楊千河 許利軍

(張家口學(xué)院，河北 張家口 075000)

1 張家口可再生能源“四方協(xié)作機(jī)制”的現(xiàn)狀

張家口緊緊抓住首都“兩區(qū)建設(shè)”和舉辦2022年冬奧會(huì)的重大歷史契機(jī)，科學(xué)有序、創(chuàng)新推動(dòng)“可再生能源示范區(qū)”建設(shè)發(fā)展，在國家、省有關(guān)部門的支持下，大膽探索、創(chuàng)新政策設(shè)計(jì)，于2017年2月首創(chuàng)了“四方協(xié)作機(jī)制”，探索出了一條將當(dāng)?shù)刎S富的可再生能源電力就地消納應(yīng)用的新模式，實(shí)現(xiàn)了冬季綠色供暖的新路子.[1]“四方協(xié)作機(jī)制”是指由“政府部門+電網(wǎng)企業(yè)+可再生能源發(fā)電企業(yè)+用戶企業(yè)”為基礎(chǔ)構(gòu)建的張家口可再生能源示范區(qū)清潔能源替代的基礎(chǔ)性機(jī)制，旨在推進(jìn)張家口可再生能源電力市場(chǎng)化交易工作，使準(zhǔn)入的用電機(jī)構(gòu)與已并網(wǎng)的可再生能源發(fā)電企業(yè)，對(duì)保障性收購年利用小時(shí)數(shù)以外的電量，通過掛牌、協(xié)商、競(jìng)價(jià)等市場(chǎng)化交易方式進(jìn)行的中長期電量交易[2]，其運(yùn)作流程如圖1所示.“四方協(xié)作機(jī)制”通過可再生能源電力市場(chǎng)化交易，電力用戶最低可享受到每度電0.15元左右的優(yōu)惠電價(jià)，比正常的低谷電價(jià)每度電0.28元降低了近50%，有效地促進(jìn)了示范區(qū)可再生能源的就近消納，降低了用電企業(yè)的用電成本，提高了用電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的高效利用，解決了電力外送困難的問題，為打贏京津冀地區(qū)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)和打造綠色冬奧提供積極支撐.

圖1 四方協(xié)作機(jī)制運(yùn)行流程圖

“四方協(xié)作機(jī)制”創(chuàng)立之初，為消納本地豐富、優(yōu)質(zhì)的清潔可再生電力，同時(shí)解決冬季燃煤供暖的污染問題，實(shí)行按需調(diào)配、有供有求的供電政策，保證電力輸出節(jié)約性及高效性；電力網(wǎng)絡(luò)下游整合我市供熱單位需求，采用電采暖方式取代傳統(tǒng)燃煤供暖，減少燃煤污染、增加清潔可再生能源發(fā)電的轉(zhuǎn)化通路，構(gòu)建了可再生能源到熱能的能源產(chǎn)業(yè)鏈條，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的社會(huì)效益變現(xiàn).2017年10月27日，張家口可再生能源電力市場(chǎng)化交易在冀北電力交易中心首次掛牌交易取得圓滿成功.

隨著張家口市可再生能源示范區(qū)的示范效應(yīng)愈發(fā)提高以及2022年北京——張家口冬季奧運(yùn)會(huì)的賽事運(yùn)營體系逐漸建立，阿里巴巴云計(jì)算數(shù)據(jù)中心、河北秦淮數(shù)據(jù)、法國MND等冰雪裝備企業(yè)、金風(fēng)科技等多家高新技術(shù)企業(yè)入駐張家口，以張家口為核心的生產(chǎn)制造、交通運(yùn)輸、終端用能設(shè)備等多種行業(yè)上下游供應(yīng)體系逐步形成.為鼓勵(lì)高新技術(shù)企業(yè)投資入駐、吸引國內(nèi)外投資力量，張家口市積極調(diào)動(dòng)資源，拓展“四方協(xié)作機(jī)制”服務(wù)范疇，將以上行業(yè)企業(yè)納入?yún)f(xié)作機(jī)制用電網(wǎng)絡(luò)，有效降低生產(chǎn)成本.本項(xiàng)舉措不僅有利于河北北部產(chǎn)業(yè)布局，更是對(duì)我市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化.

2 問題的提出

氫能是當(dāng)前世界能源可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的重大戰(zhàn)略方向.氫氣的分子式是H2，是自然界最輕的氣體.氫氣密度為0.0899g/L，1千克氫氣大約為11個(gè)立方.地球上的氫元素儲(chǔ)量非常豐富,且主要以水的形式存在,足以保證其作為能源原料供給的充足性.氫氣燃燒后的生成物僅有水，零污染，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的閉環(huán)，是一種可持續(xù)的能源.氫氣的熱值是142KJ/kg，是常用能源中最高的，約是石油的3倍、煤炭的4.5倍.正是因?yàn)闅錃饩哂衅渌Ｓ媚茉床痪邆涞闹T多優(yōu)點(diǎn)，才被認(rèn)為是能源問題的終極解決方案.

