近年來,隨著風電裝機容量的增加,越來越多的問題顯現(xiàn)出來。一是大規(guī)模劣質(zhì)風電并網(wǎng)帶來的危害;二是大規(guī)模風電場的積累,導致地方電網(wǎng)壓力過大,造成大量棄風現(xiàn)象;三是大規(guī)模并網(wǎng)帶來的調(diào)度困難問題。將風電轉(zhuǎn)化為氫能,探索能量轉(zhuǎn)換,是實現(xiàn)風電利用的可行思路。
風電制氫原理
風電制氫是將超出電網(wǎng)系統(tǒng)接納能力的部分,通過非并網(wǎng)風電模式在電解水制氫當中進行應用,而其所產(chǎn)生的氫氣在經(jīng)過具體的儲存和運輸之后,可以在氫燃料電池汽車等領(lǐng)域當中進行應用。
技術(shù)特點
風力發(fā)電機需要高適應性。由于風力發(fā)電機不僅要通過變流裝置將電能輸送到電網(wǎng),還需要將棄風能源作為氫電解池的電源,因此需要風力發(fā)電機具有很高的適應性,以抵抗風力波動。
氫電解池具有高適應性、高效性、安全性以及環(huán)保性。在電解制氫的過程中,要確保能源轉(zhuǎn)換的高效性。由于制氫公路波動會影響氫氣純度以及裝置壽命,所以對電解池也提出很高要求。
風電制氫控制系統(tǒng)具有高效性、較高的安全性以及靈活性。風電制氫集成控制系統(tǒng)包括燃料電池、儲氫以及制氫相關(guān)的控制系統(tǒng),通過控制系統(tǒng)運行可以靈活分配制氫功率。通過對制氫電壓進行控制,可以確保制氫系統(tǒng)維持在高效范圍內(nèi),并經(jīng)過一系列控制,使制氫、用氫以及儲氫等系統(tǒng)的安全運行得到保證。
國內(nèi)外風電制氫現(xiàn)狀
歐洲風電制氫目前的研究方向有三個:一是利用氫氣在微電網(wǎng)系統(tǒng)中的儲能優(yōu)勢,優(yōu)化間歇性可再生能源的發(fā)電質(zhì)量的同時提高可再生能源系統(tǒng)的利用效率,確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。二個是由德國主導的“電轉(zhuǎn)氣”項目,通過利用多余的電力生產(chǎn)氫氣,提高可再生能源的規(guī)模和比例。三是大力發(fā)展海上風電制氫項目,如荷蘭的NortH2項目。
相比之下,國內(nèi)風電制氫起步較晚,2014年,李克強總理考察德國氫能混合發(fā)電項目,指示國內(nèi)相關(guān)部門組織實施氫能利用示范項目。
政策方面,國家電網(wǎng)于2015年發(fā)布《關(guān)于做好2015年度風電并網(wǎng)消納有關(guān)工作的通知》,能源部在2016年3月發(fā)布《關(guān)于做好2016年度風電并網(wǎng)消納有關(guān)工作的通知》,指示河北、吉林省加快可再生能源制氫示范工作,將氫儲能作為解決棄風、棄光問題的新思路。
項目方面,今年以來多個風電制氫項目簽約。
2月11日,2023年一季度甘肅省重大項目集中開工活動,此次開工活動包括平?jīng)龊B葆轻紖^(qū)峽門鄉(xiāng)100兆瓦風力發(fā)電及制氫項目。平?jīng)龊B葆轻紖^(qū)峽門100兆瓦風力發(fā)電及制氫項目是全市2023年“+四五”第二批風光電項目重點建設項目。
3月14日,沈陽金山能源股份有限公司發(fā)布關(guān)于投資建設風電離網(wǎng)制氫一體化項目暨關(guān)聯(lián)交易的公告。金山股份與中國華電科工集團有限公司共同出資建設25MW風電離網(wǎng)制氫一體化項目。
5月16日上午,在2023首屆中國(內(nèi)蒙古)氫能論壇暨技術(shù)應用展覽會上,有多個項目簽約,其中包括淖爾天潤巴彥淖爾市200萬千瓦風電制氫制50萬噸甲醇項目,投資金額140億元。
6月27日,中國船舶大連造船與浙能集團簽署綠色航運戰(zhàn)略合作協(xié)議及風電制氫合成綠色甲醇項目合作備忘錄。
7月3日,近日,上海電氣與吉林洮南市人民政府簽署《關(guān)于洮南市風電耦合生物質(zhì)制綠色甲醇一體化項目戰(zhàn)略合作協(xié)議》。
但我國風電制氫的發(fā)展也面臨著一些問題,主要問題包括兩方面:
一是從關(guān)鍵技術(shù)角度看,風電具有隨機性、不穩(wěn)定性,波動性較大,頻繁的電力波動對設備的壽命和氫氣的質(zhì)量都會造成影響。由于電解水制氫設備對電能的穩(wěn)定性要求較高,如何解決電能匹配問題,提高制氫設備的利用率吧,需要研究探討。另一方面,氫氣儲運的安全性和運輸成本也是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸,亟待進一步研究。
二是風電制氫技術(shù)以及下游氫氣應用的推廣難題,當前氫氣受制于運輸和儲存成本,用途較為單一,多用于化學領(lǐng)域的合成氨、石化企業(yè)。但隨著近年來燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展,帶動了氫能的規(guī)?;?。風電制氫可以參照德國powertogas計劃,結(jié)合我國西氣東輸計劃,解決西北部地區(qū)風電棄風難題。
氫能觀察捕捉綠氫發(fā)展焦點,舉辦“2023第三屆中國綠氫與應用發(fā)展論壇”。邀請行業(yè)內(nèi)專家學者、氫能行業(yè)業(yè)主方、制氫供應商、政府合作單位等,以內(nèi)蒙古鄂爾多斯為落腳點,共同探討我國綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況。