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海上风电+制氢 Gigastack项目进展如何?

作者:威廉亚洲 发布时间:2021-01-01 20:47 点击数:

  2019 年9 月, 由ITMPower 牵头,rsted 和Element Energy参与,三家企业组成联合体,致力于通过水电解制氢的规模化应用降低其成本,从而提高该技术商业化应用的可能性。三家企业可谓强强联合。ITM Power 是一家在英国注册的AIM(由伦敦证券交易所于1995 年6 月19 日建立的专门为小规模、新成立和成长型的公司服务的市场)上市公司,从以亲水离子聚合物为主营业务的企业成长为氢能系统开发商和供应商,17年间在氢能技术研发方面积攒了丰富经验。rsted 作为全球海上风电开发的龙头企业,多年来聚焦于海上风电多元化发展,迄今为止在英国至少投入80 亿英镑用于海上风电的开发及相关研发。Element Energy是一家低碳、可持续发展咨询和工程公司,可为建筑、交通和电力行业的客户提供计算建模、软件开发和工程咨询等方面的服务。自2003 年成立以来,该公司始终从事氢能相关技术的研发。

  氢气制取主要分为三种途径,以焦炉煤气、氯碱尾气为代表的工业副产气制取的“灰色氢气”;由煤或天然气等化石燃料制得,并对二氧化碳副产品进行处理,从而实现碳中和的“蓝色氢气”;通过使用可再生能源发电或核电产生的“绿色氢气”。

  能够实现零碳排放的制氢技术路线非常有限,“绿色氢气”是最佳选择,但是居高不下的成本严重制约其发展。成本高企的第一个因素是可再生电力的价格。电解成本是第二个因素。目前,全球电解能力不足。ITM Power公司在Gigastack 项目中推出了其创新氢燃料电池堆的设计利用5MW电池堆使100MW 电解槽系统的开发成为可能。由于该公司在谢菲尔德的贝西默公园(Bessemer Park)新建了千兆级别的工厂,这些电池堆将从成本削减中受益。根据大数据分析的结果来看,该工厂氢燃料电池堆的产能将从2023 年的每年60 个, 即300MW,发展到21 世纪20 年代中期的每年200 个,即1GW,实现批量生产,用规模化应用倒逼成本下降。除了上述两个因素,Gigastack氢能项目攻克的重点电输入成本过高也是制约因素之一。Element Energy 和rsted 公司调整了电解槽的放置位置,预设多种不同方案,利用电解槽―风电场的配置降低输电成本。现阶段,并网电解槽中获得“绿色氢气”的成本超过8 英镑/ 千克。创新后的方案无需完全承担电网费用。通过进一步的监管干预、商业模式优化、电解槽产量的增加,可行性研究的结果显示,“绿色氢气”的成本有望下降50%。

  方案1 :电解槽遍布英国全国,以形成一个连接到英国电网的高压电网。为了确保生产的氢能具有绿色、低碳属性,电解槽所用电力由风电场供应。

  方案2 :电解槽位于风电场与电网之间的电表上游。电解槽可以通过这种方式从风电场的专用电表上获取电力,以及通过预先安装的电表从电网获取电力。该方案会将对输电网的影响降至最低,包括从输电和配电两个方面降低电网费用和电价。

  方案3 :电解槽由风电场负责建造,并直接耦合(即电解槽和风电场同时建造)。如此,和市场价格相比,电解槽能够直接以成本价格获得电力。

  方案4 :电解槽建在近海,靠近风电机组(在风电机组内部或浮动平台上)。通过这种方式,可用成本较低的输电方式替代海上电缆。电解槽能够以风电场发电成本价获得电力。

  方案3 和方案4 的重点是利用新建的风电场来建造电解槽。其中,方案4 创新地将电解槽建立在近海,用管道将氢能输送到岸上。由于这两种情况下电价与风电场的成本持平,因此,氢能成本的下降取决于海上风电场的发电成本。

  由前述三家企业组成的联合体认为,目前,方案4的研发成本不确定性因素较多,难以提供可靠的数据,因此,短期内的重点需要放在方案1至方案3上。表1 为当下最先进的氢燃料电池堆技术和Gigastack 项目采用的电池堆技术在方案1 至方案3 中生产“绿色氢气”的成本对比。

  此外,供应不同行业的氢能成本也会存在差异,需要对每个行业(工业、运输和供热等)的业务案例进行评估。氢能的全面商业化仍需各行业的进一步支持。

  该研究将进一步在规划高达100MW规模的实施方案时提出商业、技术和规则优化方面的内容。在工厂方面,ITM Power 公司将展开机器的测试。这项工作包括建设实验室、安装和调试制造设备所需的高吞吐量和测试线以及制造基地设施本身的演示,形成全流程的文件和手册,最终将制造成熟度提高到6 ~ 7 级。

  项目已经确定Phillips 66 公司为新的商业合作伙伴。根据英国《可再生运输燃料义务》(RTFO)要求,炼油厂需要使用可再生能源制氢来满足其可再生燃料需求,这一政策要求推动了此次合作。同时,该公司拥有的炼油厂靠近rsted 的Hornsea 海上风电场变电站,这个特殊的地理位置使其成为测试电解槽―风电场耦合方案,以及在现有商业案例下将“绿色氢气”批量销售的理想场地。此外,大兆瓦装置和项目所涉及的工程费用需要承购人承担,Phillips 66 公司扮演了这个角色。

  未来,在一系列低碳制氢计划的带动下,英国有机会成为氢能技术创新中心。“绿色氢气”将是英国未来能源系统的一个重要组成部分,在实现零碳排放目标以及助力许多行业脱碳方面大有所为。这一领域的发展也会带来显著的经济效益。“绿色氢气”的增加将带动整个氢供应链的增长和投资。据预测,氢能将在欧洲带动520亿欧元的投资,并提供超过85万个工作岗位。CWEA

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