海上风电的新出路——海上风电制氢将成为未来风电降本“良药”？
国海岸线绵长，海洋资源丰富。随着近几年可再生能源利用的增长，我国海上风电利用逐年上涨。根据国家能源局统计数据，2021年全国发电装机容量约23.8亿千瓦，同比增长7.9%。其中，风电装机容量约3.3亿千瓦，同比增长16.6%。
《2021年中国海洋经济统计公报》显示，在海洋电力业方面，2021年我国海上风电新增并网容量1690万千瓦，是上年的5.5倍，累计装机容量跃居世界第一。潮流能、波浪能等海洋开发利用技术的研发示范持续推进。海洋电力业全年实现增加值329亿元，比去年增长30.5%。
根据国家中长期发展规划，到2020年底和2050年底，风电装机容量分别超过200GW和1000GW。随着风电装机容量的增加，大规模风电场的聚集给当地电网输送带来了极大压力，“弃风”现象正逐步增加。
01、海上风电寻求新出路
风电制氢技术作为一种新型的储能方式，更多地将被应用于平仰大规模风电场发电的不均衡性，提高风场风电的利用率。
通过风电制氢，离岸风力发电的价值得以增加，因为拥有丰富离岸风力资源的地区可以直接生产绿氢，而无需额外转换成本将所产生的电输送到岸上。同时，风能是无限、免费的能源，它能产生电解槽所需的电能生产绿氢。
这一模式带来了更进一步的优势，因为现场生产的氢气可以通过管道输送，与输送电力所需的高压直流输电系统相比，管道具有更大的经济优势;对于长距离输送大量能源而言，管道是一种更具成本效益的选择。
根据风电来源的不同，可以将风电制氢技术分为并网型风电制氢和离网型风电制氢两种——
并网型风电制氢是将风电机组接入电网，从电网取电的制氢方式，比如从风场的35kV或220kV电网侧取电，进行电解水制氢，主要应用于大规模风电场的弃风消纳和储能。
离网型风电制氢是将单台风机或多台风机所发的电能，不经过电网直接提供给电解水制氢设备进行制氢，主要应用于分布式制氢或局部应用于燃料电池发电供能。
从技术角度来看，风电的随机性、不稳定性、波动性较大，而水电解制氢设备对电能质量的稳定性要求较高，频繁的电力波动会对设备的运行寿命及氢气的纯度质量造成影响。如何进行有效的电能匹配，提高制氢设备的可利用率需要研究探讨。此外，当前氢气的储存和运输成本较高，包括氢气储运的安全性等都是制约氢能行业发展的瓶颈，储运技术需进一步深入研究。
我国深远海区风能储量是近海的三倍以上，深远海风电的开发具有非常大的潜力。海上风电与海洋牧场、海上油气、海水淡化，氢能、储能多种能源综合开发利用融合发展，有助于提升海域利用效率，提升项目整体效应，是海上风电的重要发展方向。
02、降本“良药”，海风制氢
海上风电制氢方案的提出，不仅可以一定程度上解决海上风电发展所面临的问题，而且可为水电解制氢提供清洁持续稳定并且低成本的电能。因此，海上风电制氢是一个具有巨大创新潜力的前瞻性方案，同时也是当前清洁能源技术研究的重点方向。
海上风电制氢优势：
1、借助风电制氢建立风储一体化系统，能够有效缓解海上风电快速增长和电网建设速度较慢之间的矛盾，解决海上风电消纳问题，提高风能利用率。
2、降低制氢成本：针对远海海上风电高昂的电能送出成本，通过电解水方式,利用管道或船舶将氢气输送到用氢地，在成本和周期上都具备优势。
3、有望加速海上风电成本的降低，保证海上风电顺利进入平价上网时代。同时，可助力海上风电和绿氢产业发展，实现经济与社会、人与自然的可持续发展。
但其实就目前国内环境而言，我们目前对海上风电制氢这一领域的实践探索还处在一个起步阶段。其主要原因是海上风电制氢主要针对的是近海以外的海域，而我国目前的市场主体仍主要围绕浅海海域，海上风电制氢技术在针对近海及远海海域的能量转化方面类比直流海缆更具有经济性，对未来海上风电走向深远海具有重要意义。随着海上风电的意义逐渐突显，海上风电技术的逐步深耕，深远海与我们之间的距离被逐渐缩短，海上风电制氢产业的崛起也逐渐变得未来可期。
