内蒙古自治区伊金霍洛旗绿氢产业发展路径研究

2023-03-08辛颂旭张佳丽

水力发电 2023年8期

熊力，吴昊，王杰，辛颂旭，张佳丽，罗咏

(1.水电水利规划设计总院，北京 100120；2.中国产业发展促进会氢能分会，北京 100080；3.湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北武汉 430040)

0 引言

氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的理想二次能源，在能源转型和实现碳中和的过程中，承担着不可替代的重要角色[1]。

作为内蒙古自治区鄂尔多斯城市核心区的重要组成部分，伊金霍洛旗经济发展水平较高，已达到工业化高级阶段。与此同时，在能源转型大趋势和国家双碳目标引领下，伊金霍洛旗的能源变革也在近年来持续加速，随着可再生能源成为主力军，由可再生能源制取的绿氢将发挥日益重要的作用。

伊金霍洛旗是我国重要能源基地，风、光等可再生资源丰富，可再生能源发展潜力巨大，亟需深度挖掘氢能的纽带作用，可连接煤炭、可再生能源、天然气等多种能源形式，协同管理能源供应端和消费端，推进煤炭优质产能充分释放，构建“多能互补、源网荷储协同”的一体化区域能源网络。为此，本文通过分析伊金霍洛旗绿氢产业发展的背景、机遇、挑战，研究绿氢产业在当地的发展路径，拥有多方面的意义：一是，通过发展路径研究，助力伊金霍洛旗绿氢产业逐步走向成熟，进而推动当地可再生能源的持续发展和能源变革的推进，服务国家双碳战略。二是，通过分析伊金霍洛旗绿氢产业发展形势，推动当地产业发展，为可再生能源资源富集地区氢能产业的布局和构建新型能源体系提供可复制的经验。三是，通过助力伊金霍洛旗氢能全产业链发展，有助于推动我国氢能产业竞争力的提升。

1 伊金霍洛旗绿氢产业发展背景

1.1 政策支持

近年来，国家持续出台支持氢能产业发展的政策，其中，《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》提出，结合资源禀赋特点和产业布局，因地制宜选择制氢技术路线，逐步推动构建清洁化、低碳化、低成本的多元制氢体系。在风光水电资源丰富地区，开展可再生能源制氢示范，逐步扩大示范规模，探索季节性储能和电网调峰[2]。

与此同时，内蒙古自治区也在积极制定氢能产业，尤其是绿氢产业的相关支持政策[3]。2022年2月，《内蒙古自治区人民政府办公厅关于促进氢能产业高质量发展的意见》出台，该文件明确，“十四五”末，内蒙古绿氢生产能力要达到50万t以上。2022年2月，《内蒙古自治区“十四五”氢能发展规划》出台，提出重点打造“一区、六基地、一走廊”的氢能产业布局，打造全国绿氢生产基地，到“十四五”末，内蒙古计划达成供氢能力160万t/a，绿氢占比超30%。

伊金霍洛旗在内蒙古自治区和鄂尔多斯市的氢能战略布局中都有着重要的定位。2022年4月，鄂尔多斯市政府印发《“北疆绿氢城”行动方案(伊金霍洛旗先行先试)》提出，“十四五”期间，伊金霍洛旗氢能先行先试取得显著进展，建成可再生氢供给体系；建成龙头引领、布局清晰、配套完善的氢能装备制造体系，氢能及燃料电池核心环节及关键配套产业全面落地；氢能实现全场景引领示范；氢能装备产品辐射鄂尔多斯及周边地区。

1.2 资源条件

伊金霍洛旗氢气来源广泛，具备氢源基础。伊金霍洛旗煤炭资源量多、质好、易采，已查明煤炭资源储量约560亿t，保有储量325亿t，年产煤炭2亿t，是全国第三大产煤县和国家重要的能源战略基地之一。

伊金霍洛旗地处鄂尔多斯高原东南部、毛乌素沙地东北边缘，风能资源、太阳能资源丰富，开发潜力巨大，规模化制氢成本优势明显，具备成为内蒙古自治区重要的清洁能源输出基地的发展潜力。

