行业观察 | 深远海风电制氢极具前景

来源:数智海洋   发布时间:2023-03-09 16:47:21 

海上风电具有资源丰富、发电利用效率高、不占用土地资源、适宜大规模开发等优势。全球海上风电产业规模快速发展,在地缘紧张局势影响下,多个欧洲国家加快了新能源转型步伐,在大幅提升海上风电装机目标的同时,也加速项目布局。同时,海上风电的技术进步降低了建设成本,打开了市场发展空间。


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  据世界海上风电论坛统计数据,截至2022年,全球海上风电累计装机容量达57.6吉瓦。2022年,全球海上风电新增装机容量9.4吉瓦。我国海上风能资源丰富,截至2022年,我国海上风电累计装机容量达3051万千瓦,约占世界海上风电总容量的44%,持续保持海上风电装机容量全球第一,并加速向深远海发展。


  随着海上风电的大规模发展,海上电力尤其深远海可再生电力输送、消纳成为问题,利用海上风电制氢是解决海上风电大规模并网消纳难,深远海电力送出成本高等问题的有效路径。海上风电制氢主要有两种方案,一种是陆上电解水制氢方案,另一种是海上电解水制氢方案。陆上电解水制氢即电力经海底电缆、升压站等设施输送至陆上电解水制氢系统,在陆上完成氢气的制取和储运;海上电解水制氢方案分为海上集中式电解水制氢、海上分布式电解水制氢。


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  陆上电解水制氢示意图


  海上集中式电解水制氢,海上风电机组产生的电力通过风电场集电海缆汇集到海上电解水制氢平台,在该平台完成制氢后,经由输气管道传输至岸上。集中式电解水制氢可以借助已有的海上油气平台或油气管道,将油气平台改造为制氢平台,有效降低项目投资成本;海上分布式电解水制氢,在每台风电机组塔底平台上安装模块化的制氢设备,直接在风电机组侧制氢,产生的氢气通过小尺寸输气管道汇集到收集歧管,压缩或直接通过更大直径管道传输至岸上。分布式电解水制氢最大程度地用输氢管道替换了海上输电设施,降低了能量送出成本。


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  海上集中式电解水制氢示意图


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  海上分布式电解水制氢示意图


  全球范围内,以英国、德国、荷兰为代表的国家纷纷布局海上风电制氢,荷兰、德国、丹麦等欧洲国家均已有百万千瓦级以上的海上风电制氢规划。全球范围内已经公布的电解水制氢项目储备总规模达到3200万千瓦,约有一半来自于海上风电制氢。


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  国外海上风电制氢典型项目(资料来源:氢促会不完全统计)


  我国海上风电发展迅速,国内大型风电场装机容量快速增长,已成为推动海洋经济和新能源产业快速发展的重要支撑。2022年,国家发改委、能源局出台《“十四五”现代能源体系规划》《“十四五”可再生能源发展规划》等政策,提出有序推进海上风电基地建设,加快推动海上风电集群化开发,重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地,将推动海上风电更高速发展。


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  我国海上风电相关政策(资料来源:氢促会整理)


  随着海上风电高速发展,海上风电大规模并网消纳难、深远海电力送出成本高等问题凸显。海上风电制氢是解决消纳、输送的有效路径。海上风电制氢具有发展优势:一是通过海上风电电解水制取氢气,有效缓解海上风电快速增长和电网建设慢之间的矛盾,提高风能利用率。制取氢气可以通过天然气管道或船舶输送,将弃电变为有价值的氢气;二是加速海上风电成本降低,通过“海上风电+海洋牧场+风电制氢”的新经济模式,实现海洋经济的综合开发利用,助力海上风电和绿氢产业发展。


  海上风电制氢同样也面临挑战:一是海上风电输出功率具有随机性、波动性,频繁的电力波动会影响电解设备的运行寿命,需要进一步优化整体系统的稳定性和连续性;二是针对海水电解效率低,海水对电解槽部件造成腐蚀,海水中杂质导致催化剂失活等问题,需要持续投入研究。


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  我国海上风电制氢典型项目(资料来源:氢促会不完全统计)


  未来,海上风电向大型化,深远海,漂浮式和海洋经济综合开发的方向发展。综合发展海上风电制氢技术,可以有效提高海上风能利用率,并为海上风电向深远海发展提供新方向。制取的绿氢可以应用于电力、化工、交通等领域脱碳,助力实现双碳目标。


