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2022年風電整機格局大洗牌!

2023-09-14 來源:氫能源與燃料電池 瀏覽數(shù):608

隨著海上風電行業(yè)大規(guī)??焖侔l(fā)展,海上風電從近海走向深遠海是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢?,F(xiàn)階段,深遠海風電開發(fā)面臨離岸距離遠、電力

隨著海上風電行業(yè)大規(guī)模快速發(fā)展,海上風電從近海走向深遠海是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)階段,深遠海風電開發(fā)面臨離岸距離遠、電力輸送成本較高等制約性問題。

“海上風電+海上制氫”通過開發(fā)模式融合,可有效降低深遠海海上風電資源開發(fā)成本,緩解電力消納難題,同時實現(xiàn)全過程提供綠色清潔能源,是具備巨大開發(fā)潛力的清潔能源研究方向。

目前多個國家已進軍“海上風電+制氫”領域,進行試點示范項目開發(fā)。我國海上風電制氫尚處于探索階段,還有諸多技術難題亟待解決。

“海上風電+海上制氫”開發(fā)模式介紹

海上風電制氫技術路線大多采用“風力發(fā)電+海水淡化+PEM電解槽制氫”。

海上風電制氫可行性和經(jīng)濟性主要受離岸距離、基礎設施條件、電解技術、儲氫技術等因素影響,基于這些因素形成了以下四種不同的制氫開發(fā)模式:

“風電平臺+電解設備”

該模式屬于分散式制氫,適用于新建海上風電場,通過在風機平臺上設置水電解制氫設備實現(xiàn)大規(guī)模的分散式制氫。主要優(yōu)點是,單個電解槽發(fā)生故障,不影響其余風機繼續(xù)生產(chǎn)氫氣。以下項目屬于該開發(fā)模式:

英國Dolphyn項目總裝機容量400萬千瓦,將電解制氫模塊和風力發(fā)電模塊集成在半潛式風機平臺上,氫氣通過北?,F(xiàn)有油氣管道輸往英國本土。

 英國Dolphyn項目整體方案示意

圖2 Dolphyn項目風機平臺制氫方案

挪威Deep Purple項目風機產(chǎn)生的電能全部在風機平臺上進行電解制氫,通過海管輸送到陸地。

圖3 Deep Purple項目氫海管輸送方案

瑞典Hydrogen Turbine 1項目將在蘇格蘭海上風電場1臺8.8MW風機的導管架平臺上安裝PEM電解槽就地制氫,預計將于2025年建成投運。

圖4 Hydrogen Turbine 1項目方案示意

德國AquaPrimus項目將風電場風機制造的氫氣匯總后輸送到海底,存儲在專用的高壓儲罐中,通過海底管道輸送至陸地終端。該項目計劃2025年在黑爾戈蘭島外海兩臺14兆瓦的風機平臺上各安裝一個電解槽。

圖5 AquaPrimus項目分散式制氫平臺示意

“海上風電+新建海上平臺+電解設備”

該模式屬于集中制氫,適用于離岸較遠的風電場以及分散式制氫不經(jīng)濟的風電場,通過新建海上集中式制氫平臺,減少電力傳輸損耗,集中制氫。以下項目屬于該開發(fā)模式:

日本JIDAI項目位于北海道海岸,風電場電能匯總至半潛制氫平臺,生產(chǎn)的氫氣壓縮儲存在半潛平臺儲氣罐系統(tǒng),通過穿梭油輪進行外輸,計劃2030年前實現(xiàn)商業(yè)化。

圖6 JIDAI項目項目制氫方案示意

比利時Tractebel Overdick項目將400MW海上風電場的電能送至海上升壓站。升壓站將一部分電力輸送至陸地并網(wǎng)進行陸地電解槽電解制氫,另一部分電力用于在新建固定式制氫平臺上進行電解制氫,產(chǎn)生的氫氣儲存在地下鹽穴中,通過穿梭油輪或海底管道輸送至陸地氫網(wǎng)。

圖7 Tractebel Overdick項目方案示意

圖8 Tractebel Overdick項目制氫平臺

德國AquaSector項目在制氫平臺制氫,平臺不儲存氫氣,通過海底管道外輸至陸地終端。計劃在2028年建成300MW電解槽容量,每年可在海上生產(chǎn)多達20,000噸綠色氫氣,預計2033年完成10GW風電制氫。

與海上發(fā)電輸送至陸地相比,海上制氫和管道輸送具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。經(jīng)評估,該項目輸氫管道可以取代五個高壓直流(HVDC)輸電系統(tǒng)和平臺,具有較好的成本效益。

圖9 AuqaSector項目集中式制氫方案示意

法國Sealhyfe項目目標是在浮式平臺生產(chǎn)可再生綠色氫,通過配備1MW電解槽,每日最高可生產(chǎn)400公斤可再生綠色氫氣。該項目計劃2030年海上裝機容量約為3GW。

圖10 Sealhyfe項目方案示意

“海上風電+舊平臺改裝+電解設備”

海上風電制氫就近利用即將退役的油氣平臺改造為制氫平臺,并利用現(xiàn)有的油氣管道輸送氫氣,從而降低成本。其優(yōu)點是可以有效降低項目投資成本。DNV通過Re-Stream項目評估現(xiàn)有油氣管道傳輸純氫的方案,得出大多數(shù)海上管道都可以再用于純氫輸送的結(jié)論。

荷蘭Q13-a平臺改裝項目屬于該模式,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(tǒng)一到一起,目的是驗證海上風電制氫的可行性,以及能源系統(tǒng)一體化運行情況。

圖11 Q13a-A海上平臺制氫改裝項目

“海上風電+陸上電解”

適用于近岸海上風電場,其優(yōu)點是具有較高的靈活性,制氫系統(tǒng)可以作為電網(wǎng)調(diào)峰的有效手段,在陸上完成氫氣的制取和儲運,也具有系統(tǒng)安裝維護方便的優(yōu)勢。

英國Gigastack項目屬于該模式,將100MW海上風力場產(chǎn)生的電能輸送至陸地,電解槽位于陸上變電站下游??焖夙憫娊獠凼箽錃馍a(chǎn)能夠靈活的參與電網(wǎng)平衡活動,將對輸電網(wǎng)的影響降至最低。該項目預計年電解槽制造能力到2025年增加到1GW。

圖12 Gigastack項目方案示意

結(jié)語

“海上風電+海水制氫”技術路徑極具前景,但目前由于高昂的設備成本和建設成本,影響了該開發(fā)模式的經(jīng)濟效益,阻礙了發(fā)展。隨著海水制氫技術的成熟,綠氫生產(chǎn)成本有望顯著降低。

隨著能源消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型以及國家政策對綠氫產(chǎn)業(yè)的扶持,“海上風電+海水制氫”將逐步具有經(jīng)濟可行性,可實現(xiàn)海水制氫規(guī)?;_發(fā)。

 

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