我國風能資源豐富的地區(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”現(xiàn)象。2010年至2015年,我國棄風電量累計達到997億千瓦時,直接經(jīng)濟損失超過530億元。隨著國家大力推廣氫能,風電資源豐富卻發(fā)電受限的地區(qū)看到了契機。以“棄風”制氫,這樣不僅解決了風電消納難題,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”。

近年來,我國風電裝機雖穩(wěn)居世界首位,但也伴隨著棄風限電等問題的產(chǎn)生。為解決這一問題,風電市場積極探索能源轉(zhuǎn)換方式,將風能轉(zhuǎn)化為氫能加以利用,成為當前研究的重點方向。

風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)常見的風電制氫系統(tǒng)主要構(gòu)成包括風力發(fā)電機組、電解槽、氫氣儲藏系統(tǒng)、電網(wǎng)等。資料顯示,我國的風電制氫項目通常采用的有兩種模式:一種則是首先利用風力發(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)解決了風電本身的波動性問題,制氫設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運行,但仍需依賴當?shù)仉娋W(wǎng),相關(guān)費用也將折算入風電制氫的成本中。另一種則是利用風電直接連接設(shè)備進行制氫,但風電的波動性將對設(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為,風電制氫雖然前景較好,但當前市場穩(wěn)定性不足。“作為一個剛剛起步的新領(lǐng)域,風電制氫主要受制于棄風率的影響。前兩年我國棄風棄光的規(guī)模較大,風電制氫的經(jīng)濟性較高,但是,隨著棄風現(xiàn)象的好轉(zhuǎn),棄風制氫面臨諸多不確定性。”

目前,風電制氫在全國投產(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,走進人們眼中引起關(guān)注,我國的風電制氫之路尚未普及。風電制氫產(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,即便按棄風發(fā)電價格每千瓦時0．25元計算,風電制氫僅電的成本就為1．25元,沒有競爭優(yōu)勢。河北某風電制氫項目上馬的背后是政府給該企業(yè)配置了相當規(guī)模的風電。

運輸難

大規(guī)模運輸氫氣是不經(jīng)濟的。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)等方式運輸至用氫地,成本較高。且氫氣儲運的安全性是制約氫能行業(yè)發(fā)展的瓶頸,儲運技術(shù)需進一步深入研究。現(xiàn)在常用的氫氣運輸方式有三種:首先是管道運輸,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,但一輛車僅能運輸4000立方米,約0．36噸,運輸效率非常低。最后是鋼瓶運輸,但一個40L的鋼瓶只能運輸6方氫氣。

風電難以直接用來制氫

需求氫氣的石化企業(yè)大都在沿海,而風電機組都建設(shè)在內(nèi)陸,與電網(wǎng)的風電送出一樣,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。當前氫氣的大規(guī)模使用途徑還較為單一,受限于運輸和儲存成本,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)行的風電政策并不利于風電制氫的發(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?shù)氐臍錃鈨r格,倒推出來有競爭力的長期的風電供應(yīng)價格,可以極大的促進風電制氫的發(fā)展。”業(yè)內(nèi)人士認為,我國風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)進入成熟期。

氫云鏈氫能產(chǎn)業(yè)分析師楊東川提出,我國風電制氫產(chǎn)業(yè)應(yīng)在以下幾個方向發(fā)力:第一,加快風儲一體化建設(shè),這將有利于降低風電波動性,提高風電品質(zhì),并參與電網(wǎng)調(diào)峰,提高電網(wǎng)安全性和運行效率,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)標準和政策,利用現(xiàn)有天然氣管網(wǎng),對大規(guī)模天然氣管道摻氫進行探索,同時建設(shè)純氫運輸管網(wǎng),以降低氫氣運輸成本;第三,出臺直供電售電相關(guān)政策,電網(wǎng)收取一定過網(wǎng)費后,允許風電場向制氫廠直接售電,以降低風電制氫成本,提高制氫廠供電穩(wěn)定性。

雖然風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)進入成熟期。且風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。