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中国新增装机量世界第一,海上风电制氢能否引领应用新思路?
2020-12-07 来源:氢云链
全球海上风电看欧洲。欧洲沿海区域风能资源丰富,海上风能开发时间较早,其中又以英国和德国对海上风能的利用最为成熟。2019年欧洲海上风电创造了历史新增记录,装机362.3万千瓦,比2018年增长19.6%,累计装机达到2207.2万千瓦。
 
在政策的推动下,国内海上风电同样得到了快速发展。2019年,中国海上风电新增装机量占全球的40%,达到创纪录的2.4吉瓦,同比增长了近51%,超越了英国(1.8吉瓦)和德国(1.1吉瓦),位居世界第一。中国海上风电累计装机容量占全球的23%,达6.7吉瓦,排在英国(9.7吉瓦)和德国(7.5吉瓦)之后,位居世界第三。
 
滞后的电网建设速度无法满足迅速扩张的海上风电电力外送需求成为欧洲各国海上风迅猛发展的窘境。我国海上风电则面临着海上风电去补、抢装潮、技术创新、统筹规划等问题。大规模海上风电投产后,如何解决海上风电的并网及消纳问题,成为国内外都必须解决的问题。
 
随着氢能技术,特别是制氢、储氢技术的发展,以风电制氢为代表的新能源制氢技术,逐步成熟,基本具备了产业化的条件。2018年10月,国家发改委、能源局印发《清洁能源消纳计划(2018-2020年)》。文件提出“探索可再生能源富余电力转化为热能、冷能、氢能,实现可再生能源多途径就近高效利用”。
 
利用海上风电制备氢气,并通过各类储运技术送到氢能源市场,开发跨越电力输送的渠道,为海上风电发展提供了可行的思路。
 
海上风电制氢简介
 
1、为何发展海上风电制氢
 
海上风电制氢,就是将海上风力发出的电通过水电解制氢设备将电能转化为氢气并输送至用氢地,其具体的过程表现为:风力发电—电解水制氢—氢储运—应用到多种行业,比如运输业、工业热加工处理、化工行业等。
 
欧洲之所以看重海上风电制氢,主要原因包括:
 
(1)随着海上风电离岸越来越远,外送电缆投资成本也逐步攀升,而且海上送出系统的建设需要大量的前期规划、勘测和审批等工作,施工期漫长,更需要各方的配合。
 
通过电解水方式,通过管道或船舶将氢气运输到用氢地,在成本和周期上都具备优势,甚至有些海域有现成的天然气管道可供使用,进一步降低了运氢成本。
 
(2)大规模海上风电对陆上电网形成了新的消纳压力。
 
借助风电制氢建立风储一体化系统,能够解决陆上的电网负担过重的问题,缓解电网连接问题对欧洲海上风电发展长期以来的困扰。
 
风电制氢有望加速海上风电进一步降低成本,进入平价上网时代。
 
2、海上风电方案
 
在《把风光资源真正转化为产业优势,风电制氢路在何方?》一文中对风电制氢方式进行了介绍,海上风电制氢同样属于风电制氢,原理相近,此处仅对设备布置方案进行介绍。
 
图1 海上风电制氢方案
 
图1 海上风电制氢方案 来源:Gigastack项目
 
方案1 高压并网
 
将海上风电通过电网传输到高压电网,再通过电网为电解槽供电。此方式用于陆上制氢。
 
方案2 风电场与电网同时供电
 
电解槽可以通过风电场的专用电表上获取电力,也可以通过电网的电表获取电力;电解槽可以建设在海上平台,也可以建设在陆地。该方案有利于降低对输电网的影响,并从输电和配电两个方面降低电网费用和电价。
 
方案3 风电场直连
 
电解槽由风电场负责建造,并直接耦合(即电解槽和风电场同时建造,风电直接输送至电解厂)。如此,电解槽能够直接以成本价格获得电力,但需要得到政策支持,同时并不能完全解决输送电网建设的问题。
 
方案4 离岸电解
 
电解槽建在风电机组内部或浮动平台上(即建设在海上),用成本较低的输电方式替代海上电缆,并且电解槽能够以风电场发电成本价获得电力。该方式需要解决氢气制备后从海上运输至陆地的问题。
 
方案4是目前海上风电制氢的重点探讨方向,以缓解海上风电大规模投产后对陆上电网的冲击。需要指出的是,国内电网发达、电网建设经验丰富,对于离网电解的需求有限,对于电网政策松绑有更明确的需求。
 
海上风电制氢发展难点
 
风电制氢技术主要涉及电氢转换和氢气输运两大关键技术,产业瓶颈也主要与这两个关键技术相关。
 
1、风电不稳定性带来的制氢难题
 
风电的随机性、不稳定性、波动性较大,功率输出波动范围较大大,而水电解制氢设备对电能质量的稳定性要求较高,频繁的电力波动会造成(1)影响设备的运行寿命,增加设备维护成本;(2)影响产品氢气的纯度,氢气中氧气含量会提高,带来安全风险。
 
2、电力成本导致制氢成本高
 
一般认为,按照当前市场氢气价格70元/公斤计算,电解水制氢的电费需要控制在0.3元/千瓦时以内,才能实现氢气的经济性。目前海上风电指导价高达0.75元。
 
在目前的电力政策下,风电制氢对比煤制氢等化石燃料电池制氢方式缺乏经济性。
 
3、储运难
 
目前陆上制氢后氢气运输缺乏经济性、海上制氢更是缺乏成熟的运输方式。
 
海上风电制氢项目情况
 
1、国外海上风电制氢项目
 
欧洲是海上风电最发达的地区,也是海上风电制氢推动最为积极的地区。欧洲海上风电制氢的概念理论、项目实践都走在了世界的前沿,为欧洲海上风电和绿氢产业发展提供了重要的助推作用。
 
除了欧洲外,韩国、新加坡等国家也在积极布局海上风电制氢项目,寻找绿氢生产新方向。
 
表1 国外海上风电制氢方案
 
 
2、我国海上风电制氢项目
 
据氢云链统计,目前我国的风电制氢项目与课题已经超过20个,但海上风电制氢项目数量较少,仅有少数几个科研课题及初步签约的项目。随着国内海上风电的进一步发展和风电制氢项目经验的积累,海上风电制氢项目也将迎来一个发展高潮。
 
表2 国内海上风电制氢方案
 
 
小结
 
总体而言,国内外海上风电制氢均处于起步阶段,各国仍在探索可行的技术方案和商业化方案。作为海洋能源综合利用的一种方式,伴随着海上风电的快速发展,海上风电制氢有望得到进一步应用,为海上风电消纳、海上风电输送系统建设提供新思路。
 
我国作为海上风电大国、氢能应用大国、海洋资源大国,应当注重海上风电制氢的发展,通过更多的方式挖掘海洋资源潜力,并与氢能产业结合,从而解决“绿氢”来源问题,实现碳中和目标。
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