甘肃省绿氢产业发展的机遇与挑战

绿氢技术的成熟和产业化的快速发展为甘肃新能源继续高速、高质量发展提供了技术保障和新爆发点。

1 前言

当前，尽早实现碳达峰和碳中和已成为国际社会的共识与行动，大力发展新能源和可再生能源成为全球能源革命和应对气候变化的主导方向和一致行动，是第3次能源转换的主角，碳中和的主导。我国能源结构多煤、少油、缺气的现实，决定新能源的作用更加重要。发展也相当迅速，风电和光伏发电制造业产能、新增和累计装机规模在近10年保持世界第一。2022年，我国可再生能源发电量在全部发电量中占比31.6%，风光电量占比13.8%。

可再生能源的大规模并网，正在快速推动整个电力系统从“源—网—荷”向“源—网—荷—储”发展，即前述新型电力系统，而储能则成为建设新型电力系统的第四大基础要素，而电解水制氢则既是重要的负载，又兼具储能功能，把不容易存储的电能转化成更易存储的氢能、电力燃料等。

2 甘肃新能源发展现状及潜力分析

2.1 甘肃新能源发展现状

能源是支撑甘肃省经济社会发展和民生改善的重要基础，是促进经济发展方式转变和经济结构调整的重要抓手，是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要领域。在能源结构方面，甘肃省具有“富煤、贫油、少气、风光优渥”的突出特点，新能源基础尤其雄厚。截至2022年底，甘肃全省发电装机容量6780.8万千瓦，比上年末增长10.2%。其中，火电装机容量2312.6万千瓦，水电装机容量971.8万千瓦，风电装机容量2073.0万千瓦，太阳能发电装机容量1417.4万千瓦。

图1 2022年甘肃各类装机占比情况

2.2 甘肃新能源发展潜力巨大

能随着风电、光伏发电等可再生能源及储能使用成本降低，可再生能源在一次能源供应中的竞争力不断增强，为甘肃省利用资源禀赋加快发展新能源带来新的机遇。

图2 甘肃风能技术开发量在全国地位

图3 甘肃光伏技术开发量在全国地位

就资源储量来看，甘肃省新能源可开发量整体位居全国前列，主要集中在河西地区，开发条件较好。根据中国气象局2020年资源评估成果，全国风能技术开发量99亿kW，其中甘肃省5.6亿kW，占比5.66%，全国排名第4，随着低风速风机普及利用，风资源开发量还将进一步提升；全国光伏发电技术开发量1287亿kW，其中甘肃省95亿kW，占比7.38%，全国排名第5，开发利用空间巨大。详见图2和图3。

3 甘肃新能源发展目标及痛点

3.1 甘肃制定了宏伟的新能源发展目标

根据甘肃省人民政府办公厅2021年12月31日印发的《甘肃省“十四五”能源发展规划》，到2025年，以新能源为代表的河西走廊清洁能源基地可持续发展能力全面提升，陇东综合能源基地建设取得重要进展，以新能源为主体的新型电力系统基本建立，全省能源生产和供应能力建设、煤电一体化发展和资源综合利用取得重大突破。全省能源自给有余，形成规模化电力和成品油外送发展格局。

——能源供给能力持续增强。到2025年，全省能源生产总量达到12447万吨标准煤，其中煤炭产量7000万吨、原油产量1140万吨、天然气产量20亿立方米；电力装机规模达到12680万kW。

——能源清洁化水平明显提高。可再生能源发电装机占电力总装机超过65%，非化石能源占能源消费总量比重达到30%，可再生能源发电量达到全社会用电量的60%左右。完成可再生能源电力消纳责任权重50%以上和非水电可再生能源电力消纳责任权重23%目标任务。

——能源能效水平稳步提升。单位GDP二氧化碳排放强度和能耗强度持续下降，完成国家下达目标任务。能源行业绿色发展水平显著提升，工业用能效率不断提高，建筑交通节能全面推进，城乡居民用能水平明显改善。

针对新能源发展目标等，《甘肃省“十四五”能源发展规划》中也进行了明确。详见表1和图4。

表1 甘肃省“十四五”电力发展目标

图4 甘肃省“十四五”电力发展目标

3.2未来甘肃新能源消纳压力巨大

风光消纳将是我国未来的一个普遍问题，尤其甘肃、宁夏、内蒙古等西部地区。甘肃作为新能源资源、已开发新能源占比以及发展目标在全国处于前列的地区，新能源电力消纳问题将更为严重。

