为什么说光伏制氢是能源的重大革命?

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光伏水电解制氢是将太阳能发电和电解水制氢组合成系统的技术,并且有着40年的发展历史,被看作是最有前景的制氢方法之一。

光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢。光伏直流发电系统相比传统电站减少了逆变和升压的过程,主要设备设施包括光伏组件、汇流箱、支架、基础、接地装置等,光伏组件可根据制氢站输入电压和电流要求进行串、并连配置,从而提高系统效率。

电解水制氢目前技术成熟、设备简单,运行和管理较为方便,制取氢气纯度较高,无污染。

然而,高昂的耗电成本是大多数企业刻意回避水电解制氢的重要原因,但是随着大规模光伏技术的不断进步,以及逐渐低廉的电价(下图为最新的国内电费价格),现如今多数地区维持在0.29元/千瓦时左右。

并且,根据网络上的不完全统计显示,截至目前,全国处于筹备或建设中的“绿氢”项目已达30个。其中,超过20个项目选择“光伏+氢”这一技术路线。

随着一批批项目的落地,光伏装机规模的持续扩张以及发电成本的进一步下降,预计未来光伏制氢将进一步下降,进入发展正循环。

据万联证券预测,到2025年,光伏系统度电成本将下降至0.22元/千瓦时,在光资源充沛的区域,光伏制氢电力成本有望达到0.15元/千瓦时,带动制氢成本持续降低,扩大产业发展空间。

并且目前,部分企业已经宣布可以实现全离网光伏制氢,实现燃料电池用氢气发电并网、光、储、网多模式混合制氢系统,综合能量管理策略实现,提升制氢设备利用率、碱性电解槽低功率运行数据收集,探究弱功率下,碱液电解槽的适配性能、智能监控系统,实现光伏制氢系统无人值守等。

相信不久光伏制氢的用电成本就会被限制在用户可接受的范围内,使光伏制氢成本低于传统天然气/煤制氢。而大规模的光伏制氢必将成为了商用制氢的首选。

“绿色氢气”作为实现气候目标的新兴领域,正成为行业焦点。国际能源署(IEA)署长法提赫•比罗尔表示,当前全球原油经济大幅震荡,“绿色氢气”正在迎来“属于它的时代”。

作为新兴产业,理应获得各国政府的更多支持。和传统的制氢方式相比,“绿色氢气”有几个突出优点——

首先,生产的原材料是“绿色的”,无论是水,还是其他用来发电的可再生能源,整体对环境友好,并且电解水制氢只会生成氢气和氧气,不会产生碳氧化合物对环境造成污染;

其次,“绿色氢气”可以解决可再生能源发电过剩、发电间歇性,从而无法满足电网应用需求的困境。

最后,制氢用的原料水是现实生活中最容易获取的资源之一,因此不需要考虑原料的用量问题。

业内人士普遍认为,氢气作为重要的工业原料以及清洁燃料,在未来几十年里将形成竞争的格局。

事实上,国际上不少国家已开始对绿色氢气的探索。截止目前,日本、英国、澳大利亚等国家陆续公布了氢能战略。

而欧盟拟定的“绿色协议”中已将“清洁氢气”制定为“优先发展领域”,这一定义包括了天然气制氢以及可再生能源制氢。

光伏发电作为国家鼓励发展的绿色清洁能源,近年装机规模不断增大,但光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,增加了电网调度的难度。

随着光伏装机规模的不断扩大,光伏发电将面临增加储能的问题,而储能问题正是所有能源问题中最重要的部分之一。

利用清洁能源电力电解技术得到氢气,将氢气存储于高效储氢装置中,再利用燃料电池技术,将存储的能量回馈到电网,或者将存储的高纯度氢气送入氢产业链直接利用。

储能技术让人们的生活得到了更多的保障。当电力系统出现问题时,人们可以利用这些储存起来的氢保障正常的生活秩序。

南通安思卓新能源有限公司发布了最新开发的全球最大的集装箱式超大容量单槽制氢技术,新设备不仅采用了国际上成本最低的可再生能源光伏制氢技术,而且全套装置仅采用三个集装箱,占地面积远小于国际同行,充分体现了产品在高性能材料和系统集成设计上的优势,克服了采用传统方法不可持续性和不可规模化的瓶颈。

并且设备出厂时已完成几乎全部组装和测试,不需要2-3个月的长时间安装,仅需2周即可完成安装。全自动化设备,实现24x7无人值守。而且可适用于苛刻环境,可在最低-40°C环境中运行,无需搭建A级防火厂房,可直接部署。

