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從海水到燃料

在風(fēng)電、光電產(chǎn)能相對(duì)過(guò)剩的西部，將多余的電力就地轉(zhuǎn)化為氫，儲(chǔ)存以備后續(xù)使用，似乎正是一個(gè)完美的解決方案。

在2030年碳達(dá)峰情境下，氫氣年需求量將達(dá)到3500萬(wàn)噸，在終端能源體系中占比約為5%；在2060年碳中和情境下，氫氣年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源體系中占比達(dá)到20%，其中綠氫規(guī)模有望達(dá)到1億噸。

目前主要的制氫方式包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)制氫和電解水制氫等。雖然現(xiàn)在化石燃料制氫仍是主流，但普遍認(rèn)為電解水制氫是未來(lái)最有發(fā)展?jié)摿Φ木G色氫能生產(chǎn)方式。電解水制氫是在直流電下將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽(yáng)極析出，所產(chǎn)生的氫氣純度高（>99%）。利用可再生能源進(jìn)行電解水制氫，是目前眾多氫氣來(lái)源方案中碳排放最低的工藝，與全球低碳減排的能源發(fā)展趨勢(shì)最為一致。

然而，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所副所長(zhǎng)、研究員常紀(jì)文認(rèn)為，規(guī)?；G電制綠氫，總體面臨著水資源有效供給不足的瓶頸問(wèn)題。如光電和風(fēng)電制氫，每千克氫平均需消耗淡水分別為32千克和22千克左右。按照綠氫制備規(guī)劃，到2060年綠氫生產(chǎn)年需淡水量約27億噸。由于沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)風(fēng)光資源與水資源的空間分布不太匹配，規(guī)?；G電制綠氫的用水時(shí)間與可取用水資源的時(shí)間分布不太匹配，把不穩(wěn)定的綠電輸送至有水的地方制氫難以保障電網(wǎng)安全，且規(guī)?；G電制綠氫對(duì)水質(zhì)要求比較高，就近可利用的高品質(zhì)水資源本就稀缺，長(zhǎng)期、規(guī)模化的綠電制綠氫產(chǎn)生的新增用水需求勢(shì)必加劇現(xiàn)有工業(yè)、城市、農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的水資源供需矛盾。

根據(jù)研究預(yù)測(cè)，到2030年，華北-西北沿線(xiàn)風(fēng)光大基地綠氫產(chǎn)量將達(dá)到全國(guó)綠氫總產(chǎn)量的50%。常紀(jì)文表示，在這些地區(qū)，水資源緊缺成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

也就是說(shuō)，西部有電，但沒(méi)有淡水可供電解制氫——巧婦難為無(wú)米之炊，資源掣肘難道就無(wú)法解決了嗎？

科學(xué)家們把眼光轉(zhuǎn)向了那片藍(lán)色的海洋。

海水優(yōu)勢(shì)在于儲(chǔ)量無(wú)比龐大。然而，海水成分非常復(fù)雜，包含了約92種化學(xué)元素，這暗藏著許多危險(xiǎn)的“變化”。任何微小的“變化”都可能會(huì)對(duì)電解系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，假如直接用海水來(lái)制取氫氣的話(huà)，海水中高濃度的氯離子會(huì)腐蝕電極，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)之下，電極腐蝕后的制氫裝置就將無(wú)法使用。

要想制取氫氣，就必須先解決海水脫鹽淡化的問(wèn)題。

好在，這方面我國(guó)已經(jīng)走在了前頭：“十二五”時(shí)期，我國(guó)海水淡化行業(yè)尚處于初步發(fā)展階段，國(guó)家政策從基礎(chǔ)規(guī)劃入手，先后出臺(tái)了《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》等文件，指導(dǎo)海水淡化技術(shù)創(chuàng)新體系的建立。“十三五”時(shí)期，為推動(dòng)海水淡化產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；⒓苫较虬l(fā)展，國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家海洋局共同印發(fā)了《全國(guó)海水利用“十三五”規(guī)劃》，海水淡化成為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。“十四五”以來(lái)，國(guó)家政策更加側(cè)重應(yīng)用，國(guó)家發(fā)展改革委和自然資源部聯(lián)合印發(fā)了《海水淡化利用發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025年）》，以推動(dòng)海水淡化的規(guī)?；?。

《海水淡化利用發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025年）》具體提出的目標(biāo)是，到2025年，全國(guó)海水淡化總規(guī)模達(dá)到290萬(wàn)噸/日以上，新增海水淡化規(guī)模125萬(wàn)噸/日以上，其中沿海城市新增海水淡化規(guī)模105萬(wàn)噸/日以上，海島地區(qū)新增海水淡化規(guī)模20萬(wàn)噸/日以上。海水淡化關(guān)鍵核心技術(shù)裝備自主可控，產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈現(xiàn)代化水平進(jìn)一步提高，海水淡化利用發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系基本健全，政策機(jī)制更加完善。

