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红色预警、弃风率大涨!制氢能否成为新出路 (附项目汇)

北极星氢能网 来源:北极星风力发电网    2020/7/17 16:46:04 我要投稿

北极星氢能网讯:引言:伴随着制氢等新技术兴起,业内人士开始研究弃风制氢的经济性、可行性。如果用弃风制氢,那么这些电就不会白白浪费掉...

近年来,我国风电装机持续位列全球第一,可早期快速发展导致的“弃风”痼疾却仍然存在。2019年,我国风电弃风电量169亿千瓦时,全国平均弃风率为4%。大部分弃风限电地区的形势进一步好转,其中,甘肃、新疆、内蒙古弃风率分别下降至7.6%、14%和7.1%。

2020年虽然全国风电红色预警全面解除,但弃风现象犹存在不止于 “三北”,其他个别地区也不容乐观。日前据最新数据显示,湖南省弃风率高达35%以上,之前其 14个市/县已被列入风电红色预警地区,湖北7地列入红色预警。

伴随着制氢等新技术兴起,业内人士开始研究弃风制氢的经济性、可行性。氢气作为清洁能源的一种,由于其自身清洁、高效和零排放的特点,以及在各种工业上应用的广泛性,近些年引发越来越多的关注。但是传统制氢方法主要通过化石资源的重整,排放大量二氧化碳获得,并不能真正实现清洁利用。

如果用弃风制氢,那么这些电就不会白白浪费掉。以“弃风”制氢,不仅有助于解决风电消纳难题,突破外送电力的限制,更可能为受限地区带来“氢能经济”。同时,也可以调控和抑制大规模风电并入电网时引起电网电压的大幅度波动。风电制氢成为了当下的热门话题之一。

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什么是风电制氢

风电制氢,就是将风力发出的电直接通过水电解制氢设备将电能转化为氢气,通过电解水产生的氢气便于长期存储。具体的过程为:风力发电—电解水—制氢制氧—氢气能源—应用到多种行业,比如运输业、工业热加工处理、化工行业等。

目前,风电电解水制氢技术路线分为两种:风电独立供电方式会受风电波动影响,但不受电网价格控制;风、网智能协调供电方式不受风电波动影响,制氢效率较高,但电价受电网影响。

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图片来自“欧洲海上风电”

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氢能发展政策支持

氢能作为清洁、高效、可存储的二次能源,在21世纪能源体系中将占据重要地位。目前,世界上许多发达国家都把发展氢能产业纳入国家发展战略。我国将其列入《能源技术革命创新行动计划》等重大规划,并写入了国务院《政府工作报告》。

2020年上半年,国家层面就已发布15份氢能政策文件。截至目前,我国有超过40个地方政府推出了支持氢能产业发展的规划,这一产业可谓是新一代能源界“网红”。

风电制氢,关注度高的两大政策分别为:《白城市新能源与氢能产业发展规划》、河北省十部门印发的《河北省推进氢能产业发展实施意见》。吉林省对白城市氢能产业发展高度重视,把建设“白城国家级高载能高技术基地”,打造“中国北方氢谷”,上升为省级战略决策。2019年7月9日,吉电股份与白城市能源局、金风科技及中船重工第718研究所签署了《白城市风能制氢一体化项目战略合作协议》,将规划建设风能制氢一体化示范项目,包括风电场、制氢、储氢、 加氢设施。后续还将根据市场需求,扩大风能制氢建设规模,全产业链参与白城市氢能产业的建设与运营。

《河北省推进氢能产业发展实施意见》指出,要推动光伏、风电和氢能产业协同发展,加快建设一批重大项目,打造氢能产业创新发展新高地。

同时,要着力突破制氢新技术。以张家口可再生能源示范区和全球能源互联网张家口创新示范区为载体,建设张家口可再生能源制氢基地。重点研发可再生能源发电与电解水制氢一体化技术,突破适应可再生能源高效低成本电解水制氢技术。加快推进河北建投风电制氢和风光耦合制氢、海玻尔风电制氢、中智天工风电制氢一体化等项目建设,支持发展微电网和制氢工厂共建,拓展张家口四方协作机制,有效降低制氢成本。支持唐山、邯郸等地钢铁、化工等企业重点研发利用工业尾气高效低成本制氢、深冷储氢、用氢及纯化技术。

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风电制氢发展瓶颈

3.1 制氢技术

佛山科学技术学院副研究员赵吉诗曾表示,“首先在技术方面,可分为并网后离岸制氢和离网制氢两种。在并网离岸制氢方面,有碱性槽、PEM和SOEC等几种技术路线,我国碱性槽技术及装备发展成熟;PEM制氢技术进步较快,但产业化规模不大;SOEC技术相对落后,国内仅有少数几家科研机构和企业在开展相关领域的开发工作,产业化还需较长时间。”

