2023年是綠氫爆發元年,風光制氫項目密集開建。隨著我國可再生能源裝機量和發電量的快速增長,綠電制氫逐步成為新能源資源豐富地區的重要選擇,可再生能源制氫項目加快落地。
10月16日,中國政府網發布《國務院關于推動內蒙古高質量發展奮力書寫中國式現代化新篇章的意見》,這是國務院單獨為內蒙古自治區發布的一份高質量發展指導意見。
我國水電、風電、光電裝機規模均居世界第一,總裝機容量約占全球可再生能源總量的28%。但受發電隨機性、季節性和反調峰特性進影響,存在大量棄風、棄光現象,為回收棄風棄光、同時利用可再生能源替代化石燃料制氫實現碳減排,風光制氫是可行的解決方案。
風光制氫包括風電制氫、光電制氫和風光耦合制氫。
風電制氫
風電制氫的基本思路是利用非并網風力發電模式,將超過電網容量的部分風力發電直接利用非并網風力發電模式,將產生的氫氣儲存運輸用于氫燃料電池汽車等。
風力發電具有適應性很強、安全高效的特點,國家目前大力支持風電制氫項目開發。
今年2月,中船風電與通遼市人民政府、科爾沁區人民政府簽約中船風電500MW瓦風電制氫制氨一體化項目,助力通遼打造蒙東氣能裝備制造、高端鑄造及氫能制儲運用科研示范。
6月,全球首個萬噸級風電制氫合成甲醇項目簽約浙江,中國船舶大連造船與浙能集團,共同開展全球首個利用風電制氫合成綠色甲醇年產量達萬噸的項目。另外,還有一個新技術有望將風電制氫導入整體成本更低的領域。6月2日,經中國工程院專家組現場考察后確認,由東方電氣集團與深圳大學/四川大學謝和平院士團隊聯合開展的全球首次海上風電無淡化海水原位直接電解制氫技術海上中試在福建興化灣海上風電場獲得成功。
光電制氫
近年來,光伏制氫一直熱度部件。光伏發電制氫即將太陽能面板轉化的電能供給電解槽系統電解水制氫,系統整體結構類似風力發電制氫系統。我國光伏發電相關技術及建設規模已達世界領先水平,隨著光伏發電成本的下降,光伏制氫在脫碳減排中扮演著重要角色。
光伏制氫的原理是:首先由光子轉化為電子、光能量轉化為電能量,最后形成電壓。光伏發電的主要核心元件是太陽能電池,其他還包含有蓄電池組、控制器等元件,系統整體結構如下圖所示。
我國擁有全球最大的光伏制氫項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目,該項目于6月30日正式投產,產出的氫氣通過管道輸送到中國石化塔河煉化替代現有天然氣化石能源制氫,項目成功標志著我國首次實現萬噸級綠氫煉化項目全產業鏈貫通。
風光耦合制氫
風光互補耦合發電制氫系統由風力發電系統、太陽能發電系統、電解水制氫裝置及氫能儲存和利用系統組成。風光互補發電制氫系統工作原理為當區域電網中風光資源富余時,將棄風棄光資源用于電解水制氫,當電網電力不足時,氫能通過燃料電池為電網供電,達到削峰填谷的作用,同時還可極大提升風光資源的利用率及并網穩定性,使得風力、光伏發電優勢特性互補。風光耦合制氫利用風能、光能互補的優勢,可以獲得穩定的電力輸出,系統又較高的穩定性和可靠性,且在同樣供電的情況下,可大大減少儲能蓄電池的容量。
各地風光制氫發展
內蒙古、新疆、寧夏等地率先成為我國風光制氫示范項目的主要建設區域,內蒙古憑借自身風光優勢,在眾多風光基地中脫穎而出,截至2023年初,內蒙古風光制氫項目共31個,配套新能源1315.25千瓦,年產氫能力53.189萬噸。新疆庫車則擁有我國萬噸級光伏綠氫示范項目。政策方面,新疆維吾爾自治區發展改革委印發《自治區氫能產業發展三年行動方案》,提出在氫源開發、氫能應用兩個領域實現充分聯動,打造國家大型綠氫供應和出口基地。
去年11月,《寧夏回族自治區氫能產業發展規劃》正式發布,其中指出:到2025年,可再生能源制氫能力達到8萬噸以上,力爭實現二氧化碳減排達到100-200萬噸。
隨著風光發電裝機規模的擴大,可再生能源電力成本的降低,可再生能源電解水制氫的成本也將持續下降,風光制氫對解決風光發電并網穩定性和減少碳排放都有巨大作用,具有巨大環境和經濟效益。