李子華

（國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100095）

我國經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)過程中，面臨著能源資源和環(huán)境制約問題，開發(fā)新能源和生態(tài)環(huán)保是我國兩大國家戰(zhàn)略。“光伏治沙”作為新能源產(chǎn)業(yè)的延伸，是將新能源與環(huán)保相結(jié)合的新業(yè)態(tài)，可以改善國土利用空間，推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型、帶動(dòng)多種產(chǎn)業(yè)，以及推動(dòng)區(qū)域生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等，帶來社會(huì)綜合效益。氫能作為未來國家能源體系的組成部分，是構(gòu)建綠色低碳產(chǎn)業(yè)體系、打造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。綠電制氫及其產(chǎn)業(yè)鏈延伸作為解決新能源消納、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、助力實(shí)現(xiàn)我國3 060雙碳目標(biāo)的有效途徑之一，與“光伏治沙”產(chǎn)業(yè)耦合形成低碳生態(tài)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)融合新模式，所帶來的減碳效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益潛力巨大[1]。

1 “光伏治沙—綠電制氫—?dú)洚a(chǎn)業(yè)延伸”模式現(xiàn)狀

1.1 光伏治沙

建設(shè)光伏沙漠生態(tài)化電站是目前我國最主要的光伏治沙方式，自2010年以來，甘肅、寧夏、青海、內(nèi)蒙等地區(qū)廣泛應(yīng)用光伏治沙項(xiàng)目。其主要優(yōu)勢(shì)在于將光伏與沙漠綜合治理、節(jié)水農(nóng)業(yè)、產(chǎn)業(yè)延伸緊密結(jié)合，帶動(dòng)治理修復(fù)、生態(tài)種植養(yǎng)殖、觀光旅游等產(chǎn)業(yè)，積極探索板上發(fā)電、板下修復(fù)的新型產(chǎn)業(yè)循環(huán)模式，以尋求生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的雙贏效果。

光伏治沙典型路徑是在光伏電站的外圍、邊沿地帶及站內(nèi)采用沙障措施、生物措施和其它措施如農(nóng)業(yè)節(jié)水、封護(hù)[1]等，通過機(jī)械固沙、化學(xué)固沙、植物固沙、建立阻沙柵欄、防沙林帶林網(wǎng)等方式，建立綜合防護(hù)系統(tǒng)。在光伏發(fā)電板下設(shè)置節(jié)水滴灌裝置，篩選適宜于當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)環(huán)境的作物種植培育，因地制宜進(jìn)行土壤改良、保肥保水技術(shù)，建立“光伏+農(nóng)業(yè)”模式，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的共進(jìn)。光伏電站通過多種措施，有效地緩解了沙丘的移動(dòng)，固沙作用良好。光伏組件板遮蔽陽光直射，有效降低了地表水的蒸發(fā)，還能夠有效降低風(fēng)速，改善植物的生存環(huán)境，為動(dòng)植物提供屏障[2]。光伏組件板可產(chǎn)生小面積徑流，集中沙漠、戈壁地區(qū)稀少的降水，增加降水入滲深度[2]。同時(shí)，沙漠光伏電站從設(shè)備選型、工程設(shè)計(jì)建設(shè)等方面，可與風(fēng)沙防治優(yōu)化結(jié)合。如采用適應(yīng)地形能力更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好、布置更靈活、運(yùn)維工作量小的固定式支架，并將光伏支架之間相互錯(cuò)開，可以進(jìn)一步起到滯風(fēng)的效果。

1.2 綠電制氫及產(chǎn)業(yè)延伸

綠電制氫是指利用清潔可再生能源進(jìn)行電解水制氫。氫能作為我國新型電力系統(tǒng)中的必要補(bǔ)充，在發(fā)電領(lǐng)域可有力支撐波動(dòng)性可再生能源，在終端用能領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)替代化石能源，在能源互聯(lián)中可促進(jìn)各能源的協(xié)同。在可再生能源資源豐富的區(qū)域，可就近利用集中式制氫、儲(chǔ)氫消納新能源電力，改善新能源發(fā)電間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)大等特性對(duì)電網(wǎng)的影響，通過制取綠氫達(dá)到電網(wǎng)削峰填谷和平滑輸出的作用。綠氫可耦合延伸的產(chǎn)業(yè)主要有：可再生能源氫儲(chǔ)能、鋼鐵冶金行業(yè)綠氫替代、石化行業(yè)綠色煉化、化工行業(yè)綠氫替代、氫能交通、天然氣摻氫等。

