海上風(fēng)電制氫發(fā)展加速,行業(yè)未來將乘風(fēng)破浪
隨著海上風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,海上風(fēng)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(fēng)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(fēng)電+海上制氫”通過開發(fā)模式融合,可有效降低深遠海上風(fēng)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,項目具備巨大開發(fā)潛力。
目前全球范圍內(nèi)已經(jīng)公布的電解水制氫項目儲備總規(guī)模達到3200萬千瓦,其中一半來自于海上風(fēng)電制氫,其中英國、德國、法國、比利時、荷蘭、丹麥等歐洲國家均已規(guī)劃百萬千瓦級以上的海上風(fēng)電制氫項目。近年來,隨著國內(nèi)風(fēng)電裝機項目數(shù)量逐步增長,截止到2023年12月底,全國累計風(fēng)電裝機總?cè)萘考s4.4億千瓦,同比增長20.7%,風(fēng)電與制氫結(jié)合成為清潔能源再生產(chǎn)的熱門項目,同時也是未來“脫碳”的主要方式之一。
歐洲是海上風(fēng)電最發(fā)達的地區(qū),也是推動海上風(fēng)電制氫最為積極的地區(qū)。歐洲海上風(fēng)電制氫的概念理論、項目實踐都走在了世界的前沿,對歐洲海上風(fēng)電和綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了重要的助推作用。
Nort H2項目是全球規(guī)模最大的海上風(fēng)電制氫項目之一,該項目計劃到2030年在北海建成3~4GW的海上風(fēng)電場,完全用于綠氫生產(chǎn),并在荷蘭北部港口埃姆斯哈文近海區(qū)域建設(shè)一座大型電解水制氫站,計劃到2040年實現(xiàn)10GW海上風(fēng)電裝機規(guī)模和年產(chǎn)100萬噸綠氫目標。
德國Aqua Ventus項目預(yù)計在2035年達成10 GW海上風(fēng)電裝機和年產(chǎn)100萬噸綠氫的目標。該項目包括了關(guān)于海上綠氫“制儲輸用”全產(chǎn)業(yè)鏈上的多個子項目,其中第1個子項目AquaPrimus計劃于2025年在德國赫爾戈蘭海岸附近安裝2個14 MW的海上風(fēng)電機組,每臺風(fēng)電機組的基礎(chǔ)平臺上都安裝獨立的電解水制氫裝置;AquaSector子項目建設(shè)德國首個大型海上氫園區(qū),計劃到2028年安裝300 MW的電解槽,年產(chǎn)2萬噸海上綠氫,并通過AquaDuctus子項目鋪設(shè)的海底管道將綠氫輸送到赫爾戈蘭。
這一研發(fā)項目屬于德國國家氫能戰(zhàn)略“H2 Mare”計劃的一部分,由西門子能源牽頭的“H2 Mare”計劃由多個子項目組成,項目開發(fā)一種適合近海環(huán)境并能夠適配海上風(fēng)電機組的PEM電解海水制氫系統(tǒng)。該方案采用模塊化設(shè)計,既可以實現(xiàn)高效可靠的操作,又可實現(xiàn)規(guī)?;卣?。西門子能源將開發(fā)全新的能夠應(yīng)對海上惡劣環(huán)境的電解槽產(chǎn)品,西門子歌美颯將改裝其研制的海上風(fēng)電機組SG14-222DD,將電解槽系統(tǒng)無縫集成至風(fēng)機系統(tǒng),實現(xiàn)海上風(fēng)電和電解水制氫系統(tǒng)的完美匹配。
作為全球首個海上風(fēng)電制氫示范項目,該項目首次將海上風(fēng)能、海上天然氣和海上氫能三種海上能源系統(tǒng)有機整合到一起,在荷蘭海王星能源公司(Neptune Energy)的Q13a-A平臺上進行試點。該生產(chǎn)平臺是荷蘭北海首個實現(xiàn)完全綠色電氣化的平臺,位于斯海弗寧恩海岸約13公里處,1兆瓦的電解槽將緊跟Luchterduinen風(fēng)電場的風(fēng)向。平臺生產(chǎn)的綠色氫氣將與天然氣混合,通過現(xiàn)有的天然氣管道輸送到海岸,供工業(yè)、運輸部門和荷蘭家庭使用。