張家口作為我國目前唯一的國家級(jí)可再生能源示范區(qū)，具有發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)[3].目前，已經(jīng)有北京海珀?duì)枤淠芸萍加邢薰尽⒈本﹥|華通科技股份有限公司等制氫用氫企業(yè)入駐張家口，中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)公司、金風(fēng)科技、國電電力河北新能源開發(fā)有限公司等能源企業(yè)也開始布局氫能業(yè)務(wù)，初步鋪設(shè)出了一條“制氫——加氫——?dú)淙剂习l(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)——?dú)淠芷嚿a(chǎn)”的氫能產(chǎn)業(yè)鏈.

氫能是當(dāng)前最火熱的新能源投資熱點(diǎn)，也是未來新能源的發(fā)展方向.據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》(2019版)預(yù)測(cè)，到2025年，全國將建成200座加氫站，2050年，加氫站數(shù)量將超過1萬座.張家口市借助創(chuàng)建“氫能城市”的契機(jī)，以市區(qū)公共交通為突破口，積極引進(jìn)國內(nèi)氫能行業(yè)的優(yōu)秀企業(yè)，大力推廣氫能公交車輛的上線運(yùn)行，登上了全國氫能公交數(shù)量首位的寶座；同時(shí)，加大配套建設(shè)加氫站的力度，為城市公交提供24小時(shí)不間斷加氫服務(wù)，保障氫能公交眾多線路三百余輛車的穩(wěn)定供氫，并且于北京——崇禮沿線同步建設(shè)奧運(yùn)車輛加氫站點(diǎn).張家口在打通中下游氫能供需通路后積極探索上游供應(yīng)鏈完整性，在風(fēng)電項(xiàng)目周邊布局電解水制氫基地，旨在完善產(chǎn)業(yè)鏈條，打造供氫用氣一體化商業(yè)模式[4].由于張家口“四方協(xié)作機(jī)制”尚屬首創(chuàng)，平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)處于磨合期，各種政策性規(guī)定還有待進(jìn)一步完善和調(diào)整，導(dǎo)致目前接納的行業(yè)企業(yè)較少，相當(dāng)一部分優(yōu)質(zhì)制氫項(xiàng)目還未享受到加入“四方協(xié)作機(jī)制”帶來的優(yōu)惠政策，致使此類項(xiàng)目用電成本相對(duì)較高，直接影響到企業(yè)的健康發(fā)展.

因此，對(duì)將“風(fēng)電水電解制氫”等制氫類行業(yè)統(tǒng)一納入“四方協(xié)作機(jī)制”的可行性進(jìn)行深入研究，提出適當(dāng)拓展“四方協(xié)作機(jī)制”的合理化建議，對(duì)加速張家口電力經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，拓展電力交易網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)氫產(chǎn)業(yè)鏈健康、可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論參考和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.

3 可行性分析

3.1 行業(yè)企業(yè)背景分析

(1)技術(shù)優(yōu)勢(shì).

本課題重點(diǎn)以北京億華通科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱：億華通)為例進(jìn)行分析.作為中國氫能產(chǎn)業(yè)先行者，億華通的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，致力于打造更好的氫能解決方案.目前，億華通已形成以自主氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)為核心，包括雙極板、電堆、整車控制器、智能DC/DC、氫系統(tǒng)、測(cè)試設(shè)備、燃料電池實(shí)驗(yàn)室全套解決方案等在內(nèi)的縱向一體化產(chǎn)品與服務(wù)體系.建立在核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)基礎(chǔ)上的全新一代氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，提前完成國家燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)，成為行業(yè)的國際領(lǐng)導(dǎo)者.自主開發(fā)的全系列測(cè)試服務(wù)體系為眾多主流商用車企的燃料電池實(shí)驗(yàn)室提供全套解決方案.

(2)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì).