作為零排放的二次能源，綠氫可助力能源、交通、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域行業(yè)深度脫碳，通過多元耦合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型。對(duì)于電力行業(yè)來說，圍繞構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，推進(jìn)氫儲(chǔ)能應(yīng)用，通過降低化石能源發(fā)電比例來降低碳排放；鋼鐵行業(yè)需改變傳統(tǒng)冶煉方式，通過突破電爐煉鋼、氫氣還原鐵等新技術(shù)降低碳排放量；化工行業(yè)可通過綠氫替代方式解決碳排放問題；交通行業(yè)通過在公共交通、物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域使用綠氫，以氫代油加速脫碳進(jìn)程。

1.3 “光伏治沙—綠電制氫—?dú)洚a(chǎn)業(yè)延伸”現(xiàn)狀

“光伏治沙—綠電制氫—?dú)洚a(chǎn)業(yè)延伸”作為生態(tài)治理、沙產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、氫產(chǎn)業(yè)有機(jī)融合的新模式，是生態(tài)文明建設(shè)、產(chǎn)業(yè)與能源變革的融合與創(chuàng)新。目前，國內(nèi)關(guān)于光伏治沙、可再生能源制綠氫、綠氫耦合下游產(chǎn)業(yè)的項(xiàng)目均已啟動(dòng)，雖然暫無三者融合的案例，但已奠定了該模式良好的基礎(chǔ)。國家相繼出臺(tái)了有關(guān)政策規(guī)劃，鼓勵(lì)光伏治沙、規(guī)模化制綠氫及應(yīng)用，相關(guān)示范項(xiàng)目也已在規(guī)劃建設(shè)中?！笆奈濉逼陂g，億利潔能聯(lián)合國家電力投資集團(tuán)所屬企業(yè)，將在內(nèi)蒙古庫布其沙漠億利生態(tài)示范區(qū)，打造庫布其光氫治沙零碳產(chǎn)業(yè)示范園，著力構(gòu)建“光伏治沙+沙漠氫田+綠氫化工”綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈新示范[3]。

2 “光伏治沙—綠電制氫—?dú)洚a(chǎn)業(yè)延伸”模式的驅(qū)動(dòng)因素

光伏治沙產(chǎn)業(yè)與綠氫產(chǎn)業(yè)耦合催生出的新業(yè)態(tài)模式，一方面，突破生態(tài)環(huán)境困境，提高資源利用率；另一方面，則解決能源工業(yè)低碳清潔化轉(zhuǎn)型升級(jí)問題。多重因素正驅(qū)動(dòng)該模式步入快速軌道。

2.1 政策因素

能源革命是我國建設(shè)生態(tài)文明的戰(zhàn)略選擇和能源轉(zhuǎn)型的重要著力點(diǎn)[3]?？稍偕茉词悄茉淳G色低碳轉(zhuǎn)型的主力，也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的主體。加快實(shí)施可再生能源替代是推進(jìn)能源革命，和建清潔低碳、安全高效能源體系、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重大舉措。加快能源消費(fèi)低碳化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)綠色低碳同樣也是我國產(chǎn)業(yè)變革方向。自2021年起，國家相繼發(fā)布《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》等規(guī)劃政策文件，提出加快推進(jìn)以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)，充分發(fā)揮新能源的生態(tài)環(huán)境保護(hù)效益，大力推廣生態(tài)修復(fù)類新能源項(xiàng)目。同時(shí)推動(dòng)可再生能源規(guī)模化制氫利用，提高清潔能源利用比重和資源循環(huán)利用水平，推動(dòng)新能源開發(fā)、輸送與終端消費(fèi)的一體化融合，推進(jìn)化工、煤礦、交通等重點(diǎn)領(lǐng)域綠氫替代，加快工業(yè)綠色低碳技術(shù)變革?！肮夥紊?綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式符合產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向，良好的政策環(huán)境有利于其迅速孵化并穩(wěn)步擴(kuò)大規(guī)模。

