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深度解读风电制氢  

2016-04-25 17:37:37|  分类: 变频技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1、风电制氢的研究背景

  1.1风电直接并网的尴尬

  大容量的不稳定的风电并入电网时会引起电网电压的大幅度波动,为了调控和抑制这种大量电能的波动,还得建造比风电场总容量大2-3倍的“调压控制电站”(当然是常规能源的电站了)以解决风力发电输出电能不稳定问题,而这些调控电站需要更多的常规能源来支持,仔细的算一算,原先想通过利用风能节省大量的常规能源,结果反而加大了常规能源的使用,走到初衷的反面。

  1.2弃风限电的现状

  2010年至2015年,我国弃风电量累计达到997亿千瓦时,直接经济损失超过530亿元。仅过去一年弃风电量就达到339亿千瓦时,直接经济损失超180亿元,几乎抵消全年风电新增装机的社会经济效益

  1.3市场对氢能的需求

  目前为止,氢气应用在多晶硅等需要高纯度氢气的行业是第一选择。比如,多晶硅,光纤,食品等。

  现在工业每年用氢量为5500亿立方米,氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥,同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢还可以作为火箭燃料。

  1.4制氢技术

  电解水制氢技术是目前应用较广且比较成熟的方法之一,国内电解水制氢的能效在72%~82%。

  1.5储氢技术的发展

  目前其研究主要集中在高压储氧罐、轻金属材料、复杂氢化物材料、有机液态材料等氢储运技术。

  中国地质大学(武汉)可持续能源实验室主任、国家“千人计划”特聘教授程寒松博士说:"我们的技术可以做到在常温常压下储氢,而且产品形态也已成熟,可以批量生产。”

  2、国内风电制氢的项目

  1、2009年启动的“风光电结合海水制氢技术前期研究”项目,国网上海市电力公司负责该项目。项目对风电、先电制氢提出了多种应用方案,幵以东海风电场为例,开展了风、光电制氢的综合效益评价。

  2、2014年4月,由中国节能环保集团公司负责的国家863“风电直接制氢及燃料电池发电系统技术研究与示范”项目。该项目在中节能风电公司张北分公司建设风电场,制氢功率为100kW,燃料电池发电为30kW。

  3、2014年10月启动,由国网智能电网研究院负责的“氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用研究”项目。氢储能实验室平台包括30kw光伏模拟、2Nm3/h碱性电解水制氢16Nm3合金储氢以及10kw质子交换膜(PEM)燃料电池实验模块。

  4、2015年4月启动,由河北建投新能源有限公司投资,与德国McPhy、Encon等公司联合开展的中德合作示范项目。该项目在河北沽源投建10MW电解水制氢系统,配合200MW风电场制氢,项目建成后,可形成年制氢1752万标准立斱米的生产能力,成为我国目前最大的风电制氢示范项目。

  5、金风科技在吉林获批的风电装机100MW,包括氢储能容量10MW的项目。

  3、风电制氢产业化的瓶颈和解决思路

  3.1成本高

  从每生产1立方米氢气的成本来看,煤制氢成本不足1元,而每生产1立方米氢气需要消耗电5.1-5.2千瓦时,即便按弃风发电价格每千瓦时0.25元计算,风电制氢仅电的成本就为1.25元,没有竞争优势。

  解决思路:希望在电力市场改革后,电价能有所降低,如果电价能低至0.15元一度,电解制氢的成本还是可以的。

  3.2运输难

  大规模运输氢气是不经济的。现在常用的氢气运输方式有三种:1.是管道运输,多为现场制气,氢气产出后直接投入工业应用装置。2.为长管拖车。但一辆车仅能运输4000立方米,约0.36吨,运输效率非常低。3.钢瓶运输,但一个40L的钢瓶只能运输6方氢气。

  解决思路:将制氢地点取在对氢气用户处。

  3.3风电难以直接用来制氢

  需求氢气的石化企业大都在沿海,而风电机组都建设在内陆,风电还需借助火电的电网运输

  解决思路:考虑到离线制氢(仅在有风且限电的时候用风机发出的电直接制氢)对设备的利用率低,所以考虑用电网的电来制氢,并且制氢所用的电量均由风电来补偿,这样也就相当于消纳了风电。但是,考虑到输电线路的容量问题,风电厂和氢气用户还是不宜离得太远,否则风电无法输送。此外,风电的过网费需要国家政策上给予优惠。

  3.4市场对氢气的消纳能力有待提高

  HCNG、燃料电池汽车技术距大规模商业化还有一定差距。包括电堆的寿命、系统集成能力等。而且燃料电池汽车属于中长期市场,用户需要培育,投资回报期较长。

  解决思路:国家对氢能的消纳政策要明确。人们要转变观念,对氢能的认识不能只停留在其易燃易爆储存不易上面,而要意识到氢能的重要性,尽快熟悉、利用氢能。

  4、风电制氢的前景展望

  4.1国家政策指导

  4.2氢燃料电池汽车的发展优势

  燃料电池汽车的主要优势是可以在十分钟之内加满氢气,能续航300英里。特斯拉的Model S续航200英里需要通过超级充电设备充电20分钟,而且电池快充会缩短电池寿命。

  4.3我国电解水制氢较国外有经济上的优势

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