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,2021年全國發電裝機容量約23.8億千瓦,同比增長7.9%。其中,風電裝機容量約3.3億千瓦,同比增長16.6%。

《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。
海上風電尋求新出路
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。
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。
全球首個海上風電制氫項目——荷蘭PosHYdon項目
2019年7月初,荷蘭海王星能源公司( Neptune Energy)的 Q13a-A海上平臺被選為全球首個海上風電制氫試驗點,項目名為PosHYdon,將把北海海域的三種能源形式:海上風能、海上天然氣和氫能,有機統一到一起。該試驗由Nexstep、荷蘭退役和再利用協會(DADR)以及TNO三家機構,聯合一些荷蘭的能源行業企業共同發起。
Nepture Energy的Q13a平臺是荷蘭北海首座完全電氣化的油氣平臺,在PosHYdon項目中將被改造為制氫平臺。集裝箱式的制氫設備體積很小,絕大多數海上平臺都可以容納。PosHYdon項目旨在研究海上風電制氫,創新技術,并在荷蘭推廣應用。未來,電解設備將安裝在北海其他臨近海上風電場的海上平臺上。通過結合氫氣、天然氣、風電三個行業,為人類社會提供綠色能源,實現能源轉型。
國內首個海上風電制氫項目——青島深遠海200萬千瓦海上風電融合示范風場項目
據了解,青島深遠海200萬千瓦海上風電融合示范風場項目風電部分直接投資300億元以上,可拉動風電場與海洋牧場一體化融合產業、風電制氫、風能海水淡化和裝備制造等相關產業合計投資500億元以上。項目實施地點距離藍谷海岸線外海70公里,水深約30米,總建設容量為200萬千瓦,達產后可年產風電60億度,實現年產值30億元。
項目擬分兩期開發,一期開發海上風電場規模約100萬千瓦,重點對海上風電+海洋牧場融合、漂浮式風機基礎、遠距離海上送電、余電制氫和海水淡化等進行試驗示范,開展新型風電首臺套裝備試驗研究。二期開發約100萬千瓦,根據首期開發示范項目試驗成果和經驗,穩妥推進創新型浮體式海上風電機組在深、遠海海域的示范應用,全面開展海上風電+海洋牧場融合應用和新型技術裝備等應用,推動海上風電+波浪發電、海上風電+制氫儲氫、海上風電+海水淡化、海上風電+海洋化工、海上風電+海洋科學研究等多樣化融合試驗與示范應用,打造世界一流的“海上風電+”融合項目的示范基地。
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