常纪文：将来10-15年传统式电力能源仍将占领主导性，

学者建议“东水西输”制绿氢，规模宏大但需政策支持

中国战略新兴产业融媒体记者 艾丽格玛

海水淡化工程，这个看起来离内陆地区十分遥远的技术应用手段，竟然能够跨越千山，在西部地区，帮助那里的风力发电机和光伏发电机解决一个重大的难题——储能。这一构思背后非比寻常的战略意义和经济成本考量到底是怎样的？它的可行性和痛点又有哪些？

跟随着一滴来自东边的海水，让我们踏上这条西行之路，一探究竟。

疗愈“弃能”之痛

在广袤的西部地区，林立的风力发电机和粼粼的光伏太阳能板傲然昭示着清洁能源产业的持续、高速增长。然而，前些年，由于当地新能源的开发和电力系统的消纳能力不匹配、清洁能源消纳问题存在较为明显的地域和时段集中分布的特征，西部部分地区出现了被迫“弃风弃光”的现象，一度成为热点话题。

例如，2018年，新疆、甘肃和内蒙古等地区“弃风弃光”电量超过300亿千瓦时，占全国总弃风弃光电量比例超过90%。

“弃风弃光”，究其根本，在于供需两端在时间和空间上的不匹配。

从时间上来说，风电、光伏发电等新能源出力具有较大的波动性，在时段分布上与用电负荷存在较大差异。比如，风电一般夜间出力较大，但此时用电负荷较小；光伏发电出力在傍晚快速减小，但此时实际用电负荷正迎来晚高峰。水电出力受来水情况影响，汛期出力较大而枯期出力有限。

从空间上来说，西部地区的“绿电”，几乎无法完全在当地消纳完毕。例如，截至2019年4月底，新疆、甘肃、蒙东风光发电装机分别是本地最大用电负荷的1.1、1.4、2.0倍，本地消纳能力严重不足。而若未及时配备有效的输送设施将电力输送出去，依然会导致严重的能源浪费，如“十三五”期间，青海海南州光伏发电装机平均每年以47%的增速增加，但与此相对应的能源消费增速仅有6%。宁夏通过两条直流通道与华东、华北电网跨区互联，但在实际运行中，受系统安全、受端省份接纳能力等因素影响，宁夏电能外送潜力也未能充分发挥。

国家能源局电力司相关负责人在回应相关问题时坦言，要推动新能源成为电力供应主体，需要构建新型电力系统，多措并举保障新能源高水平的消纳利用。其中，他提到了，要“加快储能的规模化发展”和“通过源网荷储一体化、多能互补等途径，实现电源、电网、用户、储能各类市场主体共同承担清洁能源消纳责任的机制。”

储能技术，成了解决和疗愈“弃能”之痛的一剂良药。

国务院发展研究中心资源与环境政策研究所副所长、研究员常纪文在接受本刊记者采访时提出，“在华北和西北地区大规模发展风光绿电，克服弃风弃光的现象，需对不稳定的绿电寻找经济合理的消纳途径。除就地发展高耗电的产业外，就地制绿氢也是一种可行的方式。”

“绿氢”，是利用可再生能源（例如太阳能、风能、核能等）发电后转化为电能，将电能通过电解水制氢设备转化成氢能。因其制取过程中只产生水，碳排放可以达到净零。有人将绿氢称为“最纯正的绿色新能源”，它在全球新能源转型中扮演着重要角色。

当下，可再生能源电解水制氢技术成为业界关注的焦点——也就是以“绿电”制“绿氢”。我国能源结构面临着巨大调整，氢能来源体系也将会有巨大改变，而其中一个重要的方向就是绿氢替代化过程。

常纪文表示，绿氢具有大规模、长时间的储能优势，将风光基地每天发电高峰期间的不稳定发电用于就地制氢，可大量减少“弃风弃光”现象，促进电网平稳运行。利用储存的氢发电还可为电网调峰，增加风光发电的外输量，助推能源体系绿色低碳转型。

在这里，我们的那一滴海水，就要开始扮演重要的角色了。

从海水到燃料

在风电、光电产能相对过剩的西部，将多余的电力就地转化为氢，储存以备后续使用，似乎正是一个完美的解决方案。

根据中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》（2020版），在2030年碳达峰情境下，氢气年需求量将达到3500万吨，在终端能源体系中占比约为5%；在2060年碳中和情境下，氢气年需求量将增至1.3亿吨左右，在终端能源体系中占比达到20%，其中绿氢规模有望达到1亿吨。

目前主要的制氢方式包括化石燃料制氢、工业副产制氢和电解水制氢等。虽然现在化石燃料制氢仍是主流，但普遍认为电解水制氢是未来最有发展潜力的绿色氢能生产方式。电解水制氢是在直流电下将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出，所产生的氢气纯度高（>99%）。利用可再生能源进行电解水制氢，是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺，与全球低碳减排的能源发展趋势最为一致。

然而，常纪文认为，规模化绿电制绿氢，总体面临着水资源有效供给不足的瓶颈问题。如光电和风电制氢，每千克氢平均需消耗淡水分别为32千克和22千克左右。按照绿氢制备规划，到2060年绿氢生产年需淡水量约27亿吨。由于沙漠、戈壁、荒漠地区风光资源与水资源的空间分布不太匹配，规模化绿电制绿氢的用水时间与可取用水资源的时间分布不太匹配，把不稳定的绿电输送至有水的地方制氢难以保障电网安全，且规模化绿电制绿氢对水质要求比较高，就近可利用的高品质水资源本就稀缺，长期、规模化的绿电制绿氢产生的新增用水需求势必加剧现有工业、城市、农业和生态用水的水资源供需矛盾。