氢能源在中国还处于萌芽阶段,但是在海外市场,已占据了非常重要的商业布局。

全球已有约70个在建中的绿氢项目,其中GW级项目22个,主要分布在欧洲(11个)和澳大利亚(7个),中东和南美也有巨大潜力。

从绿氢产能来看,全球规划中的GW级绿氢项目产能合计144.1GW,其中欧洲和澳大利亚占了接近93%,处于领先。

按照之前欧盟提出的2024年电解槽规模达6GW、2030年达40GW的目标来看,现有规划中的绿氢项目如能顺利投产则将大幅超额达标。

其中,德国将有望成为最大的氢气消费国之一。德国目前的战略草案是计划到2030年,清洁氢占德国工业用氢总量达20%,德国未来将拥有安装5GW电解槽的能力。

到2026年,德国相关领域投资将超过14亿欧元。德国工业联合会(BDI)称,发展氢能经济将是德国工业重中之重。该国除了在欧洲各国布局以外,也积极规划从中东、北非和澳大利亚等地区调用外部氢源,以满足未来氢气需求。

太阳能制氢,实现了可再生能源生产清洁能源,并可以有效地消纳光伏发电,实现两种重要新能源之间的有效结合应用。

随着光伏发电和电解水制氢技术的不断发展,成本的逐渐降低,太阳能制氢将能逐渐满足商业化的要求,多数专家认为太阳能制氢或会成为我国能源安全和能源结构调整的又一生力军。

今年的7月份,在欧盟宣布碳中和计划之前,已有30多个国家宣布碳中和目标,包括墨西哥、马尔代夫等,此后中国、日本、韩国接连提出碳中和目标。全球重要的经济体,也就是占全球GDP75%、占全球碳排放量65%的国家开始碳中和。

中国承诺在2030年前,二氧化碳的排放将不再增长,达到峰值之后会逐渐减下去;而到2060年,针对排放的二氧化碳,中国会采取植树、节能减排等各种方式全部抵消掉,因此发展氢能产业是一项关乎国家完成碳中和的大事。

我国可再生能源资源充足,也有大量的副产氢资源,相关市场规模宏大,氢能产业有着广阔发展空间。

因此,发展氢能产业,不仅可促使我国减少油气对外依赖,提高能源安全水平,减少大气污染排放,改善生态环境,建设清洁时代美好家园,还能带动能源科技创新、能源结构调整、能源体系变革和可再生资源高效开发利用,对我国能源体系的高质量发展、高能耗产业清洁转型、高端装备制造以及汽车等产业创新发展,都具有重大战略意义。





中泰股份(300435.SZ)披露《关于签署风电、光伏制氢及氢液化产业化项目框架合作协议的公告》,公司与赤峰政府、中船风电、润丰能源签署了《赤峰风电、光伏制氢及氢液化产业化项目框架合作协议》,旨在利用内蒙古赤峰市地区优异的风电、光伏资源开发低成本的可再生能源电解制氢技术,同时加快赤峰地区优势资源转换和新型工业化建设进程。

中泰股份是深冷技术工艺及设备提供商,公司始终致力于深冷技术设备的研发制造,在行业内积累了良好的市场口碑以及丰富的客户基础。公司主要产品包括板翅式换热器、冷箱和成套装置,广泛应用于天然气、煤化工、石油化工、氢能源以及电子制造等领域。

公司表示,目前已在氢能源的制氢-储氢-加氢站全产业链有所布局。一方面,公司具备成熟的大规模制取高纯度氢的技术以及业绩,在煤制氢的深冷分离工艺段已取得国内领先地位。另一方面,在氢液化领域,公司亦具备为大规模氢液化提供核心设备的业绩,并将借助子公司山东中邑成熟的加气站网络,结合公司现有技术布局加氢站,在氢能市场化应用时可快速切入市场。

此次合作的内容,主要为公司与赤峰政府、中船风电、润丰能源在赤峰市松山区打造“风电场开发项目,光伏电站开发项目;风电制氢及氢液化工厂项目;风电、光伏及制氢等配套产业链智能化装备制造园”。此外,还将分期建设“风电场投资与建设,光伏电站投资与建设;风电制氢及氢液化工厂投建与运营;风电及制氢配套产业链项目,包括风电变频器智能化制造基地、光伏逆变器智能化制造基地、制氢装备生产基地等”项目,共分三期进行。

至于此次合作的目的,公司表示为落实国家“四个革命、一个合作”能源安全新战略,贯彻执行“2030碳达峰、2060碳中和”战略部署,将通过充分发挥各自的资源和优势,利用内风电、光伏资源开发低成本的可再生能源电解制氢,探索并试点从制取-储运-消纳的绿氢全环节的技术,符合公司工业气体制取及运营的战略规划,与各方面开展密切合作,进一步提升公司的研发及制造能力,有效应对碳中和背景下的市场变化,提升公司市场竞争力和持续盈利能力。

业内人士指出,中泰股份作为国内深冷设备领域龙头企业,在响应政策号召积极布局风电、光伏及氢能源等环保领域的同时,通过业务领域的持续拓展增厚业绩并巩固龙头地位,未来公司将迎来快速发展。#中泰股份# #氢能源# #光伏#