1.3 产业基础

目前，伊金霍洛旗已具备氢能产业链初步基础。伊金霍洛旗依托现有自治区级化工园区，积极打造“源网荷储”一体化零碳园区；围绕燃料电池重卡生产制造，正在开发燃料电池生产线并引进整车制造生产线；目前已研发出不同规模燃料电池电堆，正在开发大功率燃料电池电堆生产线；大型煤化工企业积极探索副产氢提纯利用，园区内已建成移动式撬装加氢站，开启氢燃料电池重卡应用示范，在此基础上布局绿氢耦合煤化工示范项目。

同时，伊金霍洛旗具有丰富的氢能消纳场景。伊金霍洛旗工业化水平较高，脱碳诉求强烈，现有化工产业存在大量制氢、用氢环节，通过打造氢燃料电池重卡与氢燃料电池物流车应用场景，可深度挖掘氢能消纳的场景。利用绿氢的零碳属性，科学调控传统化工行业产业规模，通过积极推进绿电、绿氢与煤化工产业耦合，布局二氧化碳规模化捕集、封存和制绿色化学品等示范项目，可加速实现煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展。紧密围绕上海示范城市群的产业分工，助力构建“中长途+中重载”的应用场景，通过氢燃料电池重卡部分替代燃油重卡，可构建全生命周期绿色交通体系。

2 伊金霍洛旗氢能产业发展形势

2.1 国内外氢能发展形势

当前，全球氢能产业发展不断加速。根据国际氢能委员会预测，到2050年，氢能将占全球能源需求量的18%，形成一个每年超2.5万亿美元的市场，发展空间及潜力巨大[4]。

我国氢能产业呈快速发展趋势，氢能产业政策体系日趋完善，产业链与国际先进水平差距逐步缩小，国内外合作进一步加强[5]。目前，我国已经初步形成了从基础研究、应用研究到示范推广的全方位发展格局，布局了涵盖制氢、储运、加注、应用4个环节的完整产业链。虽然与发达国家相比，我国氢能产业基础还较为薄弱，技术水平存在一定差距，在产业规模、技术水平、材料研发、生产工艺、专利和标准输出等方面仍需加强创新攻关，特别是高性能材料和精密制造部件仍存在卡脖子现象，氢能各个环节装备及产品的性能、使用寿命、制造工艺等方面较国外仍有一定差距。但是，近两年，我国氢能产业发展，尤其是可再生能源制氢的规模和速度全球领先。

2.2 伊金霍洛旗氢能产业发展现状

伊金霍洛旗立足鄂尔多斯，幅员辽阔，风光资源富集，境内新能源应用场景丰富，新能源重卡、煤化工制氢需求旺盛，园区存量土地开发潜力巨大，地区营商环境对标迈进全国一流，这些多方面的特点和优势，全力推进绿色低碳转型[6]。

2021年3月，我国第一家零碳产业园在伊金霍洛旗蒙苏经济开发区正式落地开工，按照规划，到“十四五”末，园区将实现百亿度绿电供给消纳，年减排二氧化碳1亿t。该产业园集聚风光氢储车新能源产业，通过构建“一轴双核两区”、“绿网渗透”城市化布局[7]。目前，风光氢储车五大产业建设初见成效，千亿级新能源产业集群规模初现，已形成了围绕动力电池与储能、电动重卡、电池材料、绿色制氢等风光氢储车上下游集成产业链，可再生能源利用成效显著提升[8]。

(1)碳酸钙煅烧温度不同，生成的生石灰活性不同。煅烧温度太低，反应不充分，碳酸钙分解不完全，而温度太高又会出现烧结现象，这两种情况下均会导致生石灰活性下降。因此，碳酸钙较适宜的煅烧温度为1 000 ℃，生成的生石灰活性度最高。

在双碳背景下，伊金霍洛旗大力发展氢能产业，先后引进上汽红岩、美锦国鸿、鄂尔多斯悦驰、捷氢科技等新能源车辆生产制造头部企业落户蒙苏经济开发区，全力培育风光氢储车新能源产业集群。截至2022年底，当地已累计在矿区推广应用近300辆氢能和电动新能源重卡，率先在全国打造以氢能源为主的新能源重卡应用示范基地，每年减少碳排放量约300万t[9]。

