文丨yong 氫能分析師
全球海上風電看歐洲。歐洲沿海區(qū)域風能資源豐富，海上風能開發(fā)時間較早，其中又以英國和德國對海上風能的利用最為成熟。2019年歐洲海上風電創(chuàng)造了歷史新增記錄，裝機362.3萬千瓦，比2018年增長19.6%，累計裝機達到2207.2萬千瓦。
在政策的推動下，國內(nèi)海上風電同樣得到了快速發(fā)展。2019年，中國海上風電新增裝機量占全球的40%，達到創(chuàng)紀錄的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。中國海上風電累計裝機容量占全球的23%，達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)建設速度無法滿足迅速擴張的海上風電電力外送需求成為歐洲各國海上風迅猛發(fā)展的窘境。我國海上風電則面臨著海上風電去補、搶裝潮、技術創(chuàng)新、統(tǒng)籌規(guī)劃等問題。大規(guī)模海上風電投產(chǎn)后，如何解決海上風電的并網(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，特別是制氫、儲氫技術的發(fā)展，以風電制氫為代表的新能源制氫技術，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”。
利用海上風電制備氫氣，并通過各類儲運技術送到氫能源市場，開發(fā)跨越電力輸送的渠道，為海上風電發(fā)展提供了可行的思路。
海上風電制氫簡介
1、為何發(fā)展海上風電制氫
海上風電制氫，就是將海上風力發(fā)出的電通過水電解制氫設備將電能轉化為氫氣并輸送至用氫地，其具體的過程表現(xiàn)為：風力發(fā)電—電解水制氫—氫儲運—應用到多種行業(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電制氫，主要原因包括：
（1）隨著海上風電離岸越來越遠，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?，在成本和周期上都具備?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)模海上風電對陸上電網(wǎng)形成了新的消納壓力。
借助風電制氫建立風儲一體化系統(tǒng)，能夠解決陸上的電網(wǎng)負擔過重的問題，緩解電網(wǎng)連接問題對歐洲海上風電發(fā)展長期以來的困擾。
風電制氫有望加速海上風電進一步降低成本，進入平價上網(wǎng)時代。
2、海上風電方案
在《把風光資源真正轉化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，風電制氫路在何方？》一文中對風電制氫方式進行了介紹，海上風電制氫同樣屬于風電制氫，原理相近，此處僅對設備布置方案進行介紹。
圖1 海上風電制氫方案
圖1 海上風電制氫方案 來源：Gigastack項目
方案1 高壓并網(wǎng)
將海上風電通過電網(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 風電場與電網(wǎng)同時供電
電解槽可以通過風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；電解槽可以建設在海上平臺，也可以建設在陸地。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 風電場直連
電解槽由風電場負責建造，并直接耦合（即電解槽和風電場同時建造，風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)建設的問題。
方案4 離岸電解
電解槽建在風電機組內(nèi)部或浮動平臺上（即建設在海上），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是目前海上風電制氫的重點探討方向，以緩解海上風電大規(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、電網(wǎng)建設經(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。
海上風電制氫發(fā)展難點
風電制氫技術主要涉及電氫轉換和氫氣輸運兩大關鍵技術，產(chǎn)業(yè)瓶頸也主要與這兩個關鍵技術相關。
1、風電不穩(wěn)定性帶來的制氫難題
風電的隨機性、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）影響設備的運行壽命，增加設備維護成本；（2）影響產(chǎn)品氫氣的純度，氫氣中氧氣含量會提高，帶來安全風險。
2、電力成本導致制氫成本高
一般認為，按照當前市場氫氣價格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。目前海上風電指導價高達0.75元。
在目前的電力政策下，風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。
海上風電制氫項目情況
1、國外海上風電制氫項目
歐洲是海上風電最發(fā)達的地區(qū)，也是海上風電制氫推動最為積極的地區(qū)。歐洲海上風電制氫的概念理論、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電制氫項目，尋找綠氫生產(chǎn)新方向。
表1 國外海上風電制氫方案
2、我國海上風電制氫項目
據(jù)氫云鏈統(tǒng)計，目前我國的風電制氫項目與課題已經(jīng)超過20個，但海上風電制氫項目數(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)海上風電的進一步發(fā)展和風電制氫項目經(jīng)驗的積累，海上風電制氫項目也將迎來一個發(fā)展高潮。
表2 國內(nèi)海上風電制氫方案
小結
總體而言，國內(nèi)外海上風電制氫均處于起步階段，各國仍在探索可行的技術方案和商業(yè)化方案。作為海洋能源綜合利用的一種方式，伴隨著海上風電的快速發(fā)展，海上風電制氫有望得到進一步應用，為海上風電消納、海上風電輸送系統(tǒng)建設提供新思路。
我國作為海上風電大國、氫能應用大國、海洋資源大國，應當注重海上風電制氫的發(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)結合，從而解決“綠氫”來源問題，實現(xiàn)碳中和目標。