全部讨论

2021-08-28 19:31

近期,国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,氢能被明确纳入“新型储能”。
构建以新能源为主体的新型电力系统,加快新型储能规模化部署尤为关键。有研究表明,氢能有望成为一种重要的储能形式,并与电化学储能互为补充,但目前氢储能各环节产业化程度较低,需进一步规模化发展。
理想方案
资料显示,氢储能一般分为三种情况。首先是可再生能源电解水制氢;其次是电解制氢后,再用氢气发电,包括燃料电池发电上网和氢燃料电池汽车等在交通领域的应用;除此之外,是电解水生产的氢气与二氧化碳合成甲醇进行储运及应用。也就是说,电解制氢是氢储能产业链的源头。
东北证券认为,未来,氢能与可再生能源将进行更深程度融合,形成的氢储能应用,将成为重要的应用场景。
风与光发电具有间歇性和波动性特征,如果将风光发电直接供应给终端用户,会造成经常性断电或因电压过大而烧断电器。为解决上述问题,发电端利用大量电池组存储电能,可以在风光较弱时进行补充发电,或选择直接接入国家电网,利用智能电网分时消纳不稳定电力。但业内专家指出,这两种情况都存在成本高、技术难度大等弊端。
“对于风力、光伏等不稳定能源发电,氢储能是一个非常理想的解决方案。电解水制氢可以根据电力系统需求,随时调整氢气产量,有效利用风光发电过程中不可上网的、质量较差的电力。”北京久安通氢能科技有限公司总经理、教授级高级工程师张立芳表示,这一技术路径经过多次课题验证,已被证明是合理且有效的。
“通过建设专门的制氢站,利用风光发电形成一个微网用于制氢,由于弃风弃电电费不高,氢气制取成本也会相应降低。”张立芳认为,现在很多电厂的风光电被白白浪费,一旦加以利用,将大有好处。
张立芳表示,从效率上来说,氢储能的效率并非是所有储能方式中最高的,但其未来发展潜力巨大。在整个产业链中,如果将可再生能源与氢储能相结合,利用可再生能源电解制氢并储运应用,氢储能将发挥出重要作用。
优势显著
根据国际可再生能源机构的测算,目前全球仅有4%的氢气来自电解水制氢,其余均来自煤炭、天然气以及石化领域。在我国富煤、贫油、少气的能源结构下,国内煤制氢的占比超过60%,电解水制氢比例不到2%,可再生能源制氢未来发展空间巨大。
张立芳表示,相较于化石能源制氢方式,电解制氢的氢气质量非常高,更符合燃料电池应用过程中的要求。虽然煤制氢等传统方式制取的氢气价格更加便宜,但在碳达峰、碳中和大背景下并不能持续。
“氢储能与其它储能方式相比有很大不同。首先,氢作为二次能源,可直接储存,而电化学储能,目前来看,直接储电的能量密度还不够高,对将来的应有有一定限制;其次,电化学储能效率低,同时也面临安全性和单位能量成本高等问题,而燃料电池的重量功率密度可达400瓦/千克,体积功率密度达到4000瓦/千克,未来有望达到2000瓦/千克,高于锂电池的150瓦/千克—200瓦/千克,其开放的系统储能方式使续航里程更长。”
在张立芳看来,氢可以通过储存运输,实现长时间、跨季节储能,在交通、工业和可再生能源等领域具有广泛的应用场景。他强调,现阶段,氢储能在一些技术节点需要进一步优化和提高,如在电解水制氢厂站建设中,考虑到发电量功率和电压波动较大,去着力提高电解设备应对电网电功率波动大的技术和控制策略水平。
共谋发展
虽然一些发电企业对氢储能产业感兴趣,却有不少怎样布局、能否回本、有没有足够的终端用户等之类的顾虑。张立芳认为,这些担心没有必要。目前全国氢气的售价在60-80元/公斤,如果合理利用风光弃电,保证电价便宜的基础上,氢气价格将更具竞争力,成本价能够达到15-18元/公斤。随着氢储能的规模化应用,成本下降会非常快,绿氢成本也会很快与煤制氢持平。
除了源头制氢,东北证券指出,当前氢储能各环节产业化程度均较低,规模化发展尚需时日。在制氢环节,目前电解水制氢的成本明显高于传统化石能源,未来电费成本与设备投资均有较大的下降空间。在储运环节,现阶段氢气的储运体系尚不成熟,输氢管网、加氢站等基础设施仍需大量投入。在应用环节,绿氢或将在部分传统工业领域率先得到推广,氢燃料电池则处于起步阶段。
与此同时,张立芳指出,部署氢储能的前期设备投入巨大,除了风光发电设备和点解制氢设备,制取的氢气还需储存、升压、运输,因此,短期来看,氢储能的发展速度将慢于电化学储能,后续的产业进程需要各环节共同进步,完善基础设施,降低成本。