电向综合能源转型发展可以通过煤电生物质耦合、煤电与资源再利用组合发展等方式开展。 煤电生物质耦合发电,可以利用农林废弃物和城乡有机废弃物,通过将其加工成燃料颗粒替代燃煤掺烧,也可以通过气化处理产生可燃气体送入锅炉,实现生物质能处理耦合发电,减少温室气体排放,同时实现锅炉低负荷稳燃,提高机组灵活性调峰能力。 煤电与资源再利用组合发展是推动煤电“生态共享型电厂”发展的新模式,协同处置市政污泥、垃圾及工业固废等可再利用废弃物,实现减量化、无害化、资源化处置。可以使煤电向污染治理企业和多种能源类型综合供应商转型,实现区域内能量资源体系的梯级利用、循环利用,灵活匹配多种用能需求,降低区域碳排放,打造绿色智慧低碳综合能源服务示范区。 以煤电为中心的综合能源生产单元模式。中国电力科学研究院周孝信院士团队提出了一种融合火电机组碳捕集、燃煤机组混烧生物质、可再生能源电解水制氢、新甲烷/甲醇合成等多种技术的设想——综合能源生产单元(Integrated Energy Production Unit,IEPU)。该生产单元既可以生产电力和各种近绿色燃料,又能以其高灵活调节能力支撑高比例可再生能源电力系统稳定运行。 IEPU通过单元内部各设备协同运行及单元与外部电网的灵活互动,实现多类型能源的生产、存储、转化和化工合成等过程耦合,具有以下两个方面的优点:一是以电解制氢装置作为可控负荷,通过与火电、水电等可调机组联合运行,在综合能源生产单元内部各子系统协同优化的同时,实现与电网互动,成为具有高灵活性的虚拟能源生产单元,为高比例新能源电力系统提供灵活性支撑。二是通过二氧化碳与氢气合成生产甲烷、甲醇等便于存储、运输的绿色燃料或化工原料,一方面可规避大规模二氧化碳捕集后压缩及封存的高额成本,结合相应的产品收益模式,有利于火电企业推广应用二氧化碳捕集与利用技术;另一方面,所生产的氢气及合成产品,也可为能源领域化石燃料和原料替代提供一定的来源补充
  • 《可再生能源制氢:理想很丰满》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-10-15
    • 被称为“未来能源”“终极能源”的氢能已经成为近两年的一个热门话题,在国际上,美国、欧盟、日本都出台了相应的氢能战略规划,日本甚至提出了“氢能社会”的宏大构想;在国内,中石油、中石化、国家能源集团、国家电投等能源央企纷纷入局氢能产业链,多个地方政府出台了氢能发展方案和扶持政策。 随着“2060年碳中和”任务的提出,氢能似乎成为实现终端燃料脱碳的最终解,又增添了其讨论的热度。那么,我国的氢能发展到什么程度了?制氢和用氢将分别向什么方向发展?氢能将在未来能源体系中担任什么角色?本文将尝试对这些问题作出解答。 01 可再生能源制氢:理想很丰满 氢能产业链包括制氢、储氢、运氢、用氢几个环节。当前我国氢气总产能达到2500万吨/年,是全球氢气产能最大的国家。 氢是一种清洁高效的二次能源,无法直接从自然界中获取,必须通过制备得到。目前主流制氢路线中,煤炭、天然气等化石燃料制氢是当前国内成本最低的制氢路线,其中煤制氢成本可低至 9-11元/公斤 ,比天然气制氢成本低约30%;钢铁、化工等行业的工业副产气制氢也是较为成熟的手段,综合成本在10-16元/公斤,我国工业副产氢还有较大利用空间,可以在提供就近氢源的同时提高资源利用率,但建设地点受限于原料供应;电解水制氢作为新兴的热门方向,项目经济性直接受电价影响,市电生产的成本约30-40元/公斤,一般认为当电价低于0.3元/千瓦时时,电解水制氢的成本才能接近传统化石能源制氢。 不论是国内还是国外,目前电解水占所有制氢方式的比重仅为3%-5%左右,但却是专家学者和业内人士眼中未来最重要的制氢途径,特别是可再生能源电力制氢。这是由于不论是化石燃料制氢、工业副产氢还是传统电解水制氢,都存在生产过程中的碳排放问题,在碳捕集与封存装置(CCS)不具备大规模推广可能性的前提下,可再生能源电力制氢是唯一能实现全周期零碳排放的制氢方式。 在中国氢能联盟发布的《氢能源及燃料电池白皮书》中,预测随着我国能源结构由化石能源为主转向以可再生能源为主的格局,氢气供给结构中可再生能源电解水的比例也将大幅增长,到2050年占比70%。 