第7卷第5期全球能源互联网Vol.7 No.52024年9月Sep.2024文章编号：2096-5125(2024)05-0473-19中图分类号：TM73:TK01文献标志码：AD0I:10.19705/i.cnki.issn2096-5125.2024.05.001电-氢-碳耦合促进新能源基地开发模式研究刘泽洪，孟婧，张瑾轩，周原冰，李隽(全球能源互联网发展合作组织，北京市西城区100031)Research on the Development Model of New Energy Bases Based on theElectricity-hydrogen-carbon SynergyLIU Zehong,MENG Jing,ZHANG Jinxuan,ZHOU Yuanbing,LI Jun(Global Energy Interconnection Development and Cooperation Organization,Xicheng District,Beijing 100031,China)Abstract:Achieving global "carbon neutrality"designates the研判不同时期新能源基地开发与氢基产业协同发展的适用模energy sector as the primary battleground.Promoting large-式及应用时序，展望新能源基地电-氢-碳协同开发模式在中scale,centralized development of new energy bases is a crucial国三北地区以及北非等海外地区的应用前景。step towards green and low-carbon transformation of the energyindustry.In response to the challenges faced by new energy关键词：新能源基地化开发：沙戈荒：电-氢-碳协同：灵活base development in remote areas with insufficient hydropower,调节资源：绿色氢基产业such as the lack of low-carbon regulation methods,limitedgrid configuration and consumption capacity,and the need for0引言improvement in the "wind-solar-thermal"development model,this paper proposes a development concept and model for new气候变化是世界各国共同面临的重大挑战，严重energy bases based on the synergy of electricity-hydrogen-carbon.By integrating the technological development and威胁人类生存和发展，全球实现“碳中和”可有效破regulatory capacity enhancement of hydrogen-based products解气候环境危机，改善自然生态环境，实现全人类可like green hydrogen,green ammonia,and green methanol,the持续发展。截至2023年9月，全球超过150个国家宣布paper analyzes the competitiveness and economic benefits of“碳中和”承诺，但距减排目标仍存在较大差距，关green electricity and green hydrogen in the terminal consumer键是缺少切实可行的路径方案。化石能源过度使用是market.It also assesses the applicable models and paths for thecoordinated development of new energy bases and hydrogen-造成气候变化的根源，实现全球“碳中和”，关键要based industries in different stages of development,and looks加快能源绿色低碳转型，构建安全、高效、清洁的新forward to the potential of the electricity-hydrogen-carbon型能源体系。风电、光伏等新能源作为推动全球能collaborative development model in China's northern regions源清洁转型的主导力量，其大规模基地化开发与新兴and overseas areas like North Africa.化工产业及高碳产业发展联动，在清洁能源生产侧和Keywords:new energy large-scale development;desert and arid消费侧实现双重替代，对保障能源、经济、社会、环land;electricity-hydrogen-carbon synergy;flexible adjustment境可持续协调发展具有重要意义。