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把风光资源真正转化为产业优势,风电制氢路在何方?

时间:  2020-08-20 16:32   来源:  氢云链    作者:  网络转载

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近年来,风电产业发展迅猛,我国已成为风电增长最快的国家。根据工信部数据,2019年并网风电装机容量已经达到210.05GW。

随着风电装机容量的猛增,越来越多的问题正逐渐显现,如大规模不可控低品质风电并网对电网安全性带来的挑战;大规模风电场的聚集给当地电网输送带来的极大压力;大量并网风电给电网调度中心造成越来越大的困难,电网平衡成本逐渐增大。其中弃风问题尤为重视,2019年我国弃风电量169亿千瓦时,平均弃风率为4%,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”,如湖南省弃风率高达35%以上。

为解决这些问题,风电制氢成为研究的重点方向。风电制氢的发展将会带动风电装备、氢气制储运和氢气应用等各行各业的发展。在项目发展过程中,将会带动风电设备等基础设施建设,并带动相关机械制造及电机行业的发展,有助于对风电项目的研究和制造业的升级改造。

总体上讲,我国风电制氢技术研发起步较晚,目前尚无成熟商业运行的风电制氢储能和燃料电池发电系统,大规模风电制氢储能的示范工程设计经验不足,在系统的关键性技术、效率提升和经济性方面未能取得实质性的进展。

一、风电制氢简介

风电制氢技术是将风能通过风力发电机转化成电能,电能通过电解水制氢设备转化成氢气,通过将氢气输送至氢气应用终端,完成从风能到氢能的转化。

根据风电来源的不同,可以将风电制氢技术分为并网型风电制氢和离网型风电制氢两种。

并网型风电制氢是将风电机组接入电网,从电网取电的制氢方式,比如从风场的35kV或220kV电网侧取电,进行电解水制氢,主要应用于大规模风电场的弃风消纳和储能。

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图1 并网风电制氢技术原理图

离网型风电制氢是将单台风机或多台风机所发的电能,不经过电网直接提供给电解水制氢设备进行制氢,主要应用于分布式制氢或局部应用于燃料电池发电供能。

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图2 离网风电制氢原理图

二、风电制氢发展瓶颈

风电制氢技术主要涉及电氢转换和氢气输运两大关键技术,产业瓶颈也主要与这两个关键技术相关。

1、风电不稳定性带来的制氢难题

从技术角度来看,风电的随机性、不稳定性、波动性较大,功率输出波动范围较大大,而水电解制氢设备对电能质量的稳定性要求较高,频繁的电力波动会造成(1)影响设备的运行寿命,增加设备维护成本;(2)影响产品氢气的纯度,氢气中氧气含量会提高,带来安全风险。

如何进行有效的电能匹配,提高制氢设备的可利用率需要研究探讨。

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图3 某风电制氢实验中制氢实际功率波动曲线

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图4 某风电制氢实验中氢气氧含量波动曲线

2、电力成本导致制氢成本高

一般认为,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。

根据2019年《国家发展改革委关于完善风电上网电价政策的通知》2019年I~Ⅳ类资源区符合规划、纳入财政补贴年度规模管理的新核准陆上风电指导价分别调整为每千瓦时0.34元、0.39元、0.43元、0.52元(含税、下同);2020年指导价分别调整为每千瓦时0.29元、0.34元、0.38元、0.47元。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。

在目前的电力政策下,风电制氢对比煤制氢等化石燃料电池制氢方式缺乏经济性。

3、储运问题

风电制氢地区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。

三、国内风电制氢项目介绍

随着国内氢能产业的发展和“绿氢”呼声的日渐高涨,国内对风电制氢的研究与实践正在加速。据氢云链统计,目前我国的风电制氢项目与课题已经超过20个,不断涌现的项目有力地推动了我国风电制氢产业发展,为绿氢的发展提供技术保障。

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表1 国内风电制氢项目一览

四、小结

风电目前已经作为国家重点鼓励发展的绿色清洁能源,不过,风电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,增加了电网调度难度;而随着装机规模不断增大,光伏发电在储能方面的劣势就凸显出来,而此时太阳能制氢,光伏制氢是可以有效地消纳光伏发电,可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用。

因此,氢云链认为,随着风力发电和电解水制氢技术的不断发展,成本的逐渐降低,风电制氢将能逐渐满足商业化的要求,成为我国能源安全和能源结构调整的又一生力军。

不过也需要注意的是,风电制氢作为一种新兴产业,因其自身发展和生产性质特点,未形成固定形式,其运行管理包含氢气制备、传输和应用环节中的安全服务工作,需要保证氢气质量标准,降低各种损耗,提高经济效益,确保运行安全和人身安全。
 

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