關(guān)注| 海上風(fēng)電制氫能否引領(lǐng)應(yīng)用新思路？
全球海上風(fēng)電看歐洲。歐洲沿海區(qū)域風(fēng)能資源豐富，海上風(fēng)能開發(fā)時(shí)間較早，其中又以英國(guó)和德國(guó)對(duì)海上風(fēng)能的利用最為成熟。2019年歐洲海上風(fēng)電創(chuàng)造了歷史新增記錄，裝機(jī)362.3萬千瓦，比2018年增長(zhǎng)19.6%，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到2207.2萬千瓦。在政策的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電同樣得到了快速發(fā)展。2019年，中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)量占全球
全球海上風(fēng)電看歐洲。歐洲沿海區(qū)域風(fēng)能資源豐富，海上風(fēng)能開發(fā)時(shí)間較早，其中又以英國(guó)和德國(guó)對(duì)海上風(fēng)能的利用最為成熟。2019年歐洲海上風(fēng)電創(chuàng)造了歷史新增記錄，裝機(jī)362.3萬千瓦，比2018年增長(zhǎng)19.6%，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到2207.2萬千瓦。
在政策的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電同樣得到了快速發(fā)展。2019年，中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)量占全球的40%，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.4吉瓦，同比增長(zhǎng)了近51%，超越了英國(guó)（1.8吉瓦）和德國(guó)（1.1吉瓦），位居世界第一。中國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量占全球的23%，達(dá)6.7吉瓦，排在英國(guó)（9.7吉瓦）和德國(guó)（7.5吉瓦）之后，位居世界第三。
滯后的電網(wǎng)建設(shè)速度無法滿足迅速擴(kuò)張的海上風(fēng)電電力外送需求成為歐洲各國(guó)海上風(fēng)迅猛發(fā)展的窘境。我國(guó)海上風(fēng)電則面臨著海上風(fēng)電去補(bǔ)、搶裝潮、技術(shù)創(chuàng)新、統(tǒng)籌規(guī)劃等問題。大規(guī)模海上風(fēng)電投產(chǎn)后，如何解決海上風(fēng)電的并網(wǎng)及消納問題，成為國(guó)內(nèi)外都必須解決的問題。
隨著氫能技術(shù)，特別是制氫、儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)展，以風(fēng)電制氫為代表的新能源制氫技術(shù)，逐步成熟，基本具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。2018年10月，國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)《清潔能源消納計(jì)劃(2018-2020年)》。文件提出“探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用”。
利用海上風(fēng)電制備氫氣，并通過各類儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)送到氫能源市場(chǎng)，開發(fā)跨越電力輸送的渠道，為海上風(fēng)電發(fā)展提供了可行的思路。
海上風(fēng)電制氫簡(jiǎn)介
1、為何發(fā)展海上風(fēng)電制氫
海上風(fēng)電制氫，就是將海上風(fēng)力發(fā)出的電通過水電解制氫設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為氫氣并輸送至用氫地，其具體的過程表現(xiàn)為：風(fēng)力發(fā)電—電解水制氫—?dú)鋬?chǔ)運(yùn)—應(yīng)用到多種行業(yè)，比如運(yùn)輸業(yè)、工業(yè)熱加工處理、化工行業(yè)等。
歐洲之所以看重海上風(fēng)電制氫，主要原因包括：
（1）隨著海上風(fēng)電離岸越來越遠(yuǎn)，外送電纜投資成本也逐步攀升，而且海上送出系統(tǒng)的建設(shè)需要大量的前期規(guī)劃、勘測(cè)和審批等工作，施工期漫長(zhǎng)，更需要各方的配合。
通過電解水方式，通過管道或船舶將氫氣運(yùn)輸?shù)接脷涞�，在成本和周期上都具備�?yōu)勢(shì)，甚至有些海域有現(xiàn)成的天然氣管道可供使用，進(jìn)一步降低了運(yùn)氫成本。
（2）大規(guī)模海上風(fēng)電對(duì)陸上電網(wǎng)形成了新的消納壓力。
借助風(fēng)電制氫建立風(fēng)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)，能夠解決陸上的電網(wǎng)負(fù)擔(dān)過重的問題，緩解電網(wǎng)連接問題對(duì)歐洲海上風(fēng)電發(fā)展長(zhǎng)期以來的困擾。
風(fēng)電制氫有望加速海上風(fēng)電進(jìn)一步降低成本，進(jìn)入平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代。
2、海上風(fēng)電方案
在《把風(fēng)光資源真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，風(fēng)電制氫路在何方？》一文中對(duì)風(fēng)電制氫方式進(jìn)行了介紹，海上風(fēng)電制氫同樣屬于風(fēng)電制氫，原理相近，此處僅對(duì)設(shè)備布置方案進(jìn)行介紹。
圖1 海上風(fēng)電制氫方案 來源：Gigastack項(xiàng)目
方案1 高壓并網(wǎng)
將海上風(fēng)電通過電網(wǎng)傳輸?shù)礁邏弘娋W(wǎng)，再通過電網(wǎng)為電解槽供電。此方式用于陸上制氫。
方案2 風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)同時(shí)供電
電解槽可以通過風(fēng)電場(chǎng)的專用電表上獲取電力，也可以通過電網(wǎng)的電表獲取電力；電解槽可以建設(shè)在海上平臺(tái)，也可以建設(shè)在陸地。該方案有利于降低對(duì)輸電網(wǎng)的影響，并從輸電和配電兩個(gè)方面降低電網(wǎng)費(fèi)用和電價(jià)。