根据中国氢能联盟研究院的预测，到2030年，华北-西北沿线风光大基地绿氢产量将达到全国绿氢总产量的50%。常纪文表示，在这些地区，水资源紧缺成为制约经济社会可持续发展的瓶颈。

也就是说，西部有电，但没有淡水可供电解制氢——巧妇难为无米之炊，资源掣肘难道就无法解决了吗？

科学家们把眼光转向了那片蓝色的海洋。

海水优势在于储量无比庞大。然而，海水成分非常复杂，包含了约92种化学元素，这暗藏着许多危险的“变化”。任何微小的“变化”都可能会对电解系统产生严重的损害，假如直接用海水来制取氢气的话，海水中高浓度的氯离子会腐蚀电极，在长时间运转之下，电极腐蚀后的制氢装置就将无法使用。

要想制取氢气，就必须先解决海水脱盐淡化的问题。

好在，这方面我国已经走在了前头：“十二五”时期，我国海水淡化行业尚处于初步发展阶段，国家政策从基础规划入手，先后出台了《关于加快发展海水淡化产业的意见》《海水淡化产业发展“十二五”规划》《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》等文件，指导海水淡化技术创新体系的建立。“十三五”时期，为推动海水淡化产业向规模化、集成化方向发展，国家发展改革委和国家海洋局共同印发了《全国海水利用“十三五”规划》，海水淡化成为我国战略性新兴产业。“十四五”以来，国家政策更加侧重应用，国家发展改革委和自然资源部联合印发了《海水淡化利用发展行动计划（2021-2025年）》，以推动海水淡化的规模化利用。

《海水淡化利用发展行动计划（2021-2025年）》具体提出的目标是，到2025年，全国海水淡化总规模达到290万吨/日以上，新增海水淡化规模125万吨/日以上，其中沿海城市新增海水淡化规模105万吨/日以上，海岛地区新增海水淡化规模20万吨/日以上。海水淡化关键核心技术装备自主可控，产业链供应链现代化水平进一步提高，海水淡化利用发展的标准体系基本健全，政策机制更加完善。

常纪文告诉记者，大规模的海水淡化水西输可以降低海水淡化和淡化水传输成本，不仅可满足华北和西北地区绿电绿氢产业快速发展的用水需求，在必要时还可用于沿线工业园区、农业、生活乃至生态，有助于全方位缓解缺水问题。

就此，海水淡化水西输工程的思路已经基本成型。

跨越1500公里的宏大设想

5月8日，一项题为《海水淡化水西输至华北和西北地区的初步研究》的调查研究报告摘要公开发布。这项研究，正是由常纪文牵头，中国水利水电科学研究院高级工程师王蕾、中国国际工程咨询有限公司张建红、刘堃等人共同参与的课题。

报告的摘要中提出，我国华北和西北地区水资源紧缺，但利用绿电发展绿氢产业前景广阔。目前流域调水难以满足该产业用水需求。如在渤海湾建设一批海水淡化基地，3亿吨/年规模的淡化水通过管道经河北、山西、内蒙古、宁夏西输至腾格里沙漠，工程上具有可行性。

常纪文告诉记者，海水淡化水西输的具体路线须与沿途氢能产业、工业园区、生活用水和生态用水的需水规划布局相协调，加强用水管理，保障海水淡化水持续规模化生产利用和水量分配合理高效。研究团队提出了从天津、唐山等地取水，途经北京、张家口、大同、鄂尔多斯，最终输水至腾格里沙漠的线路图，这条线路从东至西涉及多个省市，干线总里程超过1500公里。此外，由于取水地与用水地海拔落差高达近1500米，常纪文的团队提出，可利用绿电予以分级加压提升。

这项宏大的设想，光在工程上可行还不够，经济上的可行性也极为重要。为此，常纪文团队进行了精细的成本核算。

海水淡化水西输工程规模为3亿吨/年、电价为0.25元/千瓦时时，静态投资回收期为49.7年；当海水淡化水西输工程规模为10亿吨/年、电价降为0.25元/千瓦时，静态投资回收期为24.8年。常纪文告诉记者，对比可以发现，该成本与煤制氢、天然气制氢和工业副产品制氢的成本接近，具有市场竞争力。

常纪文认为，海水淡化水西输项目运营期用电量较大，特别是提升环节，由于扬程高、电耗大，电力成本在制水和输水成本中占比较大，因此，需要按照绿电上网电价或新基建予以政策支持。此外，考虑到沿线现有工业、农业、生活和生态用水缺口较大，有必要时可加大海水淡化和西输工程规模。

“从工程技术角度看，单路10亿吨/年对于长距离钢管输水是比较经济的，规模如再扩大，施工难度会骤升。”常纪文说，“10亿吨/年的供水规模除了能满足沿线绿电制绿氢和相关氢化工领域用水需求，还可用于部分满足沿线现有用水缺口，置换超采区地下水，将显著改善区域生态环境，防止沙漠入侵，促进区域经济社会发展。如果这样，胡焕庸线可能发生一定的时代改变。”

一滴海水，在这个工程构想中将产生脱胎换骨的变化——脱去盐分、成为淡水，跨越1500公里的距离，爬升1500米的落差，最终来到狂风肆虐、阳光直射的西部，在绿电的电解下转化成氢气，并顺手解决掉“弃风弃光”的产能过剩问题、沿途城市的淡水缺乏问题和制氢过程中的减碳问题。常纪文认为，这一项目如在工程和经济上可行，对于促进碳达峰碳中和、西部大开发和海洋强国战略，乃至改善西部地区生态环境，都具有重要的战略意义。