resources;green hydrogen-based industry全球光伏、风电适宜集约化规模化开发的资源潜摘要：实现全球“碳中和”，核心是推动能源绿色低碳转力约2.7万亿、1300亿kW刊，分布范围广泛、地形复杂、型，重要举措是推动新能源大规模基地化开发和高效消纳。气候多变，需要根据当地资源条件和电网发展水平，针对偏远、水电不足地区新能源基地开发面临的低碳调节手制定差异化的新能源基地开发策略。例如，中国西部段不足、电网配置和消纳能力有限、“风光火”开发模式降碳北部，处于水电资源丰富区域的风光资源区域，如西难等问题与挑战，提出了基于电一氢-碳协同的新能源基地发展思路和开发模式，将氢基产业发展与新能源开发消纳、煤南以及西北靠近西南区域，可采用“水风光协同”开电灵活低碳转型深度融合，同时结合绿氢、绿氨、绿色甲醇发模式4刃：对于水电资源不足地区，如三北沙戈荒地等氢基产品制取工艺的技术发展和调节能力提升，量化分析区，目前新能源基地多采用“风光火”开发模式。绿电与绿色氢氨甲醇在终端消费市场的竞争力及经济效益，随着“碳中和”目标的稳步推进，全球清洁电力474全球能源互联网第7卷第5期的需求迅速增长，新能源资源的开发范围也将不断扩道，通过深人分析绿氢及氨/甲醇等氢基产品制取工艺大，新能源基地的建设或将从沙戈荒边缘地区向远离对新能源发电的适应性，评估了氢/氨甲醇等绿色氢主网的腹地扩展。与水电资源丰富的地区相比，偏远基产业与新能源基地协同开发的市场竞争力与经济效且水电资源不足地区的新能源基地开发面临的挑战更益，分析了不同发展时期电-氢-碳协同开发模式的适加突出：一是周边绿色低碳的灵活调节手段不足，难用性及应用时序：以中国三北地区和北非地区为例，以通过大规模利用水电和抽蓄为新能源基地提供调节展望了新能源基地电-氢-碳协同开发模式的全球应用资源，日内电力平衡和长期季节电量平衡难度加大：前景。二是新能源基地大多位于电网边缘地区、远离负荷中心，资源开发与消纳严重依赖外送通道，存在主网对1电一氢-碳协同的新能源基地发展思路基地支撑能力弱和消纳困难等问题：三是当前“风光火”的开发方式与能源电力行业降碳需求之间存在矛电、氢、碳作为现代社会中不可或缺的能源形盾，火电挤占了部分绿电的消纳空间，同时无法满足式，在特定应用领域满足着用能需求。电一氢-碳协同下游用电企业对绿电的需求，对其产品绿色认证带来发展通过构筑低/零碳清洁的能源-物质转换体系，综制约@山。为克服这些挑战，偏远且水电资源不足地合发挥了电、氢、碳自身的优点和作用，在更广泛的区的新能源开发亟需创新发展模式，探索出一种能够应用领域相互转化、互为补充。其中，电、氢是指绿兼顾灵活调节、高效输送、充分消纳、清洁低碳等要电和绿氢，作为清洁能源替代火电和“灰氢”，同时求的发展新思路。绿氢作为绿电的媒介，在难以直接应用电力的场景实当前，许多学者对中国新能源基地开发利用开展施广义电能替代：碳是指以煤为代表的化石能源降了相关研究。文献[12-13]分析了电网发展面临的新形碳、碳捕集及利用技术，捕集的CO通过氢-碳合成甲势和新能源规模化接入后存在的问题，探讨了扩大电醇、乙烯等产品，令已排放的碳元素再次参与到能源网互联对提高电力系统供电可靠性和安全稳定水平的生产、配置和消费中，既满足了能源电力、工业领域作用。文献[14-16]从灵活调节资源配置方面研究了各的碳减排需求，也为其他行业排放的CO,提供了综合类储能技术、柔直技术、构网型技术对提升系统灵活利用渠道，最终实现碳元素的循环利用和“自平衡”调节能力和新能源基地开发外送规模的作用。文献重塑2。[17-22]总结了影响新能源消纳的关键因素，分析了电基于电-氢-碳协同的新能源基地开发是将绿电、氢协同利用的可行方式和经济效益。文献[23-25]着重绿氢及绿色氢基产品与CO减排和利用，通过技术对对煤电灵活性改造和CCU$技术应用进行了分析，并接、供需衔接、产业承接等方式结合起来，形成“灵探讨了煤电清洁低碳发展与支撑新能源开发的相互影活资源就近协同、电氢（氨甲醇）生产并举、上下响。上述研究中，新能源基地的功能定位大多为发电游产业共同发力”的新发展思路，统筹解决偏远、水外送，利用电氢协同的开发模式也多以与大电网互联电资源不足地区新能源开发通道有限送出难、调节资关系进行区分。尚未有研究针对偏远且零碳低碳调节源不足稳定供应难、应用范围有限消纳难以及“风光资源不足地区的新能源开发，拓宽新能源基地开发定火”开发方式降碳难的四大问题，主要涵盖绿电与绿位，以市场竞争力为评判标准，利用电一氢-碳耦合关氢生产协同，绿电与绿氨/甲醇等氢基产品生产协同，系开展新能源开发模式的综合性研究。绿电/氢与煤电低碳转型协同，也可与冶金、化工等全球能源互联网发展合作组织提出的《以电-氢-传统高载能产业协同，如图1所示。协同过程中，一碳耦合方式协同推进新能源大规模开发与煤电绿色转方面利用氢/氨甲醇制取工艺的灵活性，配套储电/氢/型》已列入中国科协2024十大前沿科学问题，力求通氨、氢/氨发电以及火电富氧燃烧、掺氢掺氨发电，过“一减一加”两方面发力推动能源系统低碳转型。为新能源基地提供全时间尺度的零碳调节资源阿，解作为“以电一氢-碳耦合方式协同推进新能源大规模开决新能源基地周边低碳调节资源匮乏、配套调节煤发与煤电绿色转型”问题系列研究成果的组成部分，电需要降碳等问题。另一方面，新能源基地开发通过本文提出了基于电-氢-碳协同的新能源基地发展思路“绿电制取绿氢/氨/甲醇，就近消纳和外送并举”，促和开发模式，为灵活支撑新能源基地开发消纳、降低进绿电、绿氢在化工、治金、建材等高载能产业和氢煤电低碳改造和CO,固化利用难度提供了综合解决渠基化工产业中的应用2判，实现新能源基地开发与区