根据全国新能源消纳监测预警中心发布《2022年12月全国新能源并网消纳情况》。2022年12月，全国风电、光伏的利用率分别为97.6%、98.8%；2022年1~12月，全国风电、光伏的利用率分别为96.8%、98.3%。甘肃1-12月份风电利用率低于95%，为93.8%，光伏利用率为98.2%，均低于全国平均水平。

另外，截至2020年底，我国风电、光伏发电装机分别达到 2.8、2.5亿kW，合计5.3亿kW。根据《“十四五”可再生能源发展规划》，我国2030年风电、光伏发电的远期目标是12亿kW，10年增长约126%。而截至2020年底，甘肃省风电、光伏发电的总装机容量为2339万kW，2025年的发展目标是5683万kW，5年增长约143%。因此，未来甘肃省新能源消纳的压力远超过国家平均水平，按照当前的发展模式，未来弃风弃光问题将非常突出，消纳压力巨大。利用风电、光伏等可再生能源电解水制氢将是解决此突出问题的主要路径。

4 甘肃绿氢产业的机遇

4.1 第一支柱产业——化工为氢能应用打下了较好基础

甘肃是我国石化工业的摇篮，是新中国第一个工业油田、第一座大型现代化炼油厂、第一套乙烯裂解装置的诞生地，它为发展我国的石化工业做出过重大贡献，在我国石化工业发展史上写下了光辉的篇章。

在龙头产业的带动下，甘肃已成为国内重要的石化和能源基地。目前已基本形成石油勘探与开发、化学矿山、化肥、农药、农膜、有机和无机化工基本原料、三大有机合成材料、精细化工、塑料加工、化工机械和化学清洗等25个行业，能生产800多种石化产品，形成了行业门类比较齐全的石化工业体系。

兰州炼油厂是新中国第一座大型现代化的石油炼制企业，生产出了国家急需的成品油。兰州化学工业公司建成投产后，结束了中国不能生产合成橡胶、西北不能生产化肥的历史，也让中国第一次以石油烃为原料生产出合格的乙烯。无论是化肥、还是乙烯，都需要用氢作为原料。当然，以前以及目前，用的都是煤制氢或石油产品制氢，即都是灰氢，但为氢能应用及绿氢替代打下了较好的基础。

2021年，甘肃省乙烯产能达80万吨；现代煤基化工产品产能达910万吨，其中甲醇310万吨、烯烃100万吨、芳烃100万吨；甲苯二异氰酸酯（TDI）产能达18万吨。以上两大类产品，氢含量按15%估算，如果产量按50%产能计算，则需要用氢：

（80+910）*0.5*0.15=74.25万吨；

如果产量按80%产能计算，则需要用氢：

（80+910）*0.8*0.15=118.8万吨；

如果能100%满产，则需要用氢：

（80+910）*0.15=148.5万吨。

另外，甘肃有大约37万吨/年合成氨（无水）的产量，需要的氢气量为6.53吨。

因此，按当前情况，甘肃省潜在的绿氢替代灰氢总量有81万～155万吨。

4.2 化工产业由“重”转“轻”为绿氢应用创造了可能

党的十八大以来，甘肃省按照“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局，牢固树立“五大”发展理念，坚持以深化供给侧结构性改革为重点，以扩规模、提等级、延链条、增效益为突破口，在调结构补短板、优布局转方式、强龙头带产业、重环保促安全上下功夫，通过大力调整产业和产品结构，实现了化工产业结构由“重”转“轻”，精细化工、化工新材料、新型煤化工等高端产业迅速崛起。

经过多年发展，目前甘肃石化行业高端产品比重已由25%提高到35%以上，精细化工产品比重由30%提高到45%以上。缺乏市场竞争力、产能过剩的初级化工产品产量大幅减少，附加值较高的化学农药等高端化学品和化工新材料产量、品种增加明显，产业结构逐渐由传统产业向新兴产业转变，氟化锂、碳纤维、风电涂料、水性涂料、聚苯硫醚等一批高技术含量产品迅速涌现，而且大多需要氢作为原料。

截至2021年底，甘肃省已形成较完整的石油化工产业体系，规模以上石化企业234家，较上年同期增加26家。石化行业总资产1789.4亿元，创历史新高，同比增长12%；完成工业总产值1713.3亿元，同比增长36.7%；营业总收入1697.6亿元，同比增长33.5%；实现利润总额102亿元，同比增长187.3%。在双碳背景下，相关化工企业良好的经营状况和盈利能力为利用高成本绿氢替代部分灰氢创造了可行条件。