方案3 風(fēng)電場(chǎng)直連
電解槽由風(fēng)電場(chǎng)負(fù)責(zé)建造，并直接耦合（即電解槽和風(fēng)電場(chǎng)同時(shí)建造，風(fēng)電直接輸送至電解廠）。如此，電解槽能夠直接以成本價(jià)格獲得電力，但需要得到政策支持，同時(shí)并不能完全解決輸送電網(wǎng)建設(shè)的問題。
方案4 離岸電解
電解槽建在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部或浮動(dòng)平臺(tái)上（即建設(shè)在海上），用成本較低的輸電方式替代海上電纜，并且電解槽能夠以風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電成本價(jià)獲得電力。該方式需要解決氫氣制備后從海上運(yùn)輸至陸地的問題。
方案4是目前海上風(fēng)電制氫的重點(diǎn)探討方向，以緩解海上風(fēng)電大規(guī)模投產(chǎn)后對(duì)陸上電網(wǎng)的沖擊。需要指出的是，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)發(fā)達(dá)、電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)于離網(wǎng)電解的需求有限，對(duì)于電網(wǎng)政策松綁有更明確的需求。
海上風(fēng)電制氫發(fā)展難點(diǎn)
風(fēng)電制氫技術(shù)主要涉及電氫轉(zhuǎn)換和氫氣輸運(yùn)兩大關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)業(yè)瓶頸也主要與這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)。
1、風(fēng)電不穩(wěn)定性帶來的制氫難題
風(fēng)電的隨機(jī)性、不穩(wěn)定性、波動(dòng)性較大，功率輸出波動(dòng)范圍較大大，而水電解制氫設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的穩(wěn)定性要求較高，頻繁的電力波動(dòng)會(huì)造成（1）影響設(shè)備的運(yùn)行壽命，增加設(shè)備維護(hù)成本；（2）影響產(chǎn)品氫氣的純度，氫氣中氧氣含量會(huì)提高，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。
2、電力成本導(dǎo)致制氫成本高
一般認(rèn)為，按照當(dāng)前市場(chǎng)氫氣價(jià)格70元/公斤計(jì)算，電解水制氫的電費(fèi)需要控制在0.3元/千瓦時(shí)以內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)氫氣的經(jīng)濟(jì)性。目前海上風(fēng)電指導(dǎo)價(jià)高達(dá)0.75元。
在目前的電力政策下，風(fēng)電制氫對(duì)比煤制氫等化石燃料電池制氫方式缺乏經(jīng)濟(jì)性。
3、儲(chǔ)運(yùn)難
目前陸上制氫后氫氣運(yùn)輸缺乏經(jīng)濟(jì)性、海上制氫更是缺乏成熟的運(yùn)輸方式。
海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目情況
1、國(guó)外海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目
歐洲是海上風(fēng)電最發(fā)達(dá)的地區(qū)，也是海上風(fēng)電制氫推動(dòng)最為積極的地區(qū)。歐洲海上風(fēng)電制氫的概念理論、項(xiàng)目實(shí)踐都走在了世界的前沿，為歐洲海上風(fēng)電和綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要的助推作用。
除了歐洲外，韓國(guó)、新加坡等國(guó)家也在積極布局海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目，尋找綠氫生產(chǎn)新方向。
表1 國(guó)外海上風(fēng)電制氫方案
2、我國(guó)海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目
據(jù)氫云鏈統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)的風(fēng)電制氫項(xiàng)目與課題已經(jīng)超過20個(gè)，但海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目數(shù)量較少，僅有少數(shù)幾個(gè)科研課題及初步簽約的項(xiàng)目。隨著國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電的進(jìn)一步發(fā)展和風(fēng)電制氫項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目也將迎來一個(gè)發(fā)展高潮。
表2 國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電制氫方案
小結(jié)
總體而言，國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電制氫均處于起步階段，各國(guó)仍在探索可行的技術(shù)方案和商業(yè)化方案。作為海洋能源綜合利用的一種方式，伴隨著海上風(fēng)電的快速發(fā)展，海上風(fēng)電制氫有望得到進(jìn)一步應(yīng)用，為海上風(fēng)電消納、海上風(fēng)電輸送系統(tǒng)建設(shè)提供新思路。
我國(guó)作為海上風(fēng)電大國(guó)、氫能應(yīng)用大國(guó)、海洋資源大國(guó)，應(yīng)當(dāng)注重海上風(fēng)電制氫的發(fā)展，通過更多的方式挖掘海洋資源潛力，并與氫能產(chǎn)業(yè)結(jié)合，從而解決“綠氫”來源問題，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
作者：yong 氫能分析師 來源：氫云鏈 責(zé)任編輯：jianping
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