我國(guó)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(lái),受到電力消納能力的限制,我國(guó)目前仍存在一定的“棄風(fēng)”現(xiàn)象。2010年至2015年,我國(guó)棄風(fēng)電量累計(jì)達(dá)到997億千瓦時(shí),直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)530億元。隨著國(guó)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(lái)“氫能經(jīng)濟(jì)”。

近年來(lái),我國(guó)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(wèn)題的產(chǎn)生。為解決這一問(wèn)題,風(fēng)電市場(chǎng)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(diǎn)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(wèn)世。發(fā)展至今日,全球范圍內(nèi)常見(jiàn)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(chǔ)藏系統(tǒng)、電網(wǎng)等。資料顯示,我國(guó)的風(fēng)電制氫項(xiàng)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(guò)電網(wǎng)供電實(shí)現(xiàn)制氫。這樣一來(lái),電網(wǎng)解決了風(fēng)電本身的波動(dòng)性問(wèn)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(dòng)性將對(duì)設(shè)備壽命造成不利影響。

國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)能源研究所副研究員劉堅(jiān)博士認(rèn)為,風(fēng)電制氫雖然前景較好,但當(dāng)前市場(chǎng)穩(wěn)定性不足。“作為一個(gè)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(guó)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(guó)投產(chǎn)的項(xiàng)目也不過(guò)１０個(gè),我國(guó)在2010年起,才逐步開(kāi)展建設(shè)示范項(xiàng)目。在2019年3月氫能被首次寫入政府工作報(bào)告,走進(jìn)人們眼中引起關(guān)注,我國(guó)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(diǎn):

成本高

從每生產(chǎn)1立方米氫氣的成本來(lái)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(shí),即便按棄風(fēng)發(fā)電價(jià)格每千瓦時(shí)0．25元計(jì)算,風(fēng)電制氫僅電的成本就為1．25元,沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。河北某風(fēng)電制氫項(xiàng)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(méi)有輸氫管網(wǎng)的情況下,需要通過(guò)高壓氣態(tài)等方式運(yùn)輸至用氫地,成本較高。且氫氣儲(chǔ)運(yùn)的安全性是制約氫能行業(yè)發(fā)展的瓶頸,儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)需進(jìn)一步深入研究。現(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(chǎng)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(zhǎng)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(gè)40L的鋼瓶只能運(yùn)輸6方氫氣。

風(fēng)電難以直接用來(lái)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(chǎng)對(duì)氫氣的消納能力有待提高

推廣應(yīng)用的問(wèn)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(chǔ)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(chǎng)用戶多,但用量較小,行業(yè)發(fā)展?jié)摿Σ淮?屬于中長(zhǎng)期市場(chǎng),用戶需要培育,投資回報(bào)期較長(zhǎng)。

我國(guó)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(guó)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(méi)有推出有針對(duì)性的制氫風(fēng)電價(jià)格。“通常來(lái)說(shuō),電價(jià)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(jià)格,倒推出來(lái)有競(jìng)爭(zhēng)力的長(zhǎng)期的風(fēng)電供應(yīng)價(jià)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(guó)風(fēng)電制氫項(xiàng)目大多是處于示范起步階段,只有逐步破解發(fā)展中的問(wèn)題,才能推動(dòng)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(guó)風(fēng)電制氫產(chǎn)業(yè)應(yīng)在以下幾個(gè)方向發(fā)力:第一,加快風(fēng)儲(chǔ)一體化建設(shè),這將有利于降低風(fēng)電波動(dòng)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(shí)現(xiàn)離網(wǎng)制氫;第二,針對(duì)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(duì)大規(guī)模天然氣管道摻氫進(jìn)行探索,同時(shí)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(tái)直供電售電相關(guān)政策,電網(wǎng)收取一定過(guò)網(wǎng)費(fèi)后,允許風(fēng)電場(chǎng)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(kāi)展,逐步破解發(fā)展中的問(wèn)題,一定能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟期。且風(fēng)電制氫是長(zhǎng)期的能源轉(zhuǎn)型、環(huán)境減排與應(yīng)對(duì)氣候變化的重要途徑,在十幾年乃至幾十年時(shí)間內(nèi)仍然是必要不可或缺的。