  氢促会认为:海上风电制氢是未来绿氢规模化供应途径之一,是提高海上风能利用率,促进海上风电消纳的有效路径。我国目前尚处于探索阶段,缺乏顶层设计、成熟示范项目经验和商业模式。同时,还有诸多技术难题、经济性问题有待解决。要充分借鉴国际海上风电制氢项目开发经验,因地制宜探索科学合理的海上风电制氢系统方案,开展关键核心技术的国产化攻关,完善海上风电制氢配套基础设施建设。

延伸阅读

《深远海海上风电管理办法》将出台


  近日,在2023年中国风能新春茶话会上,国家能源局新能源司综合处处长陈永胜表示,为了适应新的形势,推动可再生能源法的修订,将出台《风电场改造升级和退役管理办法》《深远海海上风电管理办法》。


  业内人士表示,《深远海海上风电管理办法》对于海上风电向深远海发展具有重要意义,有助于推动海上风电在国管海域的开发。风电向深远海发展是产业趋势,将为海上风电装备制造行业带来新的发展机遇,包括漂浮式风电锚链、海缆、桩基等环节有望充分受益。


  装机规模将大幅提升


  目前,我国海上风电以近海项目为主,并持续向深远海推进。多省将深远海海上风电建设规划纳入“十四五”发展规划中。


  “十四五”期间,天津市加快推进远海900MW海上风电项目前期工作;福建稳妥推进深远海海上风电项目,增加并网装机4.1GW,新增开发省管海域海上风电规模10.3GW,力争推动深远海海上风电开工4.8GW。


  我国现有海上风电管理办法为《海上风电开发建设管理办法》,由国家能源局、国家海洋局于2016年制定。该办法要求海上风电项目核准后,项目单位应按照程序及时向海洋行政主管部门提出海域使用申请,依法取得海域使用权后方可开工建设。


  目前,针对国管海域的管理办法尚未明确,《深远海海上风电管理办法》对于海上风电向深远海发展具有重要意义,有助于推动海上风电在国管海域的开发。根据国家能源局委托水电总院牵头开展的全国深远海海上风电规划,全国共将布局41个海上风电集群。


  中信建投认为,“十五五”期间,深远海海上风电市场空间将进一步打开,有望开发150GW-200GW,海上风电年均新增装机规模将由“十四五”期间年均15GW向“十五五”期间年均30GW-40GW进发。


  多个环节受益


  风电向深远海发展已经成为产业趋势,将为海上风电装备制造行业带来新的发展机遇,漂浮式风电锚链、海缆等生产环节企业将充分受益。


  漂浮式是风电深远海发展过程中的新生力量。不同于传统的固定式海上风电机组,漂浮式风电机组“漂”在水面上。风机通过塔筒立于浮体上,而浮体下方通过系泊系统起到固定作用。其中,锚链价值量壁垒最高,是深远海海上风电弹性最大的方向。随着水深提升,锚链长度继续加长,所需的锚链价值量将继续提升。


  面对这一机遇,相关上市公司密切关注市场动向。“目前,漂浮式风电机组面临一些短板(施工难度大、整体成本高、技术不成熟等),仍需投入大量的资金来推动前沿技术的发展,短期内较难实现大批量商业化。”海力风电近期通过互动易平台表示,公司将积极参与国内漂浮式海上风电项目的研发和生产,从而满足未来市场的需求。


  桩基作为海上风电的基础部件,连接风电塔筒和海床地基,起到风电塔筒和机组的支撑和固定作用,同时桩基深入海底地基,受海水侵蚀冲刷,对材料和技术质量要求较高,一般要求的寿命在20年以上。由于我国目前海上风电项目的平价压力较大,因此桩基也是应用最主流的基础结构,且桩基的生产工艺简单,安装成本较低,并且安装经验丰富。2018年-2021年,桩基单GW用量不断增加,随着开发海域越来越深以及配套风机的大型化,桩基环节相关企业有望受益。


  深远海化亦带来交流海缆高压化以及柔性直流海缆渗透率提升。目前,海上风电场海缆方案通常为35kV阵列海缆和220kV送出海缆,伴随着风机大型化、风场开发规模化以及选址深远海化,阵列海缆将由35kV提升至66kV,送出海缆将由220kV提升至330kV/500kV或采用直流海缆。高压和直流海缆制造技术难度大,生产企业有限,产品附加值更高。

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