億華通研發(fā)團(tuán)隊(duì)是一支高效、專業(yè)的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，憑借多年來的產(chǎn)品和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，先后參與或承擔(dān)了國家多項(xiàng)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中眾多燃料電池重大專項(xiàng)課題及聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)GEF示范項(xiàng)目，并參與多個(gè)世界級(jí)重大活動(dòng)的燃料電池客車示范運(yùn)營項(xiàng)目.產(chǎn)業(yè)化層面，億華通既是先行者，也是核心推動(dòng)者.公司分別與宇通、福田、中通、申龍、蘇州金龍、安凱、中植、東風(fēng)、重汽、陜汽、北汽、廣汽、長安等企業(yè)合作，聯(lián)合推出客車、物流車、乘用車、叉車、有軌電車、固定電源等全系列產(chǎn)品，企業(yè)覆蓋與公告車型數(shù)量均實(shí)現(xiàn)大幅領(lǐng)先.億華通將以2022年冬奧會(huì)為契機(jī)，在張家口市建設(shè)中國最大的氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)基地，為冬奧會(huì)氫能源運(yùn)營車輛提供供需一體化服務(wù)保供計(jì)劃.

3.2 效益與發(fā)展前景分析

將“風(fēng)電水電解制氫”等制氫類行業(yè)，類似億華通的龍頭企業(yè)統(tǒng)一納入我市“四方協(xié)作機(jī)制”，可以通過政府協(xié)調(diào)發(fā)電企業(yè)，將優(yōu)質(zhì)的風(fēng)能、太陽能、等可再生自然資源轉(zhuǎn)化為清潔電能，再以清潔電能驅(qū)動(dòng)制氫產(chǎn)業(yè)，最后以制氫產(chǎn)業(yè)推動(dòng)車機(jī)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)從風(fēng)、光到動(dòng)能的清潔、綠色氫產(chǎn)業(yè)鏈，打造“零碳”制氫與可再生能源發(fā)電協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展的新模式，可以有效降低棄風(fēng)棄電率.利用風(fēng)電、光伏發(fā)電進(jìn)行電解水制氫，工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，但是耗電量較高，生產(chǎn)成本較大.根據(jù)當(dāng)前制氫項(xiàng)目的技術(shù)水平，電解水制氫的電力消耗約為4.5kW·h/m3,水消耗約0.8kg/m3.工業(yè)用水價(jià)格一般為4.1元/噸，則電解水制氫的單位變動(dòng)成本為：C=0.8*0.0041+4.5*P(P為電力價(jià)格：元/kW·h).由此可見，電解水制氫的成本除固定成本以外主要由電力消耗構(gòu)成，用電成本大約占到綜合成本的70-80%，耗電量成為了決定制氫成本的敏感因素，在很大程度上決定了氫氣的成本.水電解制氫如果要和汽油實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，在不考慮運(yùn)輸成本的條件下,按照目前的油價(jià)來計(jì)算的話，必須保證提供0.31元/kW·h以下的電價(jià).如果考慮實(shí)現(xiàn)氫氣的價(jià)格比同期汽油價(jià)格享有一定競(jìng)爭(zhēng)力的情況，以比92號(hào)汽油為例，中投網(wǎng)未來智庫在2019年4月18日公布的一組數(shù)據(jù)更能說明一些問題[5]，如圖2所示.由此可見，只有能享受到實(shí)實(shí)在在的電價(jià)優(yōu)惠政策，才能有效降低制氫的成本，使氫氣能夠和燃油進(jìn)行公平競(jìng)爭(zhēng).

圖2 氫氣價(jià)格與汽油價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力對(duì)應(yīng)電價(jià)表

以億華通為例，目前制氫使用的電價(jià)是0.5元/kW·h，每公斤氫氣的綜合電耗大概是55kW·h；如果能加入張家口四方協(xié)作機(jī)制，享受不高于0.36元/kW·h的優(yōu)惠電價(jià)，按照耗電費(fèi)用占綜合成本的最低68%來計(jì)算，如圖3所示，每公斤氫氣的綜合成本大約能減少9元左右.如果以目前一期項(xiàng)目產(chǎn)氫量為2000Nm3/h，日產(chǎn)氫總量約為4噸來計(jì)算，每日可以節(jié)省成本3.6萬元；一年按照300個(gè)工作日，24小時(shí)不間斷作業(yè)，由此可計(jì)算出每年節(jié)省成本1314萬元；以二期項(xiàng)目計(jì)劃的產(chǎn)氫量10000Nm3/h，日產(chǎn)氫總量約20噸來計(jì)算，每日可以節(jié)省成本18萬元；一年按照300個(gè)工作日，24小時(shí)不間斷作業(yè)，可計(jì)算出每年節(jié)省成本6570萬元.隨著光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，電價(jià)在未來仍有的下降可能，加入張家口四方協(xié)作機(jī)制給制氫企業(yè)帶來的利潤還有較大的上升空間.

通過以上數(shù)據(jù)分析可見，只有了解了在一定情況下制氫成本和電價(jià)的這種正相關(guān)的函數(shù)關(guān)系，才能在政策的頂層設(shè)計(jì)時(shí)，既考慮如何消納棄風(fēng)棄電的同時(shí)又要考慮為制氫企業(yè)提供優(yōu)惠的電價(jià)，有效降低制氫成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)張家口“化電為氫”的目的.

