海上風(fēng)電+制氫，Gigastack項(xiàng)目進(jìn)展如何？

編譯 | 孫一琳

2月18日，Gigastack氫 能 項(xiàng)目獲得來自英國(guó)政府的750萬英鎊財(cái)政補(bǔ)貼。該項(xiàng)目是英國(guó)旨在減少工業(yè)和家庭碳排放的9000萬英鎊一攬子激勵(lì)計(jì)劃中的一部分，一同獲得補(bǔ)貼的4個(gè)低碳制氫示范項(xiàng)目還有 Dolphyn、HyNet―low carbon hydrogen plant、Acorn Hydrogen Project、Bulk Hydrogen Production by Sorbent Enhanced Steam Reforming，而Gigastack項(xiàng)目拿到了最多的補(bǔ)貼。

2019年9月，由ITM Power牽頭，?rsted和 Element Energy參與，三家企業(yè)組成聯(lián)合體，致力于通過水電解制氫的規(guī)?；瘧?yīng)用降低其成本，從而提高該技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的可能性。三家企業(yè)可謂強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。ITM Power是一家在英國(guó)注冊(cè)的AIM（由倫敦證券交易所于1995年6月19日建立的專門為小規(guī)模、新成立和成長(zhǎng)型的公司服務(wù)的市場(chǎng)）上市公司，從以親水離子聚合物為主營(yíng)業(yè)務(wù)的企業(yè)成長(zhǎng)為氫能系統(tǒng)開發(fā)商和供應(yīng)商，17年間在氫能技術(shù)研發(fā)方面積攢了豐富經(jīng)驗(yàn)。?rsted作為全球海上風(fēng)電開發(fā)的龍頭企業(yè)，多年來聚焦于海上風(fēng)電多元化發(fā)展，迄今為止在英國(guó)至少投入80億英鎊用于海上風(fēng)電的開發(fā)及相關(guān)研發(fā)。Element Energy是一家低碳、可持續(xù)發(fā)展咨詢和工程公司，可為建筑、交通和電力行業(yè)的客戶提供計(jì)算建模、軟件開發(fā)和工程咨詢等方面的服務(wù)。自2003年成立以來，該公司始終從事氫能相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。

項(xiàng)目目標(biāo)

氫氣制取主要分為三種途徑，以焦?fàn)t煤氣、氯堿尾氣為代表的工業(yè)副產(chǎn)氣制取的“灰色氫氣”；由煤或天然氣等化石燃料制得，并對(duì)二氧化碳副產(chǎn)品進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)碳中和的“藍(lán)色氫氣”；通過使用可再生能源發(fā)電或核電產(chǎn)生的“綠色氫氣”。

能夠?qū)崿F(xiàn)零碳排放的制氫技術(shù)路線非常有限，“綠色氫氣”是最佳選擇，但是居高不下的成本嚴(yán)重制約其發(fā)展。成本高企的第一個(gè)因素是可再生電力的價(jià)格。電解成本是第二個(gè)因素。目前，全球電解能力不足。ITM Power公司在Gigastack項(xiàng)目中推出了其創(chuàng)新氫燃料電池堆的設(shè)計(jì)—利用5MW電池堆使100MW電解槽系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。由于該公司在謝菲爾德的貝西默公園（Bessemer Park）新建了千兆級(jí)別的工廠，這些電池堆將從成本削減中受益。根據(jù)大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果來看，該工廠氫燃料電池堆的產(chǎn)能將從2023年的每年60個(gè)，即300MW，發(fā)展到21世紀(jì)20年代中期的每年200個(gè)，即1GW，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，用規(guī)模化應(yīng)用倒逼成本下降。

除了上述兩個(gè)因素，Gigastack氫能項(xiàng)目攻克的重點(diǎn)—電輸入成本過高也是制約因素之一。Element Energy和?rsted公司調(diào)整了電解槽的放置位置，預(yù)設(shè)多種不同方案，利用電解槽―風(fēng)電場(chǎng)的配置降低輸電成本。

現(xiàn)階段，并網(wǎng)電解槽中獲得“綠色氫氣”的成本超過8英鎊/千克。創(chuàng)新后的方案無需完全承擔(dān)電網(wǎng)費(fèi)用。通過進(jìn)一步的監(jiān)管干預(yù)、商業(yè)模式優(yōu)化、電解槽產(chǎn)量的增加，可行性研究的結(jié)果顯示，“綠色氫氣”的成本有望下降50%。

方案分析

項(xiàng)目預(yù)設(shè)了四種方案，據(jù)此分析電解槽―風(fēng)電場(chǎng)配置的實(shí)用性。

方案1：電解槽遍布英國(guó)全國(guó)，以形成一個(gè)連接到英國(guó)電網(wǎng)的高壓電網(wǎng)。為了確保生產(chǎn)的氫能具有綠色、低碳屬性，電解槽所用電力由風(fēng)電場(chǎng)供應(yīng)。