相比之下,离网制氢在技术上面临的问题更多,风电的间歇性导致了电解槽负荷波动较大,这给电解槽的稳定性提出了很大挑战。而且,在负荷很低的情况下,氢气中氧气含量会提高,致使安全风险加大。”

3.2 成本高

众所周知的是,绿氢的制备成本比较高,以当前的电价制备氢气很难具备经济性。专家介绍称,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。

从每生产1立方米氢气的成本来看,煤制氢成本不足1元,而每生产1立方米氢气需要消耗电5.1-5.2千瓦时,即便按弃风发电价格每千瓦时0.25元计算,风电制氢仅电的成本就为1.25元,没有竞争优势。如果专门建一个风电场做电解氢气,目前肯定不了经济性这一关。

此外,直接利用风能进行电解水制氢,制氢设备仍需要克服风能波动性带来的问题。北京低碳清洁能源研究院新能源中心助理主任何广利曾指出,就目前情况来看,碱性电解水制氢这一技术已经走向成熟,但这一成熟技术仍需要在稳定工况下进行。“将不稳定发电的风电转变为持续供电,不论是并入电网或是加上区域储能系统,都将带来额外的经济投入。”(小编PS:这似乎又和强制配套储能带来的成本增加有异曲同工之处 。)

3.3 储运难

氢气是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小,只有空气的1/14。而这也让它的储运成为发展限制因素。制氢地与用氢地往往存在一定的空间距离,在没有输氢管网的情况下,需要通过高压气态等方式运输至用氢地,成本较高。

据了解,现在常用的氢气运输方式有三种:一种是管道运输,多为现场制气。氢气产出后直接投入工业应用装置;一种为长管拖车,但一辆车仅能运输4000立方米,约计0.36吨,所以运输效率非常非常低;第三种是钢瓶运输,但一个40L的钢瓶只能运输6方氢气。无论哪种方式,储氢质量比仅能达到1-10%。

此外,需求氢气的石化企业大都在沿海地区,而风电机组、弃风地区大都在内陆。风电难以直接用来制氢,还需借助火电的电网运输,输电线路容量和过网费是否优惠都是需要考虑的问题。

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国内外风电制氢项目

世界能源理事会的报告将氢气按照生产来源分为“灰色”、“蓝色”和“绿色”三类。绿色氢气:使用可再生能源进行电解,二氧化碳零排放,成本昂贵,社会接受度最高。日本、英国等不少国家已开始对绿色氢气的探索,目前国内对绿氢的探索主要在风电/光伏制氢方面。

4.1 全球首个风电制氢项目

荷兰氢气提供商HYGRO联合风机制造商Lagerway、荷兰能源研究所ECN开发了世界上第一个风电制氢项目Duwaal。该项目安装一台4.7MW风机,其电解的氢气量可同时为5个氢气站和100辆氢气卡车供气,其氢气的使用成本和柴油成本相当,预计今年初正式商业运营。

4.2 国内首个风电制氢项目

作为国内首个风电制氢工业应用项目——沽源风电制氢综合利用示范项目。据悉,河北沽源风电制氢项目为河北省重点项目,总投资20.3亿元,该项目由河北建投新能源有限公司投资,与德国McPhy、Encon等公司进行技术合作, 引进德国风电制氢先进技术及设备,在沽源县建设200兆瓦容量风电场、10兆瓦电解水制氢系统以及氢气综合利用系统三部分。

4.3 国内外风电制氢项目汇

据北极星风力发电网不完全统计,国内外共涉及34个风电制氢相关项目,详情见下表。

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风电制氢发展前景

作为一个刚刚起步的新兴产业细分领域,我国风电制氢项目大多是处于示范起步阶段,离不开政策的指导与推动,推动产业走向成熟。

数据显示,在0.25-0.85元/kWh的电价运行区间,100标方/小时的氢气价格约为33-63元/公斤,1000标方/小时氢气价格约为18-47元/公斤,氢气制备规模越大,其成本越低,因此大力推广可再生能源制氢并形成规模效应,将更快速推动绿氢成本下降。

目前来看,除了制氢自身的技术瓶颈与成本问题,我国现行的风电政策也不利于风电制氢的发展。在氢气消纳有保障的地区,并没有推出有针对性的制氢风电价格。业内人士Nel水电解制氢设备中国区总经理竺炯操曾表示:“通常来说,电价占了电解水制氢总成本80%左右,根据当地的氢气价格,倒推出来有竞争力的长期的风电供应价格,可以极大的促进风电制氢的发展。”

综上所述,风电制氢可行与否受限于弃风率、储运技术、高成本等多重因素,总体而言,利用废弃风电制氢前景尚待考量,大规模推广还应徐徐图之。


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