2.2 市場(chǎng)因素

我國能源消費(fèi)不斷向清潔低碳加快轉(zhuǎn)型，煤炭消費(fèi)比重從2014年的65.8%下降到2021年的56%，而同期清潔能源消費(fèi)比重從16.9%上升到25.5%，占能源消費(fèi)增量的60%以上。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，使可再生能源成為能源電力消費(fèi)的增量主體。2021年10月份，在內(nèi)蒙古、甘肅、青海、寧夏等地區(qū)集中組織開工了一批以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為主的大型風(fēng)電光伏基地項(xiàng)目，總規(guī)模近3 000萬千瓦。2022年2月份，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地規(guī)劃布局方案》中，計(jì)劃以庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林沙漠為重點(diǎn)，以其它沙漠和戈壁地區(qū)為補(bǔ)充，綜合考慮采煤沉陷區(qū)，規(guī)劃建設(shè)大型風(fēng)電光伏基地。到2030年，規(guī)劃建設(shè)風(fēng)光基地總裝機(jī)約4.55億千瓦。這意味著光伏治沙遠(yuǎn)期市場(chǎng)增量極大，前景廣闊。在“雙碳”目標(biāo)大背景下，鋼鐵、化工、交通等難以深度脫碳的行業(yè)，也正極力尋求綠色轉(zhuǎn)型突破口。以綠氫為代表的清潔二次能源，正是助力“碳中和”的重要抓手。當(dāng)前，我國電解水制取的綠氫僅占?xì)錃饪偖a(chǎn)能的4%，隨著氫能在我國的戰(zhàn)略定位及在工業(yè)等多領(lǐng)域助力脫碳作用的凸顯，未來市場(chǎng)需求巨大。

2.3 技術(shù)因素

技術(shù)革新是推動(dòng)“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式的重要因素之一。技術(shù)革新可帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)于企業(yè)而言也是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的內(nèi)在需求。光伏治沙項(xiàng)目所在沙漠荒地條件惡劣，對(duì)沙漠治理和光伏設(shè)備、工程建設(shè)的適應(yīng)性、可靠性和高效性提出了新的要求。對(duì)于綠電制氫及下游行業(yè)耦合，更高效的制氫設(shè)備、與前端波動(dòng)的可再生能源有更好適配性的先進(jìn)系統(tǒng)、更高效的化工合成催化劑、更先進(jìn)的氫冶金工藝等技術(shù)創(chuàng)新，將更好地推動(dòng)氫能應(yīng)用。特定應(yīng)用場(chǎng)景帶來的各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新及成本的下降，將為該模式提供更加廣闊的空間。

2.4 社會(huì)因素

采用“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式，通過建設(shè)生態(tài)友好型光伏電站系統(tǒng)，保護(hù)和修復(fù)沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)、人居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)新能源與生態(tài)融合。還可以效帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)，提供就業(yè)機(jī)會(huì)，同時(shí)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)綠色電力支撐，推動(dòng)地區(qū)工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。其所帶來的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益可助力提升社會(huì)公眾對(duì)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)知度、支持度與配合參與度。

3 新模式面臨的挑戰(zhàn)

雖然“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式前景廣闊，但各環(huán)節(jié)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