方案2：電解槽位于風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的電表上游。電解槽可以通過這種方式從風(fēng)電場(chǎng)的專用電表上獲取電力，以及通過預(yù)先安裝的電表從電網(wǎng)獲取電力。該方案會(huì)將對(duì)輸電網(wǎng)的影響降至最低，包括從輸電和配電兩個(gè)方面降低電網(wǎng)費(fèi)用和電價(jià)。

表1 不同技術(shù)條件下方案1、方案2和方案3的制氫成本

方案3：電解槽由風(fēng)電場(chǎng)負(fù)責(zé)建造，并直接耦合（即電解槽和風(fēng)電場(chǎng)同時(shí)建造）。如此，和市場(chǎng)價(jià)格相比，電解槽能夠直接以成本價(jià)格獲得電力。

方案4：電解槽建在近海，靠近風(fēng)電機(jī)組（在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部或浮動(dòng)平臺(tái)上）。通過這種方式，可用成本較低的輸電方式替代海上電纜。電解槽能夠以風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電成本價(jià)獲得電力。

方案3和方案4的重點(diǎn)是利用新建的風(fēng)電場(chǎng)來建造電解槽。其中，方案4創(chuàng)新地將電解槽建立在近海，用管道將氫能輸送到岸上。由于這兩種情況下電價(jià)與風(fēng)電場(chǎng)的成本持平，因此，氫能成本的下降取決于海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電成本。

由前述三家企業(yè)組成的聯(lián)合體認(rèn)為，目前，方案4的研發(fā)成本不確定性因素較多，難以提供可靠的數(shù)據(jù)，因此，短期內(nèi)的重點(diǎn)需要放在方案1至方案3上。表1為當(dāng)下最先進(jìn)的氫燃料電池堆技術(shù)和Gigastack項(xiàng)目采用的電池堆技術(shù)在方案1至方案3中生產(chǎn)“綠色氫氣”的成本對(duì)比。

此外，供應(yīng)不同行業(yè)的氫能成本也會(huì)存在差異，需要對(duì)每個(gè)行業(yè)（工業(yè)、運(yùn)輸和供熱等）的業(yè)務(wù)案例進(jìn)行評(píng)估。氫能的全面商業(yè)化仍需各行業(yè)的進(jìn)一步支持。

下一步

該研究將進(jìn)一步在規(guī)劃高達(dá)100MW規(guī)模的實(shí)施方案時(shí)提出商業(yè)、技術(shù)和規(guī)則優(yōu)化方面的內(nèi)容。在工廠方面，ITM Power公司將展開機(jī)器的測(cè)試。這項(xiàng)工作包括建設(shè)實(shí)驗(yàn)室、安裝和調(diào)試制造設(shè)備所需的高吞吐量和測(cè)試線以及制造基地設(shè)施本身的演示，形成全流程的文件和手冊(cè)，最終將制造成熟度提高到6～7級(jí)。

項(xiàng)目已經(jīng)確定Phillips 66公司為新的商業(yè)合作伙伴。根據(jù)英國(guó)《可再生運(yùn)輸燃料義務(wù)》（RTFO）要求，煉油廠需要使用可再生能源制氫來滿足其可再生燃料需求，這一政策要求推動(dòng)了此次合作。同時(shí)，該公司擁有的煉油廠靠近?rsted的Hornsea海上風(fēng)電場(chǎng)變電站，這個(gè)特殊的地理位置使其成為測(cè)試電解槽―風(fēng)電場(chǎng)耦合方案，以及在現(xiàn)有商業(yè)案例下將“綠色氫氣”批量銷售的理想場(chǎng)地。此外，大兆瓦裝置和項(xiàng)目所涉及的工程費(fèi)用需要承購(gòu)人承擔(dān)，Phillips 66公司扮演了這個(gè)角色。

未來，在一系列低碳制氫計(jì)劃的帶動(dòng)下，英國(guó)有機(jī)會(huì)成為氫能技術(shù)創(chuàng)新中心?！熬G色氫氣”將是英國(guó)未來能源系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)以及助力許多行業(yè)脫碳方面大有所為。這一領(lǐng)域的發(fā)展也會(huì)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益?！熬G色氫氣”的增加將帶動(dòng)整個(gè)氫供應(yīng)鏈的增長(zhǎng)和投資。據(jù)預(yù)測(cè)，氫能將在歐洲帶動(dòng)520億歐元的投資，并提供超過85萬個(gè)工作崗位。

（編譯自Element Energy公司發(fā)布的項(xiàng)目方案）