同时，伊金霍洛旗氢能基础设施建设也逐步加速，截至2022年底，伊金霍洛旗已有5座加氢站，正在规划建设3座制氢站和25座加氢站，为氢燃料车辆运行做好全方位保障。伊金霍洛旗在“制氢—储氢—运氢—用氢”等关键环节持续发力，向着打造北疆绿氢城的目标进发。

2.3 伊金霍洛旗氢能产业发展机遇与挑战

伊金霍洛旗作为国家重要的能源战略基地，具有承担保障全国以及内蒙古自治区能源安全的艰巨任务，推动氢能经济新产业、新业态形成，加速氢能取代煤炭成为伊金霍洛旗的经济支柱，是伊金霍洛旗实现能源结构优化的必然趋势[10]。

尽管伊金霍洛旗的氢能产业已经具备良好的基础，然而在发展过程中仍存在一定挑战。随着国家氢能支持政策的推出，全国各地竞相布局氢能产业，导致目前氢能领域人才缺口越来越大[11]。目前，氢能领域专业人才数量严重不足，有经验的相关人才缺乏，需要企业自主培养，过程相对较长。国内氢能产业发展起步较晚，实践水平不够深入，关键技术的技术积累尚不充分。同时，在氢能产业标准化仍需完善。伊金霍洛旗对氢能标准化活动参与程度不足，氢能在多场景的应用缺乏标准体系支撑，如输氢管道、天然气管网掺氢等。此外，目前还存在产业资本力度不够、行业规范和标准不健全甚至缺失、相关流程亟待加强等问题[12]。

3 伊金霍洛旗氢能产业发展路径

根据地方政府的规划与定位，随着伊金霍洛旗在氢能领域的持续发力，研究认为，到2025年，当地有望形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境，产业创新能力显著提高，基本掌握核心技术和制造工艺，初步建立较为完整的供应链和产业体系；在氢能示范应用方面，也有望取得明显成效，清洁能源制氢及氢能储运技术有望取得较大进展，可再生能源制氢能力将达到7.3万t/a，成为新增氢能消费的重要组成部分，燃料电池车辆保有量将达到约2 000辆，部署加氢站约22座。到2030年，有望形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系，有力支撑碳达峰目标的实现；氢能产业规划目标将总体完成，重点平台运行日臻完善；同时，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升；氢能市场活跃，为国内外氢能发展起到较大的引领的示范作用，辐射带动鄂尔多斯氢能产业不断发展[13]。

3.1 推动制氢产业多元发展

基于双碳目标和当地优越的风光资源，伊金霍洛旗可以实施风光氢储多能互补，推进风光等可再生能源大规模电解水制氢，提高工业副产氢利用规模，建立绿色、安全、高效的氢能供应体系，助力鄂尔多斯市打造国家级的绿氢生产、应用、输出基地[14]。以可再生能源制氢为主，优先开展可再生能源电解水制氢示范，结合地区资源禀赋，差异化实施；充分挖掘现有煤化工产业的副产氢资源潜力，就近供应，带动伊金霍洛旗煤化工循环经济产业链延伸和转型升级；探索生物质制氢等多种氢制技术应用，为氢能产业发展提供氢源保障。

3.2 开展氢能关键技术攻关

由于当地存在关键技术积累不足、资本关注度不高的劣势，伊金霍洛旗需引进氢能产业链重点企业，攻克大规模电解水制氢技术、副产氢纯化技术；积极研究高压气态、低温液态、稀土合金固态储氢材料和储氢容器制造技术，推进大型燃料电池电堆和双极板、膜电极材料等关键技术和系统集成。重点研发可再生能源高效制氢、70 MPa以上加氢站和车载储氢系统、低温液态储氢、天然气管道掺氢等相关核心技术和关键设备，在关键零部件及核心材料制造、工艺技术、控制技术等领域取得突破。依托蒙苏工业园区现有基础，引入氢燃料电池与材料产业化项目，实现质子交换膜燃料电池关键材料、部件落地批量生产，带动鄂尔多斯市整车及氢燃料电池领域各行业的全面发展。开展氢储能技术研究，探索大容量、长周期的氢储能技术路径[15]。

