在氫氣產能提高的當下,可再生能源制氫似乎已經開始走上了新的臺階。海上風電制氫憑借零碳排放、能源轉換效率高等優勢,逐漸成為各國能源轉型的優先解決方案。
我國海岸線綿長,海洋資源豐富。隨著近幾年可再生能源利用的增長,我國海上風電利用逐年上漲。根據國家能源局統計數據,2023年全國發電裝機容量約29.2億千瓦,同比增長13.9%。其中,風電裝機容量約4.4億千瓦,同比增長20.7%。
《2021年中國海洋經濟統計公報》顯示,在海洋電力業方面,2021年我國海上風電新增并網容量1690萬千瓦,是上年的5.5倍,累計裝機容量躍居世界第一。潮流能、波浪能等海洋開發利用技術的研發示范持續推進。海洋電力業全年實現增加值329億元,比去年增長30.5%。
根據國家中長期發展規劃,到2020年底和2050年底,風電裝機容量分別超過200GW和1000GW。隨著風電裝機容量的增加,大規模風電場的聚集給當地電網輸送帶來了極大壓力,“棄風”現象正逐步增加。
2023年10月18日,國家能源局發布《關于組織開展可再生能源發展試點示范的通知》,示范工程一共包括20個類型,分為技術創新類、開發建設類和高比例應用類。
其中開發建設類包括海上能源島示范:主要支持結合海上風電開發建設,融合區域儲能、制氫、海水淡化、海洋養殖等發展需求,探索推進具有海上能源資源供給轉換樞紐特征的海上能源島建設,建設包括但不限于海上風電、海上光伏、海洋能、制氫(氨、甲醇)、儲能等多種能源資源轉換利用一體化設施。海上風電制氫、海水淡化、海洋牧場等海洋綜合立體開發利用示范類型不少于2種。
風電制氫技術作為一種新型的儲能方式,更多地將被應用于平仰大規模風電場發電的不均衡性,提高風場風電的利用率。
通過風電制氫,離岸風力發電的價值得以增加,因為擁有豐富離岸風力資源的地區可以直接生產綠氫,而無需額外轉換成本將所產生的電輸送到岸上。同時,風能是無限、免費的能源,它能產生電解槽所需的電能生產綠氫。
這一模式帶來了更進一步的優勢,因為現場生產的氫氣可以通過管道輸送,與輸送電力所需的高壓直流輸電系統相比,管道具有更大的經濟優勢;對于長距離輸送大量能源而言,管道是一種更具成本效益的選擇。
根據風電來源的不同,可以將風電制氫技術分為并網型風電制氫和離網型風電制氫兩種——
并網型風電制氫是將風電機組接入電網,從電網取電的制氫方式,比如從風場的35kV或220kV電網側取電,進行電解水制氫,主要應用于大規模風電場的棄風消納和儲能。
離網型風電制氫是將單臺風機或多臺風機所發的電能,不經過電網直接提供給電解水制氫設備進行制氫,主要應用于分布式制氫或局部應用于燃料電池發電供能。
從技術角度來看,風電的隨機性、不穩定性、波動性較大,而水電解制氫設備對電能質量的穩定性要求較高,頻繁的電力波動會對設備的運行壽命及氫氣的純度質量造成影響。如何進行有效的電能匹配,提高制氫設備的可利用率需要研究探討。此外,當前氫氣的儲存和運輸成本較高,包括氫氣儲運的安全性等都是制約氫能行業發展的瓶頸,儲運技術需進一步深入研究。
2023年11月30日,明陽集團“海上風電+海洋牧場+海水制氫”立體化海洋能源創新開發示范項目正式開工,這是國內首個海上風電與海洋牧場、海水制氫結合項目。
該項目總裝機容量為1500MW,投產后預計每年可為海南提供49.5億度綠電,供206萬戶普通家庭一年用電,減少二氧化碳排放約383.4萬噸,有效提高綠色能源占比,推進新型電力系統建設,支撐“十四五”海洋經濟開發建設。
我國深遠海區風能儲量是近海的三倍以上,深遠海風電的開發具有非常大的潛力。海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化,氫能、儲能多種能源綜合開發利用融合發展,有助于提升海域利用效率,提升項目整體效應,是海上風電的重要發展方向。
我國海上風電總規劃為166.386GW,因此,在我國進行海上風電制氫將有非常廣闊的電力來源;同時,利用海上風電制備氫氣,并通過各類儲運技術送到氫能源市場,開發跨越電力輸送的渠道,為海上風電和氫能發展提供了可行的思路,有利于國家能源安全。
海上風電制氫具有重大意義。借助風電制氫建立風儲一體化系統,能夠有效緩解海上風電快速增長和電網建設速度較慢之間的矛盾,解決海上風電消納問題,提高風能利用率。風電制氫有望加速海上風電成本的降低,保證海上風電順利進入平價上網時代。