常紀(jì)文告訴記者，大規(guī)模的海水淡化水西輸可以降低海水淡化和淡化水傳輸成本，不僅可滿(mǎn)足華北和西北地區(qū)綠電綠氫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的用水需求，在必要時(shí)還可用于沿線(xiàn)工業(yè)園區(qū)、農(nóng)業(yè)、生活乃至生態(tài)，有助于全方位緩解缺水問(wèn)題。

就此，海水淡化水西輸工程的思路已經(jīng)基本成型。

跨越1500公里的宏大設(shè)想

5月8日，一項(xiàng)題為《海水淡化水西輸至華北和西北地區(qū)的初步研究》的調(diào)查研究報(bào)告摘要公開(kāi)發(fā)布。這項(xiàng)研究，正是由常紀(jì)文牽頭，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院高級(jí)工程師王蕾、中國(guó)國(guó)際工程咨詢(xún)有限公司張建紅、劉堃等人共同參與的課題。

報(bào)告的摘要中提出，我國(guó)華北和西北地區(qū)水資源緊缺，但利用綠電發(fā)展綠氫產(chǎn)業(yè)前景廣闊。目前流域調(diào)水難以滿(mǎn)足該產(chǎn)業(yè)用水需求。如在渤海灣建設(shè)一批海水淡化基地，3億噸/年規(guī)模的淡化水通過(guò)管道經(jīng)河北、山西、內(nèi)蒙古、寧夏西輸至騰格里沙漠，工程上具有可行性。

常紀(jì)文告訴記者，海水淡化水西輸?shù)木唧w路線(xiàn)須與沿途氫能產(chǎn)業(yè)、工業(yè)園區(qū)、生活用水和生態(tài)用水的需水規(guī)劃布局相協(xié)調(diào)，加強(qiáng)用水管理，保障海水淡化水持續(xù)規(guī)?；a(chǎn)利用和水量分配合理高效。研究團(tuán)隊(duì)提出了從天津、唐山等地取水，途經(jīng)北京、張家口、大同、鄂爾多斯，最終輸水至騰格里沙漠的線(xiàn)路圖，這條線(xiàn)路從東至西涉及多個(gè)省市，干線(xiàn)總里程超過(guò)1500公里。此外，由于取水地與用水地海拔落差高達(dá)近1500米，常紀(jì)文的團(tuán)隊(duì)提出，可利用綠電予以分級(jí)加壓提升。

這項(xiàng)宏大的設(shè)想，光在工程上可行還不夠，經(jīng)濟(jì)上的可行性也極為重要。為此，常紀(jì)文團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了精細(xì)的成本核算。

海水淡化水西輸工程規(guī)模為3億噸/年、電價(jià)為0.25元/千瓦時(shí)時(shí)，靜態(tài)投資回收期為49.7年；當(dāng)海水淡化水西輸工程規(guī)模為10億噸/年、電價(jià)降為0.25元/千瓦時(shí)，靜態(tài)投資回收期為24.8年。常紀(jì)文告訴記者，對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，該成本與煤制氫、天然氣制氫和工業(yè)副產(chǎn)品制氫的成本接近，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

常紀(jì)文認(rèn)為，海水淡化水西輸項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期用電量較大，特別是提升環(huán)節(jié)，由于揚(yáng)程高、電耗大，電力成本在制水和輸水成本中占比較大，因此，需要按照綠電上網(wǎng)電價(jià)或新基建予以政策支持。此外，考慮到沿線(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活和生態(tài)用水缺口較大，有必要時(shí)可加大海水淡化和西輸工程規(guī)模。

“從工程技術(shù)角度看，單路10億噸/年對(duì)于長(zhǎng)距離鋼管輸水是比較經(jīng)濟(jì)的，規(guī)模如再擴(kuò)大，施工難度會(huì)驟升。”常紀(jì)文說(shuō)，“10億噸/年的供水規(guī)模除了能滿(mǎn)足沿線(xiàn)綠電制綠氫和相關(guān)氫化工領(lǐng)域用水需求，還可用于部分滿(mǎn)足沿線(xiàn)現(xiàn)有用水缺口，置換超采區(qū)地下水，將顯著改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，防止沙漠入侵，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。如果這樣，胡煥庸線(xiàn)可能發(fā)生一定的時(shí)代改變。” 

原標(biāo)題：1500公里大設(shè)想！西氫東送后，東水西輸制綠氫啟動(dòng)