中国氢气供给结构预测 来源:中国氢能协会 当前国家政策层面,虽没有出台针对性支持政策,但是在促进可再生能源消纳相关文件中提到电制氢途径。《清洁能源消纳行动计划(2018-2020年)》指出“探索可再生能源富余电力转化为热能、冷能、氢能,实现可再生能源多途径就近高效利用”。国家能源局2020年5月发布的《关于建立健全清洁能源消纳长效机制的指导意见(征求意见稿)》也提到了“清洁能源富集地区,鼓励推广电采暖、电动汽车、港口岸电、电制氢等应用,采取多种措施提升电力消费需求,扩大本地消纳空间”。 项目实践层面,已经有数个落地案例。国内首个风电制氢工业应用项目——河北沽源风电制氢综合利用示范项目于2019年投产,项目包含200MW风电场、10MW电解水制氢系统。2019年7月,阳光电源与晋中市榆社县政府签订300MW光伏和50MW制氢综合示范项目,9月与山西省长治市举行200MW光伏发电项目(一期)开工暨二期500MW光伏制氢项目签约仪式。水电大省四川已出台多项相关支持政策,但目前尚未有水电制氢项目落地。整体来说,可再生能源制氢项目主要为科技项目试点示范。 可再生能源制氢的优点似乎显而易见,一方面随着可再生能源大规模推广,电价将会明显降低,可进一步降低制氢成本;另一方面可再生能源制氢有利于清洁能源消纳,将弃风弃光等可再生能源电力以氢能的形式存储下来,可解决电力供需的大规模季节性不平衡问题,助力高比例可再生能源电力系统的调峰问题。 但是,可再生能源制氢要实现大规模发展,还有诸多问题需要解决: 一是近年来我国弃风弃光现象已经得到明显好转,容易出现电解设备利用率低、无法收回投资的情况。近年来,国家出台了多项措施促进清洁能源消纳,并明确表态到2020年基本解决弃风弃光弃水问题。2019年我国弃风率4%,弃光率2%,连续几年实现双降。弃风弃光制氢理论上既是一种有效的电力调峰手段,又能降低制氢成本,但由于弃风弃光的尖峰特性,将导致制氢设备利用小时数低,分摊到每公斤氢的投资相关成本高昂。 二是现阶段电解水制氢的成本仍然较高,即使随着风电光伏的技术进步和规模效应降低到发电端“一毛钱一度电”,但加上输配电价、政府性基金及附加、辅助服务成本之后,终端电价相比其他制氢方式仍不具备成本优势。且在降电价过程中,过低的上网电价、输配电价会对发电企业和电网企业收益造成明显损害,难以实现多方合作。 三是制氢还需要配套的氢气储运和下游产业需求,否则产生的氢气无法最终转化为经济效益。即使制氢成本得到大幅降低,在经过储存、运输多个环节层层叠加后终端氢气价格仍较高,只有当氢气大规模储存、运输等技术瓶颈得到解决,且下游需求如氢燃料电池得以激发的情况下,大规模制氢才可以实现商业模式上的闭环。 四是从储能的角度出发,储氢的效率、成本等各方面均无法与其他常规储能方式相竞争。“可再生能源制氢-氢气储存-燃料电池发电”听起来是零碳利用的完美途径,但电-氢-电两次能源转化综合效率只有30%-40%。对比现在技术路线较为成熟的电化学储能效率80%-90%,抽水蓄能效率75%,即使储氢具有存储规模大、不受地理环境制约的优点,其成本、效率、响应速度和安全性都是制约发展的硬伤。 02 氢燃料电池汽车:政策曙光已现 正如前文所述,我国当前已具备较高的制氢能力,但在消费端,90%以上的氢气仍然作为工业原料,用于合成氨、合成甲醇、炼油、煤炭深加工等,氢的“能源化”利用历史较短,其中最受关注的便是氢燃料电池汽车的发展。 氢燃料电池汽车的优点在于清洁环保、能量密度高、续航里程远、加氢时间短(只需3-5分钟),但成本高昂、加氢站数量少等因素制约了其进一步发展。经过多年发展,纯电动汽车产业链已经较为成熟,进入规模化商业化发展阶段,而氢燃料电池汽车仍处于试点示范阶段。截至2020年7月,我国累计推广燃料电池汽车超过7200辆,建成加氢站约80座。 2015-2019氢燃料电池销量统计 全球来看,2019年全球氢燃料电池汽车销量创下历史新高,达到10409辆,销量最高的韩国突破4000辆,其次分别是中国、美国和日本。品牌方面,自日本丰田于2014年推出第一代商用燃料电池汽车Mirai后,本田Clarity、现代Nexo几款车型均已实现商业化量产,日韩品牌在燃料电池乘用车市场上占据绝对优势。 我国燃料电池汽车以客车、货车为主,应用在公交、物流等领域,这也与燃料电池续航里程长的特点相适应。