3.1 生態(tài)修復(fù)方面

沙漠、戈壁、荒漠區(qū)域生態(tài)脆弱，生態(tài)環(huán)境一旦破壞難以恢復(fù)。光伏治沙作為工業(yè)治沙新態(tài)式，同樣面臨生態(tài)修復(fù)的挑戰(zhàn)。沙漠、戈壁、荒漠區(qū)域干旱少雨的氣候條件，增加了水分涵養(yǎng)難度和植被成活難度。同時(shí)，全球氣候持續(xù)變暖帶的影響也不容忽視，氣候變暖會(huì)加劇治沙區(qū)域干旱程度，進(jìn)而導(dǎo)致更大程度的荒漠化。干旱也會(huì)加劇沙塵暴災(zāi)害，進(jìn)一步造成風(fēng)蝕土壤，植被破壞。在生態(tài)環(huán)境極其脆弱的背景下，這種互為因果的連鎖反應(yīng)，可能會(huì)導(dǎo)致惡劣氣候的惡性循環(huán)，增大生態(tài)修復(fù)的難度。

3.2 資源協(xié)同方面

“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式需要協(xié)同土地、水源、工業(yè)用戶等多方資源。對(duì)于土地場(chǎng)景選擇，極干旱地區(qū)沙漠自然條件較惡劣，降水極少，人口稀少，周邊無規(guī)?；a(chǎn)業(yè)，用能需求低，不適宜該模式；周邊有化工、鋼鐵冶煉等產(chǎn)業(yè)的干旱、半干旱沙漠地區(qū)則更適合該模式。綠電制氫需綜合考慮水源問題，往往沙漠地區(qū)水資源較匱乏，無法有效支撐大規(guī)模制氫，在水資源方面需要因地制宜統(tǒng)籌規(guī)劃。

3.3 技術(shù)應(yīng)用方面

沙漠地區(qū)的風(fēng)沙流動(dòng)會(huì)對(duì)光伏板表面造成磨損，還會(huì)造成表面沙塵堆積，降低發(fā)電效率。用水清洗光伏組件表面沙塵將提升運(yùn)維成本。流動(dòng)性沙丘及沙塵暴，對(duì)電站的破壞性巨大。沙漠、戈壁和荒漠的高溫、干旱、缺水、強(qiáng)風(fēng)、沙暴和溫差大等氣候條件，對(duì)光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備、運(yùn)維等均提出更高要求。在光伏發(fā)電耦合制綠氫環(huán)節(jié)，高效低成本制氫技術(shù)、大規(guī)模物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)、大規(guī)模及長(zhǎng)距離管道輸氫技術(shù)、局部微網(wǎng)可再生能源制氫控制技術(shù)等，亟待進(jìn)一步突破。而在綠氫耦合應(yīng)用端，鋼鐵、石化等行業(yè)氫能冶金、綠色合成、綠氫規(guī)?；瘧?yīng)用等低碳技術(shù)，尚處于過渡與探索應(yīng)用階段，短時(shí)間內(nèi)攻克關(guān)鍵低碳技術(shù)尚存一些困難。

3.4 送出消納方面

我國沙漠、戈壁和荒漠多數(shù)分布于西部北部地區(qū)，由于人口、產(chǎn)業(yè)布局等因素，光伏治沙項(xiàng)目所發(fā)電力在當(dāng)?shù)責(zé)o法消納，需依托在運(yùn)、在建外送通道，送出依賴成本高昂的特高壓工程。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下行壓力的影響下，東部地區(qū)對(duì)西部的電力消納出現(xiàn)放緩趨勢(shì)。制備綠氫及延伸應(yīng)用可作為就近消納負(fù)荷的有效方式，實(shí)現(xiàn)電力低成本儲(chǔ)存。但受制于成本、產(chǎn)業(yè)分布、工業(yè)用戶負(fù)荷等因素，規(guī)?；瘧?yīng)用仍需時(shí)間，消納比例和經(jīng)濟(jì)效益無法在短期內(nèi)提升。

3.5 政策標(biāo)準(zhǔn)及市場(chǎng)方面

雖然國家層面已經(jīng)出臺(tái)多項(xiàng)關(guān)于引導(dǎo)光伏治沙、綠電制氫及耦合應(yīng)用的政策，但相關(guān)法律法規(guī)、財(cái)政金融激勵(lì)措施仍有待進(jìn)一步完善。地方資金政策等方面對(duì)產(chǎn)業(yè)的引導(dǎo)作用有待進(jìn)一步加強(qiáng)。針對(duì)光伏治沙等生態(tài)修復(fù)類新能源項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等標(biāo)準(zhǔn)體系，以及針對(duì)鋼鐵、化工等產(chǎn)業(yè)耦合綠氫的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，有待建立和完善。市場(chǎng)需要培育互贏的產(chǎn)融合作生態(tài)體系，總結(jié)出適宜行業(yè)規(guī)?；?、可復(fù)制的商業(yè)模式。

