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“海上风电+海上制氢”开发模式探讨

2023-08-05 来源:风电市场 浏览数:136

随着海上风电行业大规模快速发展,海上风电从近海走向深远海是产业发展的必然趋势。现阶段,深远海风电开发面临离岸距离远、电力输送成本较高等制约性问题。

  随着海上风电行业大规模快速发展,海上风电从近海走向深远海是产业发展的必然趋势。现阶段,深远海风电开发面临离岸距离远、电力输送成本较高等制约性问题。
 
“海上风电+海上制氢”通过开发模式融合,可有效降低深远海海上风电资源开发成本,缓解电力消纳难题,同时实现全过程提供绿色清洁能源,是具备巨大开发潜力的清洁能源研究方向。
 
目前多个国家已进军“海上风电+制氢”领域,进行试点示范项目开发。我国海上风电制氢尚处于探索阶段,还有诸多技术难题亟待解决。
 
“海上风电+海上制氢”开发模式介绍
 
海上风电制氢技术路线大多采用“风力发电+海水淡化+PEM电解槽制氢”。
 
海上风电制氢可行性和经济性主要受离岸距离、基础设施条件、电解技术、储氢技术等因素影响,基于这些因素形成了以下四种不同的制氢开发模式:
 
“风电平台+电解设备”
 
该模式属于分散式制氢,适用于新建海上风电场,通过在风机平台上设置水电解制氢设备实现大规模的分散式制氢。主要优点是,单个电解槽发生故障,不影响其余风机继续生产氢气。以下项目属于该开发模式:
 
英国Dolphyn项目总装机容量400万千瓦,将电解制氢模块和风力发电模块集成在半潜式风机平台上,氢气通过北海现有油气管道输往英国本土。
 
 
图1 英国Dolphyn项目整体方案示意
 
 
图2 Dolphyn项目风机平台制氢方案
 
挪威Deep Purple项目风机产生的电能全部在风机平台上进行电解制氢,通过海管输送到陆地。
 
 
图3 Deep Purple项目氢海管输送方案
 
瑞典Hydrogen Turbine 1项目将在苏格兰海上风电场1台8.8MW风机的导管架平台上安装PEM电解槽就地制氢,预计将于2025年建成投运。
 
 
图4 Hydrogen Turbine 1项目方案示意
 
德国AquaPrimus项目将风电场风机制造的氢气汇总后输送到海底,存储在专用的高压储罐中,通过海底管道输送至陆地终端。该项目计划2025年在黑尔戈兰岛外海两台14兆瓦的风机平台上各安装一个电解槽。
 
 
图5 AquaPrimus项目分散式制氢平台示意
 
“海上风电+新建海上平台+电解设备”
 
该模式属于集中制氢,适用于离岸较远的风电场以及分散式制氢不经济的风电场,通过新建海上集中式制氢平台,减少电力传输损耗,集中制氢。以下项目属于该开发模式:
 
日本JIDAI项目位于北海道海岸,风电场电能汇总至半潜制氢平台,生产的氢气压缩储存在半潜平台储气罐系统,通过穿梭油轮进行外输,计划2030年前实现商业化。
 
 
图6 JIDAI项目项目制氢方案示意
 
比利时Tractebel Overdick项目将400MW海上风电场的电能送至海上升压站。升压站将一部分电力输送至陆地并网进行陆地电解槽电解制氢,另一部分电力用于在新建固定式制氢平台上进行电解制氢,产生的氢气储存在地下盐穴中,通过穿梭油轮或海底管道输送至陆地氢网。
 
 
图7 Tractebel Overdick项目方案示意
 
 
图8 Tractebel Overdick项目制氢平台
 
德国AquaSector项目在制氢平台制氢,平台不储存氢气,通过海底管道外输至陆地终端。计划在2028年建成300MW电解槽容量,每年可在海上生产多达20,000吨绿色氢气,预计2033年完成10GW风电制氢。
 
与海上发电输送至陆地相比,海上制氢和管道输送具有明显的经济优势。经评估,该项目输氢管道可以取代五个高压直流(HVDC)输电系统和平台,具有较好的成本效益。
 
 
图9 AuqaSector项目集中式制氢方案示意
 
法国Sealhyfe项目目标是在浮式平台生产可再生绿色氢,通过配备1MW电解槽,每日最高可生产400公斤可再生绿色氢气。该项目计划2030年海上装机容量约为3GW。
 
 
图10 Sealhyfe项目方案示意
 
“海上风电+旧平台改装+电解设备”
 
海上风电制氢就近利用即将退役的油气平台改造为制氢平台,并利用现有的油气管道输送氢气,从而降低成本。其优点是可以有效降低项目投资成本。DNV通过Re-Stream项目评估现有油气管道传输纯氢的方案,得出大多数海上管道都可以再用于纯氢输送的结论。
 
荷兰Q13-a平台改装项目属于该模式,将把北海海域的三种能源形式:海上风能、海上天然气和氢能,有机统一到一起,目的是验证海上风电制氢的可行性,以及能源系统一体化运行情况。
 
 
图11 Q13a-A海上平台制氢改装项目
 
“海上风电+陆上电解”
 
适用于近岸海上风电场,其优点是具有较高的灵活性,制氢系统可以作为电网调峰的有效手段,在陆上完成氢气的制取和储运,也具有系统安装维护方便的优势。
 
英国Gigastack项目属于该模式,将100MW海上风力场产生的电能输送至陆地,电解槽位于陆上变电站下游。快速响应电解槽使氢气生产能够灵活的参与电网平衡活动,将对输电网的影响降至最低。该项目预计年电解槽制造能力到2025年增加到1GW。
 
 
图12 Gigastack项目方案示意
 
结语
 
“海上风电+海水制氢”技术路径极具前景,但目前由于高昂的设备成本和建设成本,影响了该开发模式的经济效益,阻碍了发展。随着海水制氢技术的成熟,绿氢生产成本有望显著降低。
 
随着能源消费结构的转型以及国家政策对绿氢产业的扶持,“海上风电+海水制氢”将逐步具有经济可行性,可实现海水制氢规模化开发。
 
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