3.3 推进加氢基础设施建设

为促进氢能全产业链的协同发展，伊金霍洛旗需以应用示范为先导，结合氢源、氢气运输及加氢站建设条件，在核心重点区域、重点物流等沿线合理布局，稳步推进加氢站及油气氢综合能源站建设，并根据产业发展需要和适度超前的原则逐步扩大范围，完善加氢基础设施。充分发挥联合建站集约优势，鼓励在矿区及公路沿线推进氢/油、氢/气、氢/电混合场站布局。

3.4 推广氢能多领域应用

以低碳零碳化工转型为主要应用领域，伊金霍洛旗可以逐步探索绿氢在煤化工领域的应用，以绿色甲醇、绿色合成氨生产为突破口，以氢基化工为路径，延长绿氢精细化工产业链，突破绿氢与煤化工领域深度耦合技术，将绿色氢基精细化工打造成氢能支柱产业，实现传统煤化工产业向低碳、零碳化工转型。

(1)推动液态阳光中试放大示范落地，打造液态阳光产业示范基地，点亮伊金霍洛旗创新氢能名片。以绿氢合成甲醇为起点，拓展绿色合成氨产业链，发展绿氢精细化工，打造自治区级绿色甲醇化工、绿色合成氨完整产业链。

(2)探索煤化工向精细化工延伸，利用绿氢产业发展新型尿素、烯烃、脱硫剂等精细化工产品。

(3)打造大型绿色煤化工先行示范区，承担保障国家能源安全重要责任。在绿色合成氨、绿色合成甲醇项目示范基础上，打造绿色合成甲烷、绿色合成航空煤油等系列氢基合成燃料项目，与其他地区协同发展，将鄂尔多斯打造国内领先氢基合成燃料化工基地。

3.4.2 交通领域

伊金霍洛旗作为重点引领区域，在氢能制备储运、氢燃料电池制造、产品集成、示范应用方面发挥重要作用。随着燃料电池技术的成熟，当地可以以重卡为抓手，围绕重点区域，由氢燃料电池重卡应用场景逐步拓展至煤炭基地、化工园区的特种工程车辆、重型机械应用场景等，打造成自治区级燃料电池重卡规模化应用的示范标杆，打造煤炭矿区内部、化工园区周边绿色低碳运营体系。

3.4.3 储能领域

储能是氢能应用的重要发展方向，伊金霍洛旗可以结合自身产业基础和优势，发展氢能储能系统和氢能调峰电站，以及备用应急发电、分布式发电等技术及设备，加快发展固体氧化物燃料电池技术，以及基于固体氧化物燃料电池技术的冷热电三联供集成技术和设备等。

同时，伊金霍洛旗应支持燃料电池发电在应急保供(如电网应急电源车、5G通讯基站备用电源等)、应急调峰等方面的应用示范；支持建设氢电综合调峰站；突破燃料电池冷热电三联供关键技术，在公共建筑如写字楼、商场等开展示范，促进分布式氢能技术发展及应用，优先支持在氢能园区开展示范应用；支持通讯基站备用电源项目示范和规模化应用。

3.5 完善氢能装备制造产业链

在氢气制备、储运、加注、氢燃料电池发动机与多能联供、氢气纯度检测等方面，伊金霍洛旗可以以核心技术、基础材料及关键零部件为突破口，以自治区内优秀企业及机构与国内外一流装备研发制造企业及科研院所强强联合，开发高性能、低成本、长寿命的具有自主知识产权的产品，打造国内外知名氢能产业品牌，并形成规模化生产制造能力。依托核心重点企业开发氢燃料电池车辆并批量化生产，打通燃料电池发动机-车辆供氢系统-整车设计制造全产业链，从而满足伊金霍洛旗需求并辐射周边地区。

4 建议

基于丰富的可再生资源和产业发展基础，伊金霍洛旗在绿氢产业发展、打造氢能完整产业链方面有着得天独厚的优势，并在内蒙古自治区和鄂尔多斯市的氢能产业布局中有着关键的定位。但与此同时，技术、标准等方面存在的不足，也会对伊金霍洛旗绿氢的发展带来影响。基于自身发展的优势和劣势，伊金霍洛旗需要从多元化制、关键技术攻关、基础设施建设、多领域应用以及完善装备制造产业链等方面发力，通过扩大示范规模，推动制氢、储运、用氢规模快速增长，促进氢能技术进步和产业发展。