公交车一般由政府集中采购,广东佛山、河北张家口燃料电池公交车数量均超过百辆,北京、山西大同、湖北武汉等地也纷纷加大了燃料电池公交车的投放力度。相比乘用车,公交车路线固定,一个加氢站可满足一批车的加氢需求,利用效率更高。 目前阶段,氢燃料电池汽车用车成本仍居高不下。据测算,纯电动汽车百公里电费约为6元~15元,燃油车百公里油费约为50元,而氢燃料电池车燃料费用高达100元。成本问题是制约燃料电池汽车行业发展的关键因素。如何才能降成本?根据国际氢能协会发布的《氢能平价之路》,到2030年大型乘用车的总体拥有成本可能下降45%,主要来自于扩大产量带来的规模效应、增加加氢站降低的运输成本、使用可再生能源降低的制氢成本。 来源:国际氢能委员会 氢燃料电池汽车的发展越来越得到政府重视和政策支持。自2019年政府工作报告中首次提及“推动充电、加氢等设施建设”,近两年间各地密集出台氢燃料电池汽车发展规划。9月21日,财政部、工信部、科技部、发改委、国家能源局等五部委联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,对 2020 年开始的 4 年示范期的氢燃料电池支持政策进行了初步明确。 下一阶段,燃料电池汽车的政策方向是采取“以奖代补”方式,对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励。根据中金公司测算,不同车型奖励金额上下限差异较大,重卡的奖励总金额与单位功率奖励金额均高于其他品类,有一定强化引导作用;关键零部件在示范期内补贴金额总体不变,有望强化头部企业实力。 我们认为,该政策出台后将在氢能发展基础好、财政实力强、有产业链优质企业的地区形成龙头聚集效应,接下来10年将是氢燃料电池汽车突破技术瓶颈、实现规模化发展的关键时期,氢燃料电池将与电动汽车实现差异化发展,在不同的应用场景下发挥作用,共同推进我国新能源汽车行业更上层楼。 03 能源转型中的氢能:受重视但不是最关键要素 纵观人类能源转型历史,可以发现从高碳到低碳、从低密度到高密度转变的明显趋势。人类学会用火标志着薪柴时代的开始,第一次工业革命伴随着煤炭的大量使用,石油的开采极大推进了现代文明,而我们现在正处在大规模可再生能源替代化石能源的转换期,那么下一次能源革命,会是更加清洁高效的氢能时代吗? 在中国氢能联盟公布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中,预测到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%。而根据最近发布的BP世界能源展望(2020版),在低碳转型的迫切要求下,传统能源品种将在很大程度上被低碳能源代替,主要指的是大规模的电能替代和小比例的氢能替代。预计到2050年,电能在终端能源消费中的占比将达到50%(快速转型情境下)-60%(净零排放情境下),而氢能则为7%(快速转型情境下)-16%(净零排放情境下)。随着技术和原料成本的下降、碳价的上涨,氢能在强调低碳的情境下会逐步具有竞争力,与之相反,在一切如常(Business as usual)情境下,氢能的发展空间则非常有限。 左图:电能和氢能在终端能源消费中的比重预测 右图:不同情境下终端能源消费结构预测 来源:BP 同样作为二次能源,电能的利用范围要比氢能广得多,必将成为能源转型的主要载体,而氢能的一个额外优势在于可以用作工业领域中需要高温燃烧场景的燃料,部分实现对化石燃料的替代,从而实现减排效益。电能可以将氢气作为载体,通过氢冶金、电氢合成氨尿素等工艺实现对传统工业的重构。 综上所述,在制氢环节,可再生能源制氢在技术和经济上均不具备足够的可行性和竞争力;在用氢环节,氢燃料电池汽车在乘用车方面难以匹敌电动车,将主要向重卡等长距离运输领域发展;而在低碳转型的背景下,尤其是总书记提出“力争在2060年实现碳中和”的环境下,氢能将比以往发挥更大作用,但难以成为转型的主要支撑和中坚力量。 氢能产业链的培育,需要政策、市场、技术多方面力量的有效协同和共同努力,虽然还有很长的路要走,但正如哈佛大学《中国的氢经济即将来临吗?》报告中所说:如果中国政府能够在氢能价值链上投入全部的制造和政策力量,就将成为一个真正的游戏规则改变者,并对整个世界产生连锁效应。