海上风电制氢是指不直接通过输电设施将电能输送到岸上，而是通过制氢系统将电能通过电解水转化为氢能，再通过输气管道运输到岸上进行使用，通过这种能量转化的方式可以减少电能输送成本过高的问题。如今，海上风电方才进入了平价时代，急需进一步降低成本，以保证收益，海上制氢技术被视为最科学的解决方案。由于海上风场距离岸边的距离较远，输电设施建设成本较高，而交流输电过程中损耗太高、直流输电建设成本难以缩减，通过能量转化的方式同时且可以借助海上油气平台和天然气管道进一步降低成本。
03、海上风电制氢技术路线
方案1：“电能+氢能”共享输送方式
此方案适用于离岸近、敷设海缆传输电力尚具经济性的海上风电制氢项目。方案的核心思想是将海上风电的电能和海上风电制取的氢气通过共享的一条脐带缆输送，即“电能+氢能”共享输送，如图下所示。
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方案2：海上制氢站+管道输送氢气
此方案适用于远海、敷设海缆传输电力已不具有经济性的海上风电制氢项目。风电场风机所发电能通过中压集电海缆汇集到海上制氢站上,全部用来制取氢气，制取的氢气经过海底压力管道输送到陆上储氢装置中，供陆上使用和消纳，如图下所示。
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方案3：海上制氢站+运输船输送氢气
此方案适用于远海，如图下所示。风电场风机所发电能通过中压集电海缆汇集到海上制氢站，全部用来制取氢气，制取的氢气充装在氢瓶组中。海上制氢站或运输船布置有吊机，氢气瓶由运输船海运到码头氢气转运场地，供陆上使用和消纳。
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方案4：海上制氢站+加氢站+氢能船舶
此方案直接打造海上氢能“制储运加”闭环，适用于远海，如图下所示。近年来，船舶航运业带来的环境污染问题受到国际社会的高度关注，绿色低碳已成为船舶航运业发展的必然趋势。氢燃料动力船舶是很好的解决方案，可实现船舶“零排放”的目标。目前，汽车领域的氢燃料电池系统应用已较成熟，为氢燃料电池在船舶上的应用奠定了良好的基础。
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不同方案对比
方案1和方案2在短期内不具有技术和经济优势，需要技术攻关和科技创新，以提高安全性、可靠性并降低成本。
方案3在技术和经济上均具有优势，因此“海上制氢站+运输船输送氢气”在现阶段具有推广应用价值。
方案4的氢动力船舶若在短期内不能普及，则氢气消纳问题无法解决。
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04、未来海上蓝图
由于风电建设要考虑到用地及环境保护的问题，发电中心和负荷中心往往相反。我国南部相较于北部用电量要更大，人口聚集度也要更高，相对来说建设大规模新能源基地的难度也要更大。如果通过柔直电网建设将发电中心的富余电量送至负荷中心使确实可以解决南方地区新能源电的使用问题，但是此类项目成本大幅提高，技术难度上要求也要更高，目前来看仅适合相对短距离的跨地区输电。也正因此，海上风电因其地理位置的特殊性、发电曲线比较稳定、季节性变化较小的特点，为我国的风电产业发展勾勒了一幅全然一新的美好未来。
根据相关数据显示目前海上风电项目建设成本在15000-17000 元/KW左右，而陆上风电建设成本则在5000-7000 元/KW，海上风电的投资成本相较于陆上风电有着近两倍的差距。而当前我们所面对的仅仅是浅滩及近海风电项目，如果想要风电真正的走向深远海，建设成本将进一步扩大。
现如今海上风电也已经步入了平价时代，如何在能源市场中“杀”出一条血路?恐怕海上风电制氢将会成为一个绝佳答案。当我们跨越了风电本身的技术关卡，市场和成本就成了风电的“第二生命”。当海上风电彻底走出浅滩和近海，成本问题将决定了海上风电能走多远，无论是整机本身成本还是安装运维，抑或是能源的输送，每一个环节的成本都将关乎“生死”。风电制氢的发展，许是下一历史阶段给予我们的全新命题。
本文来源：风电观察，联悦气体，氢能观察