該項目隸屬丹麥風(fēng)電巨頭沃旭能源,計劃到2030年建造總?cè)萘?GW的電解槽,并與荷蘭北海計劃中2GW海上風(fēng)電場直接連接,生產(chǎn)的綠氫將通過位于荷蘭和比利時之間的跨境管道進行分配。一期工程包括500MW的電解槽容量,第2階段將擴展到1GW,屆時連接到國家氫主干網(wǎng)以供應(yīng)多種使用環(huán)境。
目前全球規(guī)模最大的漂浮式海上風(fēng)電分布式制氫項目,計劃在北海開發(fā)4GW漂浮式海上風(fēng)電場,擬采用10MW機型,每個漂浮式平臺都安裝單獨的電解槽,產(chǎn)生的氫氣通過管道外送,不需要設(shè)置海底電纜或海上制氫站。風(fēng)電機組內(nèi)部配備足夠的備用電源,以保證檢修、停機后重啟的需求,項目計劃于2026年前實現(xiàn)在10MW機型上制氫。
英國Dolphyn項目總裝機容量400萬千瓦,將電解制氫模塊和風(fēng)力發(fā)電模塊集成在半潛式風(fēng)機平臺上,氫氣通過北?,F(xiàn)有油氣管道輸往英國本土。該項目模式屬于分散式制氫,適用于新建海上風(fēng)電場,通過在風(fēng)機平臺上設(shè)置水電解制氫設(shè)備實現(xiàn)大規(guī)模的分散式制氫。
比利時Tractebel Overdick項目是將400MW海上風(fēng)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海上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)。
1.8日本JIDAI項目
日本JIDAI項目位于北海道海岸,風(fēng)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。該模式屬于集中制氫,適用于離岸較遠的風(fēng)電場以及分散式制氫不經(jīng)濟的風(fēng)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。
法國Lhyfe于2022年啟動了其Sealhyfe 海上制氫平臺項目,該平臺同時結(jié)合了太陽能、風(fēng)能和波浪能,通過電解海水以獲得可再生綠氫。2023年6月,法國Lhyfe公司宣布其首個海上氫生產(chǎn)試點項目Sealhyfe投產(chǎn)。該項目采用Plug提供的EX-425D型號PEM電解槽,電力來自海上風(fēng)電。
全球首個漂浮式海上風(fēng)電制氫項目,旨在利用漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)生產(chǎn)綠氫并儲存在海底儲罐中,從而使用氫燃料電池替代大型燃氣輪機,為石油天然氣平臺提供穩(wěn)定的可再生電力供應(yīng),并為其他行業(yè)提供氫氣,計劃到2024年基本實現(xiàn)挪威油氣生產(chǎn)的零排放。
挪威Deep Purple項目利用漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)生產(chǎn)綠氫并儲存在海底儲罐,從而以氫燃料電池替代大型燃氣輪機,為石油天然氣平臺提供穩(wěn)定的可再生電力供應(yīng),并為其他行業(yè)提供氫氣。
英國Gigastack項目屬于在陸地上完成氫氣的制取和儲運,同時也具有系統(tǒng)安裝維護方便的優(yōu)勢。項目將100MW海上風(fēng)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,快速響應(yīng)電解槽使氫氣生產(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(yù)計年電解槽制造能力到2025年增加到1GW。
海上風(fēng)電與氫能融合發(fā)展是規(guī)模化生產(chǎn)綠氫的主力軍之一,也是深遠海風(fēng)電開發(fā)的破局關(guān)鍵。伴隨著我國海上風(fēng)電向遠海集中連片規(guī)?;_發(fā),離網(wǎng)型的集中式或分布式制氫方案是未來發(fā)展的主要方向。我國海上風(fēng)電制氫從2020年起步,但在“雙碳”目標和相關(guān)政策指引下,各級政府以及企業(yè)加快相關(guān)布局,海上風(fēng)電制氫項目正在大規(guī)模快速發(fā)展。
