國海岸線綿長，海洋資源豐富。隨著近幾年可再生能源利用的增長，我國海上風電利用逐年上漲。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年全國發(fā)電裝機容量約23.8億千瓦，同比增長7.9%。其中，風電裝機容量約3.3億千瓦，同比增長16.6%。

　　《2021年中國海洋經(jīng)濟統(tǒng)計公報》顯示，在海洋電力業(yè)方面，2021年我國海上風電新增并網(wǎng)容量1690萬千瓦，是上年的5.5倍，累計裝機容量躍居世界第一。潮流能、波浪能等海洋開發(fā)利用技術(shù)的研發(fā)示范持續(xù)推進。海洋電力業(yè)全年實現(xiàn)增加值329億元，比去年增長30.5%。

　　根據(jù)國家中長期發(fā)展規(guī)劃，到2020年底和2050年底，風電裝機容量分別超過200GW和1000GW。隨著風電裝機容量的增加，大規(guī)模風電場的聚集給當?shù)仉娋W(wǎng)輸送帶來了極大壓力，“棄風”現(xiàn)象正逐步增加。

　　01、海上風電尋求新出路

　　風電制氫技術(shù)作為一種新型的儲能方式，更多地將被應(yīng)用于平仰大規(guī)模風電場發(fā)電的不均衡性，提高風場風電的利用率。

　　通過風電制氫，離岸風力發(fā)電的價值得以增加，因為擁有豐富離岸風力資源的地區(qū)可以直接生產(chǎn)綠氫，而無需額外轉(zhuǎn)換成本將所產(chǎn)生的電輸送到岸上。同時，風能是無限、免費的能源，它能產(chǎn)生電解槽所需的電能生產(chǎn)綠氫。

　　這一模式帶來了更進一步的優(yōu)勢，因為現(xiàn)場生產(chǎn)的氫氣可以通過管道輸送，與輸送電力所需的高壓直流輸電系統(tǒng)相比，管道具有更大的經(jīng)濟優(yōu)勢;對于長距離輸送大量能源而言，管道是一種更具成本效益的選擇。

　　根據(jù)風電來源的不同，可以將風電制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型風電制氫和離網(wǎng)型風電制氫兩種——

　　并網(wǎng)型風電制氫是將風電機組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風場的35kV或220kV電網(wǎng)側(cè)取電，進行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風電場的棄風消納和儲能。

　　離網(wǎng)型風電制氫是將單臺風機或多臺風機所發(fā)的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部應(yīng)用于燃料電池發(fā)電供能。

　　從技術(shù)角度來看，風電的隨機性、不穩(wěn)定性、波動性較大，而水電解制氫設(shè)備對電能質(zhì)量的穩(wěn)定性要求較高，頻繁的電力波動會對設(shè)備的運行壽命及氫氣的純度質(zhì)量造成影響。如何進行有效的電能匹配，提高制氫設(shè)備的可利用率需要研究探討。此外，當前氫氣的儲存和運輸成本較高，包括氫氣儲運的安全性等都是制約氫能行業(yè)發(fā)展的瓶頸，儲運技術(shù)需進一步深入研究。

　　我國深遠海區(qū)風能儲量是近海的三倍以上，深遠海風電的開發(fā)具有非常大的潛力。海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化，氫能、儲能多種能源綜合開發(fā)利用融合發(fā)展，有助于提升海域利用效率，提升項目整體效應(yīng)，是海上風電的重要發(fā)展方向。

　　02、降本“良藥”，海風制氫

　　海上風電制氫方案的提出，不僅可以一定程度上解決海上風電發(fā)展所面臨的問題，而且可為水電解制氫提供清潔持續(xù)穩(wěn)定并且低成本的電能。因此，海上風電制氫是一個具有巨大創(chuàng)新潛力的前瞻性方案，同時也是當前清潔能源技術(shù)研究的重點方向。

　　海上風電制氫優(yōu)勢：

　　1、借助風電制氫建立風儲一體化系統(tǒng)，能夠有效緩解海上風電快速增長和電網(wǎng)建設(shè)速度較慢之間的矛盾，解決海上風電消納問題，提高風能利用率。

　　2、降低制氫成本：針對遠海海上風電高昂的電能送出成本，通過電解水方式,利用管道或船舶將氫氣輸送到用氫地，在成本和周期上都具備優(yōu)勢。

　　3、有望加速海上風電成本的降低，保證海上風電順利進入平價上網(wǎng)時代。同時，可助力海上風電和綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟與社會、人與自然的可持續(xù)發(fā)展。

　　但其實就目前國內(nèi)環(huán)境而言，我們目前對海上風電制氫這一領(lǐng)域的實踐探索還處在一個起步階段。其主要原因是海上風電制氫主要針對的是近海以外的海域，而我國目前的市場主體仍主要圍繞淺海海域，海上風電制氫技術(shù)在針對近海及遠海海域的能量轉(zhuǎn)化方面類比直流海纜更具有經(jīng)濟性，對未來海上風電走向深遠海具有重要意義。隨著海上風電的意義逐漸突顯，海上風電技術(shù)的逐步深耕，深遠海與我們之間的距離被逐漸縮短，海上風電制氫產(chǎn)業(yè)的崛起也逐漸變得未來可期。