圖3 水電解制氫的成本分布圖

張家口作為我國唯一的國家級(jí)可再生能源示范區(qū)，首創(chuàng)的“四方協(xié)作機(jī)制”為全國可再生能源發(fā)展及可再生能源電力交易提供了可復(fù)制可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和做法，為制氫產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了制度和經(jīng)濟(jì)兩方面的雙重保障，對(duì)作為我市的七大產(chǎn)業(yè)之一的綠色可再生能源產(chǎn)業(yè)鏈的完善和發(fā)展形成了極大的推動(dòng)作用，對(duì)把我國建設(shè)成為舉世矚目的綠色能源大國起到了積極的促進(jìn)作用.未來可期，張家口不僅可以憑借自身豐富的可再生能源實(shí)現(xiàn)全民“零碳”出行，還可以通過制氫產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“零碳”作業(yè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重發(fā)展目標(biāo).

4 關(guān)于進(jìn)一步延伸“四方協(xié)作機(jī)制”服務(wù)鏈條的建議

只有搶抓機(jī)遇，因勢(shì)利導(dǎo)，在現(xiàn)有政策的基礎(chǔ)上，深入分析當(dāng)前“四方協(xié)作機(jī)制”存在的問題短板，進(jìn)一步創(chuàng)新、完善政策設(shè)計(jì)，同時(shí)，適當(dāng)拓展準(zhǔn)入機(jī)制，統(tǒng)籌考慮，將制氫類行業(yè)企業(yè)統(tǒng)一納入我市“四方協(xié)作機(jī)制”，形成有效的專項(xiàng)支持機(jī)制，才可以有效降低制氫成本[6]，提升制氫類項(xiàng)目企業(yè)的投資積極性，實(shí)現(xiàn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的雙贏.

為進(jìn)一步延伸我市的“四方協(xié)作機(jī)制”服務(wù)鏈條，可以從以下四個(gè)方面入手考慮：一是可將分散式風(fēng)電、分布式光伏等非光伏扶貧發(fā)電項(xiàng)目納入交易范圍，彌補(bǔ)四方協(xié)作機(jī)制部分電量供需缺口；二是進(jìn)一步完善交易規(guī)則和優(yōu)先調(diào)度細(xì)則，提高風(fēng)電企業(yè)參與交易積極性；三是取消部分風(fēng)電項(xiàng)目最低保障小時(shí)數(shù)；四是適當(dāng)降低未參與交易超發(fā)電量結(jié)算電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)事項(xiàng).

作為我市七大產(chǎn)業(yè)之一的新型能源產(chǎn)業(yè)，氫能產(chǎn)業(yè)借助我市豐富的風(fēng)電光電資源以及優(yōu)惠的專項(xiàng)支持政策，必將成為我市地方經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè).通過“四方協(xié)作機(jī)制”的支持，制氫產(chǎn)業(yè)一定能夠發(fā)揮以點(diǎn)帶面輻射作用，形成示范效應(yīng)，吸引更多的先進(jìn)企業(yè)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)來張家口投資興業(yè)，帶動(dòng)整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的全面集聚發(fā)展，推動(dòng)張家口發(fā)展成為國內(nèi)一流的氫能城市，建成國際知名的“氫能之都”.

5 結(jié) 論

只有通過不斷創(chuàng)新發(fā)展，充分利用好張家口“四方協(xié)作機(jī)制”平臺(tái)，不斷豐富服務(wù)項(xiàng)目種類，大膽創(chuàng)新拓展我市“四方協(xié)作機(jī)制”服務(wù)范圍，將億華通等“制氫項(xiàng)目”類重點(diǎn)企業(yè)統(tǒng)一納入“四方協(xié)作機(jī)制”，讓更多的制氫優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目享受到“四方協(xié)作機(jī)制”帶來的優(yōu)惠政策，為氫能龍頭企業(yè)提供豐富優(yōu)惠的電力來源，才能更好更快地促進(jìn)張家口氫能產(chǎn)業(yè)與可再生能源產(chǎn)業(yè)良性互動(dòng)、協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)零碳制氫[7].針對(duì)來張家口投資建廠的新能源企業(yè)采取“一對(duì)一”的專項(xiàng)研究，為其量身打造配套優(yōu)惠政策與服務(wù)，將有力促進(jìn)張家口新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，逐步破解可再生能源電力消納難題，為京津冀地區(qū)提供更加豐富的清潔能源，有助于將張家口打造成全球知名的氫能城市，為打造“綠色冬奧、科技冬奧”以及推動(dòng)世界氫能產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展做出貢獻(xiàn).