中國新增裝機量世界第一，海上風(fēng)電制氫能否引領(lǐng)應(yīng)用新思路？
來源：氫云鏈 2020-12-08
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)時間較早，其中又以英國和德國對海上風(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362.3萬千瓦，比2018年增長19.6%，累計裝機達(dá)到2207.2萬千瓦。
在政策的推動下，國內(nèi)海上風(fēng)電同樣得到了快速發(fā)展。2019年，中國海上風(fēng)電新增裝機量占全球的40%，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.4吉瓦，同比增長了近51%，超越了英國（1.8吉瓦）和德國（1.1吉瓦），位居世界第一。中國海上風(fēng)電累計裝機容量占全球的23%，達(dá)6.7吉瓦，排在英國（9.7吉瓦）和德國（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張的海上風(fēng)電電力外送需求成為歐洲各國海上風(fēng)迅猛發(fā)展的窘境。我國海上風(fēng)電則面臨著海上風(fēng)電去補、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，成為國內(nèi)外都必須解決的問題。
隨著氫能技術(shù)，特別是制氫、儲氫技術(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，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《清潔能源消納計劃(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，并通過各類儲運技術(shù)送到氫能源市場，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—氫儲運—應(yīng)用到多種行業(yè)，比如運輸業(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、勘測和審批等工作，施工期漫長，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輸?shù)接脷涞兀诔杀竞椭芷谏隙季邆鋬?yōu)勢，甚至有些海域有現(xiàn)成的天然氣管道可供使用，進一步降低了運氫成本。
（2）大規(guī)模海上風(fēng)電對陸上電網(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)連接問題對歐洲海上風(fēng)電發(fā)展長期以來的困擾。
風(fēng)電制氫有望加速海上風(fēng)電進一步降低成本，進入平價上網(wǎng)時代。
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，風(fēng)電制氫路在何方？》一文中對風(fēng)電制氫方式進行了介紹，海上風(fēng)電制氫同樣屬于風(fēng)電制氫，原理相近，此處僅對設(shè)備布置方案進行介紹。
圖1 海上風(fēng)電制氫方案 來源：Gigastack項目
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)電場與電網(wǎng)同時供電
電解槽可以通過風(fēng)電場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，也可以建設(shè)在陸地。該方案有利于降低對輸電網(wǎng)的影響，并從輸電和配電兩個方面降低電網(wǎng)費用和電價。
方案3 風(fēng)電場直連
電解槽由風(fēng)電場負(fù)責(zé)建造，并直接耦合（即電解槽和風(fēng)電場同時建造，風(fēng)電直接輸送至電解廠）。如此，電解槽能夠直接以成本價格獲得電力，但需要得到政策支持，同時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)電機組內(nèi)部或浮動平臺上（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)電場發(fā)電成本價獲得電力。該方式需要解決氫氣制備后從海上運輸至陸地的問題。
方案4是目前海上風(fēng)電制氫的重點探討方向，以緩解海上風(fēng)電大規(guī)模投產(chǎn)后對陸上電網(wǎng)的沖擊。需要指出的是，國內(nèi)電網(wǎng)發(fā)達(dá)、電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗豐富，對于離網(wǎng)電解的需求有限，對于電網(wǎng)政策松綁有更明確的需求。
海上風(fēng)電制氫發(fā)展難點
風(fēng)電制氫技術(shù)主要涉及電氫轉(zhuǎn)換和氫氣輸運兩大關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)業(yè)瓶頸也主要與這兩個關(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)電的隨機性、不穩(wěn)定性、波動性較大，功率輸出波動范圍較大大，而水電解制氫設(shè)備對電能質(zhì)量的穩(wěn)定性要求較高，頻繁的電力波動會造成（1）影響設(shè)備的運行壽命，增加設(shè)備維護成本；（2）影響產(chǎn)品氫氣的純度，氫氣中氧氣含量會提高，帶來安全風(fēng)險。
2、電力成本導(dǎo)致制氫成本高
一般認(rèn)為，按照當(dāng)前市場氫氣價格70元/公斤計算，電解水制氫的電費需要控制在0.3元/千瓦時以內(nèi)，才能實現(xiàn)氫氣的經(jīng)濟性。目前海上風(fēng)電指導(dǎo)價高達(dá)0.75元。
在目前的電力政策下，風(fēng)電制氫對比煤制氫等化石燃料電池制氫方式缺乏經(jīng)濟性。
3、儲運難
目前陸上制氫后氫氣運輸缺乏經(jīng)濟性、海上制氫更是缺乏成熟的運輸方式。
海上風(fēng)電制氫項目情況
1、國外海上風(fēng)電制氫項目
歐洲是海上風(fēng)電最發(fā)達(dá)的地區(qū)，也是海上風(fēng)電制氫推動最為積極的地區(qū)。歐洲海上風(fēng)電制氫的概念理論、項目實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、新加坡等國家也在積極布局海上風(fēng)電制氫項目，尋找綠氫生產(chǎn)新方向。
表1 國外海上風(fēng)電制氫方案
2、我國海上風(fēng)電制氫項目
據(jù)氫云鏈統(tǒng)計，目前我國的風(fēng)電制氫項目與課題已經(jīng)超過20個，但海上風(fēng)電制氫項目數(shù)量較少，僅有少數(shù)幾個科研課題及初步簽約的項目。隨著國內(nèi)海上風(fēng)電的進一步發(fā)展和風(fēng)電制氫項目經(jīng)驗的積累，海上風(fēng)電制氫項目也將迎來一個發(fā)展高潮。
表2 國內(nèi)海上風(fēng)電制氫方案
小結(jié)
總體而言，國內(nèi)外海上風(fēng)電制氫均處于起步階段，各國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。
我國作為海上風(fēng)電大國、氫能應(yīng)用大國、海洋資源大國，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，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。