　　海上風電制氫是指不直接通過輸電設(shè)施將電能輸送到岸上，而是通過制氫系統(tǒng)將電能通過電解水轉(zhuǎn)化為氫能，再通過輸氣管道運輸?shù)桨渡线M行使用，通過這種能量轉(zhuǎn)化的方式可以減少電能輸送成本過高的問題。如今，海上風電方才進入了平價時代，急需進一步降低成本，以保證收益，海上制氫技術(shù)被視為最科學的解決方案。由于海上風場距離岸邊的距離較遠，輸電設(shè)施建設(shè)成本較高，而交流輸電過程中損耗太高、直流輸電建設(shè)成本難以縮減，通過能量轉(zhuǎn)化的方式同時且可以借助海上油氣平臺和天然氣管道進一步降低成本。

　　03、海上風電制氫技術(shù)路線

　　方案1：“電能+氫能”共享輸送方式

　　此方案適用于離岸近、敷設(shè)海纜傳輸電力尚具經(jīng)濟性的海上風電制氫項目。方案的核心思想是將海上風電的電能和海上風電制取的氫氣通過共享的一條臍帶纜輸送，即“電能+氫能”共享輸送，如圖下所示。

　　方案2：海上制氫站+管道輸送氫氣

　　此方案適用于遠海、敷設(shè)海纜傳輸電力已不具有經(jīng)濟性的海上風電制氫項目。風電場風機所發(fā)電能通過中壓集電海纜匯集到海上制氫站上,全部用來制取氫氣，制取的氫氣經(jīng)過海底壓力管道輸送到陸上儲氫裝置中，供陸上使用和消納，如圖下所示。

　　方案3：海上制氫站+運輸船輸送氫氣

　　此方案適用于遠海，如圖下所示。風電場風機所發(fā)電能通過中壓集電海纜匯集到海上制氫站，全部用來制取氫氣，制取的氫氣充裝在氫瓶組中。海上制氫站或運輸船布置有吊機，氫氣瓶由運輸船海運到碼頭氫氣轉(zhuǎn)運場地，供陸上使用和消納。

　　方案4：海上制氫站+加氫站+氫能船舶

　　此方案直接打造海上氫能“制儲運加”閉環(huán)，適用于遠海，如圖下所示。近年來，船舶航運業(yè)帶來的環(huán)境污染問題受到國際社會的高度關(guān)注，綠色低碳已成為船舶航運業(yè)發(fā)展的必然趨勢。氫燃料動力船舶是很好的解決方案，可實現(xiàn)船舶“零排放”的目標。目前，汽車領(lǐng)域的氫燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用已較成熟，為氫燃料電池在船舶上的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　不同方案對比

　　方案1和方案2在短期內(nèi)不具有技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，需要技術(shù)攻關(guān)和科技創(chuàng)新，以提高安全性、可靠性并降低成本。

　　方案3在技術(shù)和經(jīng)濟上均具有優(yōu)勢，因此“海上制氫站+運輸船輸送氫氣”在現(xiàn)階段具有推廣應(yīng)用價值。

　　方案4的氫動力船舶若在短期內(nèi)不能普及，則氫氣消納問題無法解決。

　　04、未來海上藍圖

　　由于風電建設(shè)要考慮到用地及環(huán)境保護的問題，發(fā)電中心和負荷中心往往相反。我國南部相較于北部用電量要更大，人口聚集度也要更高，相對來說建設(shè)大規(guī)模新能源基地的難度也要更大。如果通過柔直電網(wǎng)建設(shè)將發(fā)電中心的富余電量送至負荷中心使確實可以解決南方地區(qū)新能源電的使用問題，但是此類項目成本大幅提高，技術(shù)難度上要求也要更高，目前來看僅適合相對短距離的跨地區(qū)輸電。也正因此，海上風電因其地理位置的特殊性、發(fā)電曲線比較穩(wěn)定、季節(jié)性變化較小的特點，為我國的風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勾勒了一幅全然一新的美好未來。

　　根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示目前海上風電項目建設(shè)成本在15000-17000 元/KW左右，而陸上風電建設(shè)成本則在5000-7000 元/KW，海上風電的投資成本相較于陸上風電有著近兩倍的差距。而當前我們所面對的僅僅是淺灘及近海風電項目，如果想要風電真正的走向深遠海，建設(shè)成本將進一步擴大。

　　現(xiàn)如今海上風電也已經(jīng)步入了平價時代，如何在能源市場中“殺”出一條血路?恐怕海上風電制氫將會成為一個絕佳答案。當我們跨越了風電本身的技術(shù)關(guān)卡，市場和成本就成了風電的“第二生命”。當海上風電徹底走出淺灘和近海，成本問題將決定了海上風電能走多遠，無論是整機本身成本還是安裝運維，抑或是能源的輸送，每一個環(huán)節(jié)的成本都將關(guān)乎“生死”。風電制氫的發(fā)展，許是下一歷史階段給予我們的全新命題。

　　本文來源：風電觀察，聯(lián)悅氣體，氫能觀察