項目擬分為兩期開發(fā),一期開發(fā)海上風(fēng)電場規(guī)模約100萬千瓦,重點對海上風(fēng)電+海洋牧場融合、漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)、遠距離海上送電、余電制氫和海水淡化等進行試驗示范,開展新型風(fēng)電首臺套裝備試驗研究。
二期開發(fā)約100萬千瓦,根據(jù)首期開發(fā)示范項目試驗成果和經(jīng)驗,穩(wěn)妥推進創(chuàng)新型浮體式海上風(fēng)電機組在深、遠海海域的示范應(yīng)用,全面開展海上風(fēng)電+海洋牧場融合應(yīng)用和新型技術(shù)裝備等應(yīng)用,推動海上風(fēng)電+波浪發(fā)電、海上風(fēng)電+制氫儲氫、海上風(fēng)電+海水淡化、海上風(fēng)電+海洋化工、海上風(fēng)電+海洋科學(xué)研究等多樣化融合試驗與示范應(yīng)用,打造世界一流的“海上風(fēng)電+”融合項目的示范基地。
項目充分利用普蘭店區(qū)灘涂光伏資源優(yōu)勢及大連市技術(shù)研發(fā)、儲能設(shè)備、制氫設(shè)備、加氫設(shè)備、氫燃料電池、整車、氫能消納等可實現(xiàn)完整產(chǎn)業(yè)鏈本地化的優(yōu)勢,打造國內(nèi)首例集灘涂光伏、儲能、海水淡化、電解制氫為一體,嘗試風(fēng)光耦合及大規(guī)模不受上網(wǎng)指標限制的孤網(wǎng)運行模式的氫能源產(chǎn)業(yè)一體化示范項目。
該項目建成投產(chǎn)后形成年發(fā)電量1.37億千瓦時和年產(chǎn)2000噸的新能源綠氫產(chǎn)能,并在未來三年逐步形成500兆瓦新能源發(fā)電、10000噸綠氫的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
明陽陽江青洲四海上風(fēng)電場項目,位于廣東省陽江市陽西縣沙扒鎮(zhèn)青洲海域,用海面積73.69平方公里,水深45~47米,中心離岸約69千米,是目前已建成國內(nèi)離岸距離最遠、水深最深的近海深水區(qū)海上風(fēng)電項目。該項目總裝機容量500MW,采用明陽自主研發(fā)的44臺固定式風(fēng)力發(fā)電機組,其中MySE11-230機組25臺、MySE12-242機組19臺。項目每年可提供清潔能源發(fā)電量約18.3億千瓦時,節(jié)約57萬噸標準煤,減排二氧化硫1.1萬噸,減排二氧化碳140萬噸。
該項目還通過明陽自主研發(fā)設(shè)計的風(fēng)漁一體化智能裝備“明漁一號”開創(chuàng)性地實現(xiàn)了全球首次“綠電一體化直供養(yǎng)殖的低碳漁業(yè)”模式,為“海上風(fēng)電+海洋牧場”海域、結(jié)構(gòu)、電力、信息傳輸、運維等多方位的深度融合探索了路徑。
山東港口渤海灣港濰坊港區(qū)率先發(fā)布“零碳港口”創(chuàng)建方案:打造源網(wǎng)荷儲一體化零碳能源示范,推進綠氫“制-儲-加-用”全產(chǎn)業(yè)鏈示范,構(gòu)建“全環(huán)節(jié)、全貫通、全覆蓋、全生態(tài)、全場景”的新能源應(yīng)用示范。項目積極探索二氧化碳加風(fēng)電綠氫制甲醇低碳技術(shù),為靠港船舶提供綠色甲醇能源,降低物流鏈相關(guān)方碳足跡,同時重新定義通用散貨碼頭零碳智能化作業(yè)模式新標準。
在國家的有力支持和政策保障下,海上風(fēng)電制氫將會帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益,具有未來促進能源結(jié)構(gòu)改革、建立新能源體系的重要模式的意義。在可預(yù)見的未來,隨著海上風(fēng)電裝機規(guī)模的不斷擴大以及電解水制氫技術(shù)的進一步突破、成本的大幅下降、使用場景的逐步增多,海上風(fēng)電制氫有望實現(xiàn)多元化商業(yè)模式和集成化運營體系,形成的新產(chǎn)業(yè)鏈也將帶動更多新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為海洋裝備制造升級、新能源與清潔能源的革命、碳達峰、碳中和目標源源不斷地注入活力與能量。