4.3甘肃省、各地政府越来越重视绿氢及产业发展

2022年初，甘肃省人民政府办公厅发布了关于印发《甘肃省“十四五”制造业发展规划》和《甘肃省“十四五”工业互联网发展规划》的通知。要求积极培育壮大新兴和高技术产业，加大投入力度，在电池、储能和分布式能源、氢能、集成电路等新兴和高技术产业领域积极布局，加快突破关键核心技术与产品，加快培育“硬科技”企业，到“十四五”末，初步形成产业体系新支柱。在氢能产业领域，通知明确提出：有序推动制氢产业基础设施建设，谋划制氢、氢存储、氢运输、加氢站、氢燃料电池“五位一体”的氢能产业园。

2022年1月5日，甘肃省人民政府办公厅发布关于印发《甘肃省“十四五”能源发展规划的通知》，其中氢能方面指出：推动氢能产业发展。培育氢能产业，加快推进电解水制氢试点，打造规模化绿氢生产基地.有序推动制氢产业基础设施建设，谋划制氢、氢存储、氢运输、加氢站、氢燃料电池 “五位一体”的氢能产业园。加大钍基熔盐堆核能后续产业扶持力度，推动高温制氢装备、加氢催化制精细化学品相关产业发展。示范推广绿氢冶金、绿氢化工项目，开展能源化工基地绿氢替代，促进减少工业碳排放，有效降低冶金化工领域化石能源消耗。探索碳捕集和封存技术的商业化应用场景。“十四五”全省可再生能源制氢能力达到20万吨/年左右，按照这个目标，则“十四五”需要电解水制氢装机容量至少4450MW（电解槽年利用小时按2500h估算）。

2022年6月14日，为实施强工业行动，构建现代产业体系和聚焦振兴实体经济，加快重塑传统产业新优势，甘肃省工信厅牵头制定的《甘肃省强工业行动实施方案（2022－2025）》。《实施方案》提出，到2025年，石油化工和煤化工产业链：推动石油化工产业延炼补链，在庆阳建成千万吨级油气产能基础上加快石油和天然气大开发，三大炼厂、三大煤矿谋划一批减油增化、氢能和煤转化工产品项目，既提供汽柴油、特种油品、氢气等能源产品，又生产乙烯、丙烯等化工原料，在兰州新区、玉门、白银银东加快布局精细化工，全省化工产品增加到3000种以上，石化和煤化工总产值2025年达到3000亿元。新能源及装备制造产业链：加快推进行业龙头企业从传统装备制造向风光电、氢能、核能等新能源装备制造领域转型。依托酒泉千万kW级风电基地和百万kW级光电基地优势，引进建设一批风光电装备制造领军企业和配套企业。全省新能源及装备制造业总产值到2025年达到1000亿元。

2022年7月，甘肃省酒泉市人民政府办公室印发了《酒泉市氢能产业发展实施方案（2022-2025）》，方案强调，为了实现碳达峰、碳中和目标，要把握氢能产业发展机遇，建设氢能产业发展先行示范区，并从以下几方面目标着手推进：一是建立健全氢能产业发展的制度体系；二是实现可再生能源制氢与氢能装备制造业规模化发展。争取建成10万吨/年以上的绿氢生产基地，工业副产氢达到3万吨/年；三是建成各类示范应用项目，全面发展多元化应用场景。引进培育10家以上氢能企业，氢能全产业链产值达到100亿元左右。建设加氢站8座以上（含改扩建站），推广各类氢燃料电池汽车200辆左右。

5甘肃绿氢能产业面临的挑战

5.1 储运是发展绿氢产业的关键

和我国氢能资源呈逆向分布，资源西富东贫，北多南少，需求则相反的特点类似，甘肃同样存在这个问题，而且相对于其他省市，甘肃这个问题更为突出。

甘肃省地形狭长，中间狭窄处宽仅76公里左右，而东西长1655公里左右（详见图5）。绿氢资源，如资源丰富的风能，主要集中在河西走廊和省内部分山口地区，在河西西部、甘南西南部是中国太阳能资源最丰富的地区，而氢能需求则在河东，即沿黄河流域生态产业、陇东南先进制造产业2个产业集聚带中的石油化工企业。因此，储运环节在甘肃整个氢能产业链中非常重要，是甘肃发展绿氢的重中之重。

图5 甘肃省南北几个主要点距离示意

无论是采用高压、液化或管道直接储运氢，还是采用甲烷、液氨、甲醇或其他电力燃料的方式进行储运或消纳，需要结合甘肃实际、项目场景、目标市场、潜在消纳情况等认真思索和讨论问题。

