把風光資源真正轉化為產業優勢,風電制氫路在何方?

2021-01-09 澎湃新聞
把風光資源真正轉化為產業優勢，風電制氫路在何方？

2020-08-20 06:48 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

近年來，風電產業發展迅猛，我國已成為風電增長最快的國家。根據工信部數據，2019年併網風電裝機容量已經達到210.05GW。

隨著風電裝機容量的猛增，越來越多的問題正逐漸顯現，如大規模不可控低品質風電併網對電網安全性帶來的挑戰；大規模風電場的聚集給當地電網輸送帶來的極大壓力；大量併網風電給電網調度中心造成越來越大的困難，電網平衡成本逐漸增大。其中棄風問題尤為重視，2019年我國棄風電量169億千瓦時，平均棄風率為4%，2020年雖然全國風電紅色預警全面解除，但棄風現象猶存在不止於 「三北」，如湖南省棄風率高達35%以上。

為解決這些問題，風電制氫成為研究的重點方向。風電制氫的發展將會帶動風電裝備、氫氣制儲運和氫氣應用等各行各業的發展。在項目發展過程中，將會帶動風電設備等基礎設施建設，並帶動相關機械製造及電機行業的發展，有助於對風電項目的研究和製造業的升級改造。

總體上講，我國風電制氫技術研發起步較晚，目前尚無成熟商業運行的風電制氫儲能和燃料電池發電系統，大規模風電制氫儲能的示範工程設計經驗不足，在系統的關鍵性技術、效率提升和經濟性方面未能取得實質性的進展。

1、風電制氫簡介

風電制氫技術是將風能通過風力發電機轉化成電能，電能通過電解水制氫設備轉化成氫氣，通過將氫氣輸送至氫氣應用終端，完成從風能到氫能的轉化。

根據風電來源的不同，可以將風電制氫技術分為併網型風電制氫和離網型風電制氫兩種。併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，主要應用於大規模風電場的棄風消納和儲能。

圖1 併網風電制氫技術原理圖

離網型風電制氫是將單颱風機或多颱風機所發的電能，不經過電網直接提供給電解水制氫設備進行制氫，主要應用於分布式制氫或局部應用於燃料電池發電供能。

圖2 離網風電制氫原理圖

2、風電制氫發展瓶頸

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，產業瓶頸也主要與這兩個關鍵技術相關。

1、風電不穩定性帶來的制氫難題

從技術角度來看，風電的隨機性、不穩定性、波動性較大，功率輸出波動範圍較大大，而水電解制氫設備對電能質量的穩定性要求較高，頻繁的電力波動會造成（1）影響設備的運行壽命，增加設備維護成本；（2）影響產品氫氣的純度，氫氣中氧氣含量會提高，帶來安全風險。

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。

圖3 某風電制氫實驗中制氫實際功率波動曲線

圖4 某風電制氫實驗中氫氣氧含量波動曲線

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，才能實現氫氣的經濟性。

根據2019年《國家發展改革委關於完善風電上網電價政策的通知》2019年I～Ⅳ類資源區符合規劃、納入財政補貼年度規模管理的新核准陸上風電指導價分別調整為每千瓦時0.34元、0.39元、0.43元、0.52元（含稅、下同）；2020年指導價分別調整為每千瓦時0.29元、0.34元、0.38元、0.47元。即便按棄風發電價格每千瓦時0.25元計算，風電制氫僅電的成本就為1.25元，沒有競爭優勢。

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濟性。

3、儲運問題

風電制氫地區與用氫地往往存在一定的空間距離。在沒有輸氫管網的情況下，需要通過高壓氣態等方式運輸至用氫地，成本較高。

3、國內風電制氫項目介紹

隨著國內氫能產業的發展和「綠氫」呼聲的日漸高漲，國內對風電制氫的研究與實踐正在加速。據氫雲鏈統計，目前我國的風電制氫項目與課題已經超過20個，不斷湧現的項目有力地推動了我國風電制氫產業發展，為綠氫的發展提供技術保障。

表1 國內風電制氫項目一覽

4、小結

風電目前已經作為國家重點鼓勵發展的綠色清潔能源，不過，風電具有隨機性、波動性、階段性供電等問題，增加了電網調度難度；而隨著裝機規模不斷增大，光伏發電在儲能方面的劣勢就凸顯出來，而此時太陽能制氫，光伏制氫是可以有效地消納光伏發電，可以實現兩種重要新能源之間的有效結合應用。

因此，氫雲鏈認為，隨著風力發電和電解水制氫技術的不斷發展，成本的逐漸降低，風電制氫將能逐漸滿足商業化的要求，成為我國能源安全和能源結構調整的又一生力軍。

不過也需要注意的是，風電制氫作為一種新興產業，因其自身發展和生產性質特點，未形成固定形式，其運行管理包含氫氣製備、傳輸和應用環節中的安全服務工作，需要保證氫氣質量標準，降低各種損耗，提高經濟效益，確保運行安全和人身安全。

關鍵詞 >> 氫能產業,風電產業,能源

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