近年來,隨著風電裝機容量的增加,越來越多的問題顯現出來。一是大規模劣質風電并網帶來的危害;二是大規模風電場的積累,導致地方電網壓力過大,造成大量棄風現象;三是大規模并網帶來的調度困難問題。將風電轉化為氫能,探索能量轉換,是實現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系統接納能力的部分,通過非并網風電模式在電解水制氫當中進行應用,而其所產生的氫氣在經過具體的儲存和運輸之后,可以在氫燃料電池汽車等領域當中進行應用。
技術特點
風力發電機需要高適應性。由于風力發電機不僅要通過變流裝置將電能輸送到電網,還需要將棄風能源作為氫電解池的電源,因此需要風力發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、安全性以及環保性。在電解制氫的過程中,要確保能源轉換的高效性。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包括燃料電池、儲氫以及制氫相關的控制系統,通過控制系統運行可以靈活分配制氫功率。通過對制氫電壓進行控制,可以確保制氫系統維持在高效范圍內,并經過一系列控制,使制氫、用氫以及儲氫等系統的安全運行得到保證。
國內外風電制氫現狀
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系統中的儲能優勢,優化間歇性可再生能源的發電質量的同時提高可再生能源系統的利用效率,確保電網的安全穩定。二個是由德國主導的“電轉氣”項目,通過利用多余的電力生產氫氣,提高可再生能源的規模和比例。三是大力發展海上風電制氫項目,如荷蘭的NortH2項目。
相比之下,國內風電制氫起步較晚,2014年,李克強總理考察德國氫能混合發電項目,指示國內相關部門組織實施氫能利用示范項目。
政策方面,國家電網于2015年發布《關于做好2015年度風電并網消納有關工作的通知》,能源部在2016年3月發布《關于做好2016年度風電并網消納有關工作的通知》,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涼海螺崆峒區峽門鄉100兆瓦風力發電及制氫項目。平涼海螺崆峒區峽門100兆瓦風力發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布關于投資建設風電離網制氫一體化項目暨關聯交易的公告。金山股份與中國華電科工集團有限公司共同出資建設25MW風電離網制氫一體化項目。
5月16日上午,在2023首屆中國(內蒙古)氫能論壇暨技術應用展覽會上,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略合作協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《關于洮南市風電耦合生物質制綠色甲醇一體化項目戰略合作協議》。
但我國風電制氫的發展也面臨著一些問題,主要問題包括兩方面:
一是從關鍵技術角度看,風電具有隨機性、不穩定性,波動性較大,頻繁的電力波動對設備的壽命和氫氣的質量都會造成影響。由于電解水制氫設備對電能的穩定性要求較高,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發展的瓶頸,亟待進一步研究。
二是風電制氫技術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,多用于化學領域的合成氨、石化企業。但隨著近年來燃料電池汽車行業的發展,帶動了氫能的規模化利用。風電制氫可以參照德國powertogas計劃,結合我國西氣東輸計劃,解決西北部地區風電棄風難題。
氫能觀察捕捉綠氫發展焦點,舉辦“2023第三屆中國綠氫與應用發展論壇”。邀請行業內專家學者、氫能行業業主方、制氫供應商、政府合作單位等,以內蒙古鄂爾多斯為落腳點,共同探討我國綠氫產業發展情況。