4.1 加强顶层设计，统筹规划总体布局

深入推进氢能产业资源整合和布局优化，在氢能制储运、燃料电池系统、整车集成等方面打造优势产业链。建设氢能产业创新试点示范区，加快氢能基础设施建设，加速氢燃料电池汽车、氢分布式能源系统等示范运营，形成氢能产业试点和氢能示范生态圈，带动突破氢能源燃料电池电堆关键材料与零部件核心技术，培育经济社会发展新增长点。

4.2 坚持创新驱动，推动关键技术突破

统筹建立氢能研发平台和产业联盟，遵循政府作引导、企业为主体、市场化运作的原则，支持建立由能源生产、装备制造、交通运输、冶金材料等行业的企业、科研院所和金融机构等组成的氢能产业发展联盟，围绕氢能产业链集聚创新资源，打造集科研、产业孵化、人才培养、科技金融服务为一体化平台。

4.3 建设基础设施，加速形成配套网络

利用现有基础设施进行改扩建形成新的加氢站，可以加速形成配套网络，实现氢能加注的商业化应用。加快加氢站等基础设施规划建设，努力建成与氢能应用相适应的供氢网络，积极探索混合建站发展模式，鼓励利用现有的加油站、加气站改建或扩建加氢设施，鼓励新建油气站同步进行加氢设施建设。

4.4 明确发展重点，打造氢能产业生态

结合伊金霍洛旗可再生能源资源优势，整合上游氢能优质资源、下游氢能应用产业，推进氢能示范产业园建设，加快可再生能源的氢能综合利用项目研究。拓展延伸产业链条，进一步挖掘氢燃料电池的应用潜能，拓展氢能在多领域的产业发展。在积极培育本地氢能相关企业的基础上，加强吸引内地氢能优势企业来伊金霍洛旗投资。引导氢能产业集中布局、集聚发展，加快形成开放、协同、共享的产业生态系统。

4.5 引进技术人才，加强创新能力建设

加快氢能产业人才队伍建设，进一步培育和集聚具有先进科技水平与创新能力的研发平台，支持高校加强全国一流学科和特色学科群建设，依托优势学科培养一批氢能技术研究、产品开发和应用检测等创新型人才。

4.6 产学研用联动，构建氢能创新平台

充分发挥高校、科研单位和企业在技术创新中的主体地位，整合氢能产业相关企业、高校及科研院所等优势资源，构建政府、高校与企业、科研与产业紧密结合的运行机制，共同推进氢能产业的发展。依托重点高校、骨干企业、科研院所技术研发优势，争取更多国家级、省级技术创新中心、重点实验室落户伊金霍洛旗。遵循政府作引导、企业为主体、市场化运作的原则，构建以关键技术、产品工程化为主线的技术创新体系。

4.7 开展试点推广，丰富示范应用场景

利用丰富的可再生资源，开展电解水制氢，以燃料电池汽车为突破口，开展氢燃料电池汽车及加氢站的示范运行及天然气掺氢燃烧、天然气汽车掺氢燃烧的研究，加强探索加氢基础设施及燃料电池汽车的示范运行和天然气氢气混烧技术、天然气汽车的掺烧技术及中水制氢的技术突破，为将来建设风-光-氢多能耦合综合利用提供理论和实践依据，逐步探索规划适合伊金霍洛旗的氢能经济发展路径。

4.8 加速招商引资，形成规模集群效应

把握一带一路建设机遇，充分发挥伊金霍洛旗在丝绸之路经济带的能源战略区位优势，合理运用伊金霍洛旗清洁能源制氢的资源优势，坚持走出去和引进来并重，丰富交流合作形式，积极组织氢能产业发展行业会议、高峰论坛，搭建交流平台，凝聚前沿力量，鼓励企业、科研院所与国内外机构开展经验交流和技术合作，提升伊金霍洛旗氢能行业影响力和竞争力。