“雙碳”目標下，我國能源電力系統清潔低碳轉型任務艱巨，如何科學推進傳統煤電升級改造及有序退出、同時促進新能源消納成為能源轉型路徑規劃和相關戰略制定的重要議題。我們提出一種融合火電機組碳捕集、燃煤機組混燒生物質、可再生能源電解水制氫、甲烷/甲醇合成等技術的設想——綜合能源生產單元（以下簡稱“IEPU”），期望能作為火電低碳/無碳轉型路徑方案的一種選擇。

 

IEPU基本結構如圖1所示，其基本工作方式為：白天利用低成本的光伏發電制取綠氫，夜間利用低谷時段電網供電或火電機組發電，利于電解制氫系統持續穩定工作，產出的氫氣與煤電機組捕集的碳進一步合成生產甲烷/甲醇等綠色燃料或化工產品。

 

與此同時，IEPU也可有不同類型的結構方案：IEPU所需的碳可由火電廠碳捕集，未來也可從空氣中捕集；IEPU可由風光發電與電解水制氫裝置、水電廠與電解水制氫裝置組成，生產的綠氫與空氣中氮氣耦合制氨；IEPU可由燃氣電廠與風光發電及電解水制氫、儲氫耦合組成，未來燃氣電廠的燃料將由綠氫提供，成為應對長周期能源不平衡的綠色重要措施。IEPU本身可以是實體的也可以是虛擬的。

 

IEPU將電解制氫、可再生能源發電、甲醇/甲烷/氨合成、二氧化碳捕集等設備集成為一體，具有以下兩個方面的優點：一是以電解制氫裝置作為可控負荷，通過與火電、水電等可調機組聯合運行，在單元內部各子系統協同優化的同時，實現與電網互動，成為具有高靈活性的虛擬發電單元，為高比例新能源電力系統應對長周期能源供需不平衡提供靈活性支撐；二是通過二氧化碳直接與氫氣合成，生產甲烷、甲醇等便于存儲、運輸的綠色燃料或作為重要化工原料產品，一方面可規避大規模二氧化碳捕集后壓縮及封存的高額成本投入，另一方面借助合理可行的產品收益模式，有利于火電企業推廣應用二氧化碳捕集與利用技術，在促進火電行業碳減排及轉型發展的同時，所生產的氫氣本身及與二氧化碳、氮氣合成生成的綠色燃料化工原料產品，也可為能源相關領域化石燃料和原料替代提供一定的來源補充。

 

綜合能源生產單元解決方案與數字化智能化技術相結合，可構成未來能源供應側的智慧型基本單元，與預想的能源消費側智慧型基本單元一起，組成未來新型電力系統能源生產消費的基礎單元結構，可能對電網的儲能需求、靈活性供應及調控模式產生重要影響。該發展模式的實現將會促進能源領域不同行業之間的融合，對此需要體制機制的突破和創新。（作者系中國科學院院士）