4 “光伏治沙—綠電制氫—?dú)洚a(chǎn)業(yè)延伸”模式的創(chuàng)新路徑

4.1 明確創(chuàng)新方向

“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸” 作為一種可推廣的低碳生態(tài)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新模式，將可再生能源、新興二次能源、綠色低碳產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，可以帶動(dòng)市場(chǎng)增量，激發(fā)技術(shù)創(chuàng)新活力，促進(jìn)資源高效利用和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。充分發(fā)揮西部北部地區(qū)資源優(yōu)勢(shì)，和沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)土地優(yōu)勢(shì)，建設(shè)光伏治沙大型基地，嚴(yán)格遵循不涉及生態(tài)紅線、依托外送通道與輸送能力匹配、落實(shí)消納市場(chǎng)、配套調(diào)峰措施等原則。在實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)改善的基礎(chǔ)上，因地制宜，統(tǒng)籌資源，協(xié)同上游可再生能源綠電制氫，耦合下游低碳綠色轉(zhuǎn)型工業(yè)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)用能結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈延伸，實(shí)現(xiàn)綠電高比例就地消納。

4.2 促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新

以“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式為契機(jī)，充分發(fā)揮地方政策及財(cái)政資金的導(dǎo)向激勵(lì)功能，以產(chǎn)業(yè)為主體，研究新型沙漠綜合治理技術(shù)，開發(fā)惡劣環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)的新型光伏系統(tǒng)、高效儲(chǔ)能技術(shù)、制儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)、綠氫替代及規(guī)模應(yīng)用等技術(shù)。通過培育市場(chǎng)，充分利用市場(chǎng)機(jī)制，引導(dǎo)社會(huì)資源向技術(shù)創(chuàng)新聚攏，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化落地。

4.3 完善產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

在“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式實(shí)踐過程中，著力完善相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，探索可復(fù)制推廣的商業(yè)模式。積極推動(dòng)引入綠色金融，以及多種融資渠道對(duì)該模式的支撐，推動(dòng)設(shè)立政府投資基金、引導(dǎo)基金等方式，支持關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、示范應(yīng)用。

4.4 強(qiáng)化合作交流

注重激發(fā)各參與主體活力，強(qiáng)化“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式中，政府、企業(yè)、科研院所等各類參與主體合作機(jī)制體制，鼓勵(lì)“產(chǎn)學(xué)研用”深度結(jié)合，鼓勵(lì)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)等合作，形成市場(chǎng)化運(yùn)作的綠色創(chuàng)新聯(lián)盟，調(diào)動(dòng)創(chuàng)新活力潛力，聚集優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源。引導(dǎo)各方積極參與技術(shù)創(chuàng)新研究，推動(dòng)成果轉(zhuǎn)化落地，加強(qiáng)人才培養(yǎng)，健全專利保障制度。積極搭建交流平臺(tái)，通過論壇研討、項(xiàng)目開發(fā)等方式，推動(dòng)國際交流合作，從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多維度探討解決模式創(chuàng)新問題。

5 結(jié)語

“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”這一低碳生態(tài)經(jīng)濟(jì)新模式，極具前景潛力。該模式當(dāng)前尚處于探索示范階段，面臨著包括生態(tài)、資源、技術(shù)、送出消納、政策市場(chǎng)等諸多挑戰(zhàn)，建議通過技術(shù)與市場(chǎng)機(jī)制創(chuàng)新落地、強(qiáng)化合作交流機(jī)制等工作，探索適合“光伏治沙-綠電制氫-氫產(chǎn)業(yè)延伸”模式的創(chuàng)新路徑。