5.2 氢能人才短缺是掣肘

当前，发展绿氢的大多是电力投资企业。而绿氢产业是一个从0到1的新兴产业，同时也是跨行业、跨专业的产业，其生产、营销模式，产业链等“传统”电力企业很大差别太大，和整个产业一样，缺乏氢能相关人才是目前甘肃发展氢能产业的一个掣肘。而氢能产业的快速发展，氢能行业就存在相关人才缺口的不断扩大的问题，因此，在氢能人才方面，甘肃要结合示范项目，通过市场招聘结合内部人才培训等方式来克服，同时也可尽快在相关高校、职业技术学校开设氢能相关专业，培养产业继续的相关专业、技术人才。

5.3 氢能增量市场不明晰也是风险点

尽管目前甘肃有100万吨/年的存量灰氢市场，在双碳背景下，也意味着未来会有100万吨/年的绿氢需求，但受制于绿氢的高成本、氢能供应链的不完善等现实问题，短期很难实现绿氢对灰氢的大规模替代。而从国内绿氢发展情况来看，增量市场更多在以氢能汽车为代表的交通等新兴领域。而在甘肃，除了酒泉对十四五期间加氢站、类氢燃料电池汽车提出了明确的目标外，其他地区，以及甘肃省一级政府都未提出明确目标，目前成熟度偏低、规模不大，需求尚未得到全面开发。因此，当前绿氢增量市场不明晰，绿氢的市场和销售问题是发展可再生能源制绿氢项目需要考虑和解决的风险点，以降低投资风险。

6 甘肃绿氢产业发展建议

6.1 以示范项目带动产业快速发展

目前，在西部几个新能源大省当中，甘肃氢能发展相对滞后。需要省政府、各地市政府，联合新能源投资企业，加快绿氢示范项目的推进，为产业的发展积累经验和培养人才，进而促进产业快速发展。

6.2 短期以高压储运技术为主

鉴于短期绿氢项目以示范为主，规模较小，且项目点将以临近氢气应用场景为原则，因此短期还是采用当前技术最成熟、成本最低的储运方式——高压储运技术。考虑到运输距离问题，项目还存在向邻近省市山西、内蒙古、宁夏售氢的可能。

今后，随着绿氢项目的爆发，氢能的需求地、应用形态等也必将多样化，长期来看将是多种储运技术并存，包括Power-to-X和液氢。

6.3 绿氨是值得探索的路线

甘肃有较多的绿氨产量和绿氨需求，白银银东化工集中区、金昌等都有较大的合成氨产能和产量，有潜在的绿氨需求。如在这两个的地方建设绿氢示范项目，可以直接增加1套小规模合成氨装置，投资增加不多。以10MW绿氢示范项目（10MW AEC +500kW PEMEC + 25kW SOEC）为例，总投资约11000万元，加装1套年产2000吨的合成氨生产线，投资增加约3000万，增加投资约27.2%。

6.4 择机开展其他E-feuls

长期来看，E-feuls将是世界氢能发展的一个重要方向，尤其是在航空航海领域。虽然甘肃是内陆省份，不存在海运减排问题，但是甘肃狭长的地形特点，决定甘肃省内航空需求较大，同样，甘肃地理位置决定其出省对航空依赖也很高，航空企业减排压力和需求较大。可以探索与西方先进技术接轨，加强在此领域的实践，示范有利于推动规模化生产的可再生电力燃油，为航空提供绿色低碳燃油。

7 初步结论

甘肃作为新能源资源大省，风电、光伏发展目标和速度要远远高于全国平均水平，同时甘肃本身电力消纳能力有限，未来甘肃省新能源消纳的压力很高，弃风弃光问题将非常突出。电解水制氢将是解决风能和太阳能消纳的重要途径，通过加快绿氢示范项目的推进，为产业的发展积累经验和培养人才，进而促进产业快速发展。

虽然氢能储运、氢能人才短缺以及增量市场不明显等，是目前甘肃省绿氢能产业面临的挑战，但甘肃现有资源、产业等为甘肃绿氢产业发展打下了较好的基础，绿氢技术的成熟和产业化的快速发展为甘肃新能源继续高速、高质量发展提供了技术保障和新爆发点，甘肃也将迎来实现新能源跨越式发展的历史机遇。在氢能储运路线方面，建议短期以高压储运技术为主，指出绿氨是值得探索的路线，同时可以考虑择机开展其他E-feuls（电力燃料）。