我國風(fēng)能資源豐富的地區(qū)主要分布在“三北”地區(qū)、東南沿海等,但多年來,受到電力消納能力的限制,我國目前仍存在一定的“棄風(fēng)”現(xiàn)象。2010年至2015年,我國棄風(fēng)電量累計達(dá)到997億千瓦時,直接經(jīng)濟(jì)損失超過530億元。隨著國家大力推廣氫能,風(fēng)電資源豐富卻發(fā)電受限的地區(qū)看到了契機(jī)。以“棄風(fēng)”制氫,這樣不僅解決了風(fēng)電消納難題,突破了外送電力的限制,更可能為受限地區(qū)帶來“氫能經(jīng)濟(jì)”。
近年來,我國風(fēng)電裝機(jī)雖穩(wěn)居世界首位,但也伴隨著棄風(fēng)限電等問題的產(chǎn)生。為解決這一問題,風(fēng)電市場積極探索能源轉(zhuǎn)換方式,將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫能加以利用,成為當(dāng)前研究的重點方向。
風(fēng)電制氫作為一種低碳綠色的制氫方法,早在100多年前就已問世。發(fā)展至今日,全球范圍內(nèi)常見的風(fēng)電制氫系統(tǒng)主要構(gòu)成包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、電解槽、氫氣儲藏系統(tǒng)、電網(wǎng)等。資料顯示,我國的風(fēng)電制氫項目通常采用的有兩種模式:一種則是首先利用風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng),按照總量在制氫的用電端通過電網(wǎng)供電實現(xiàn)制氫。這樣一來,電網(wǎng)解決了風(fēng)電本身的波動性問題,制氫設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行,但仍需依賴當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng),相關(guān)費(fèi)用也將折算入風(fēng)電制氫的成本中。另一種則是利用風(fēng)電直接連接設(shè)備進(jìn)行制氫,但風(fēng)電的波動性將對設(shè)備壽命造成不利影響。
國家發(fā)展與改革委員會能源研究所副研究員劉堅博士認(rèn)為,風(fēng)電制氫雖然前景較好,但當(dāng)前市場穩(wěn)定性不足。“作為一個剛剛起步的新領(lǐng)域,風(fēng)電制氫主要受制于棄風(fēng)率的影響。前兩年我國棄風(fēng)棄光的規(guī)模較大,風(fēng)電制氫的經(jīng)濟(jì)性較高,但是,隨著棄風(fēng)現(xiàn)象的好轉(zhuǎn),棄風(fēng)制氫面臨諸多不確定性。”
目前,風(fēng)電制氫在全國投產(chǎn)的項目也不過10個,我國在2010年起,才逐步開展建設(shè)示范項目。在2019年3月氫能被首次寫入政府工作報告,走進(jìn)人們眼中引起關(guān)注,我國的風(fēng)電制氫之路尚未普及。風(fēng)電制氫產(chǎn)業(yè)化的瓶頸可以歸類為四點:
成本高
從每生產(chǎn)1立方米氫氣的成本來看,煤制氫成本不足1元,而每生產(chǎn)1立方米氫氣需要消耗電5.1-5.2千瓦時,即便按棄風(fēng)發(fā)電價格每千瓦時0.25元計算,風(fēng)電制氫僅電的成本就為1.25元,沒有競爭優(yōu)勢。河北某風(fēng)電制氫項目上馬的背后是政府給該企業(yè)配置了相當(dāng)規(guī)模的風(fēng)電。
運(yùn)輸難
大規(guī)模運(yùn)輸氫氣是不經(jīng)濟(jì)的。制氫地與用氫地往往存在一定的空間距離,在沒有輸氫管網(wǎng)的情況下,需要通過高壓氣態(tài)等方式運(yùn)輸至用氫地,成本較高。且氫氣儲運(yùn)的安全性是制約氫能行業(yè)發(fā)展的瓶頸,儲運(yùn)技術(shù)需進(jìn)一步深入研究?，F(xiàn)在常用的氫氣運(yùn)輸方式有三種:首先是管道運(yùn)輸,多為現(xiàn)場制氣,氫氣產(chǎn)出后直接投入工業(yè)應(yīng)用裝置。再則是為長管拖車,但一輛車僅能運(yùn)輸4000立方米,約0.36噸,運(yùn)輸效率非常低。最后是鋼瓶運(yùn)輸,但一個40L的鋼瓶只能運(yùn)輸6方氫氣。
風(fēng)電難以直接用來制氫
需求氫氣的石化企業(yè)大都在沿海,而風(fēng)電機(jī)組都建設(shè)在內(nèi)陸,與電網(wǎng)的風(fēng)電送出一樣,有“氫”但送不出去。
市場對氫氣的消納能力有待提高
推廣應(yīng)用的問題也是制約氫能行業(yè)發(fā)展的一大難題。當(dāng)前氫氣的大規(guī)模使用途徑還較為單一,受限于運(yùn)輸和儲存成本,用量較大石化企業(yè)、合成氨企業(yè)多為自行制備,或采用天然氣重整、甲醇裂解或煤制氫等方式制取。高純氫市場用戶多,但用量較小,行業(yè)發(fā)展?jié)摿Σ淮?屬于中長期市場,用戶需要培育,投資回報期較長。
我國現(xiàn)行的風(fēng)電政策并不利于風(fēng)電制氫的發(fā)展。Nel水電解制氫設(shè)備中國區(qū)總經(jīng)理竺炯操表示,在氫氣消納有保障的地區(qū),并沒有推出有針對性的制氫風(fēng)電價格。“通常來說,電價占了電解水制氫總成本的80%左右,根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍錃鈨r格,倒推出來有競爭力的長期的風(fēng)電供應(yīng)價格,可以極大的促進(jìn)風(fēng)電制氫的發(fā)展。”業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,我國風(fēng)電制氫項目大多是處于示范起步階段,只有逐步破解發(fā)展中的問題,才能推動產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟期。
氫云鏈氫能產(chǎn)業(yè)分析師楊東川提出,我國風(fēng)電制氫產(chǎn)業(yè)應(yīng)在以下幾個方向發(fā)力:第一,加快風(fēng)儲一體化建設(shè),這將有利于降低風(fēng)電波動性,提高風(fēng)電品質(zhì),并參與電網(wǎng)調(diào)峰,提高電網(wǎng)安全性和運(yùn)行效率,或是實現(xiàn)離網(wǎng)制氫;第二,針對氫氣管網(wǎng)建設(shè),制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策,利用現(xiàn)有天然氣管網(wǎng),對大規(guī)模天然氣管道摻氫進(jìn)行探索,同時建設(shè)純氫運(yùn)輸管網(wǎng),以降低氫氣運(yùn)輸成本;第三,出臺直供電售電相關(guān)政策,電網(wǎng)收取一定過網(wǎng)費(fèi)后,允許風(fēng)電場向制氫廠直接售電,以降低風(fēng)電制氫成本,提高制氫廠供電穩(wěn)定性。
雖然風(fēng)電制氫之路困難重重,但是保持戰(zhàn)略定力與耐心,一步一步地開展,逐步破解發(fā)展中的問題,一定能推動產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟期。且風(fēng)電制氫是長期的能源轉(zhuǎn)型、環(huán)境減排與應(yīng)對氣候變化的重要途徑,在十幾年乃至幾十年時間內(nèi)仍然是必要不可或缺的。
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