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為什么說光伏制氫是能源的重大革命?

中國電力網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2021-10-19 18:20:57

光伏水電解制氫是將太陽能發(fā)電和電解水制氫組合成系統(tǒng)的技術(shù),并且有著40年的發(fā)展歷史,被看作是最有前景的制氫方法之一。

光伏發(fā)電制氫主要利用光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)直流電直接供應(yīng)制氫站制氫。光伏直流發(fā)電系統(tǒng)相比傳統(tǒng)電站減少了逆變和升壓的過程,主要設(shè)備設(shè)施包括光伏組件、匯流箱、支架、基礎(chǔ)、接地裝置等,光伏組件可根據(jù)制氫站輸入電壓和電流要求進(jìn)行串、并連配置,從而提高系統(tǒng)效率。

電解水制氫目前技術(shù)成熟、設(shè)備簡單,運(yùn)行和管理較為方便,制取氫氣純度較高,無污染。

然而,高昂的耗電成本是大多數(shù)企業(yè)刻意回避水電解制氫的重要原因,但是隨著大規(guī)模光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及逐漸低廉的電價(jià),現(xiàn)如今多數(shù)地區(qū)維持在0.29元/千瓦時(shí)左右。

并且,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的不完全統(tǒng)計(jì)顯示,截至目前,全國處于籌備或建設(shè)中的“綠氫”項(xiàng)目已達(dá)30個(gè)。其中,超過20個(gè)項(xiàng)目選擇“光伏+氫”這一技術(shù)路線。

隨著一批批項(xiàng)目的落地,光伏裝機(jī)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張以及發(fā)電成本的進(jìn)一步下降,預(yù)計(jì)未來光伏制氫將進(jìn)一步下降,進(jìn)入發(fā)展正循環(huán)。

據(jù)萬聯(lián)證券預(yù)測,到2025年,光伏系統(tǒng)度電成本將下降至0.22元/千瓦時(shí),在光資源充沛的區(qū)域,光伏制氫電力成本有望達(dá)到0.15元/千瓦時(shí),帶動(dòng)制氫成本持續(xù)降低,擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。

并且目前,部分企業(yè)已經(jīng)宣布可以實(shí)現(xiàn)全離網(wǎng)光伏制氫,實(shí)現(xiàn)燃料電池用氫氣發(fā)電并網(wǎng)、光、儲(chǔ)、網(wǎng)多模式混合制氫系統(tǒng),綜合能量管理策略實(shí)現(xiàn),提升制氫設(shè)備利用率、堿性電解槽低功率運(yùn)行數(shù)據(jù)收集,探究弱功率下,堿液電解槽的適配性能、智能監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)光伏制氫系統(tǒng)無人值守等。

相信不久光伏制氫的用電成本就會(huì)被限制在用戶可接受的范圍內(nèi),使光伏制氫成本低于傳統(tǒng)天然氣/煤制氫。而大規(guī)模的光伏制氫必將成為了商用制氫的首選。

“綠氫”作為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的新興領(lǐng)域,正成為行業(yè)焦點(diǎn)。

國際能源署(IEA)署長法提赫•比羅爾表示,當(dāng)前全球原油經(jīng)濟(jì)大幅震蕩,“綠色氫氣”正在迎來“屬于它的時(shí)代”。

作為新興產(chǎn)業(yè),理應(yīng)獲得各國政府的更多支持。和傳統(tǒng)的制氫方式相比,“綠色氫氣”有幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)——

首先,生產(chǎn)的原材料是“綠色的”,無論是水,還是其他用來發(fā)電的可再生能源,整體對環(huán)境友好,并且電解水制氫只會(huì)生成氫氣和氧氣,不會(huì)產(chǎn)生碳氧化合物對環(huán)境造成污染;

其次,“綠氫”可以解決可再生能源發(fā)電過剩、發(fā)電間歇性,從而無法滿足電網(wǎng)應(yīng)用需求的困境。

最后,制氫用的原料水是現(xiàn)實(shí)生活中最容易獲取的資源之一,因此不需要考慮原料的用量問題。

業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為,氫氣作為重要的工業(yè)原料以及清潔燃料,在未來幾十年里將形成競爭的格局。

事實(shí)上,國際上不少國家已開始對綠色氫氣的探索。截止目前,日本、英國、澳大利亞等國家陸續(xù)公布了氫能戰(zhàn)略。

而歐盟擬定的“綠色協(xié)議”中已將“清潔氫氣”制定為“優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域”,這一定義包括了天然氣制氫以及可再生能源制氫。

光伏發(fā)電作為國家鼓勵(lì)發(fā)展的綠色清潔能源,近年裝機(jī)規(guī)模不斷增大,但光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、階段性供電等問題,增加了電網(wǎng)調(diào)度的難度。

隨著光伏裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,光伏發(fā)電將面臨增加儲(chǔ)能的問題,而儲(chǔ)能問題正是所有能源問題中最重要的部分之一。

利用清潔能源電力電解技術(shù)得到氫氣,將氫氣存儲(chǔ)于高效儲(chǔ)氫裝置中,再利用燃料電池技術(shù),將存儲(chǔ)的能量回饋到電網(wǎng),或者將存儲(chǔ)的高純度氫氣送入氫產(chǎn)業(yè)鏈直接利用。

儲(chǔ)能技術(shù)讓人們的生活得到了更多的保障。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí),人們可以利用這些儲(chǔ)存起來的氫保障正常的生活秩序。

南通安思卓新能源有限公司發(fā)布了最新開發(fā)的全球最大的集裝箱式超大容量單槽制氫技術(shù),新設(shè)備不僅采用了國際上成本最低的可再生能源光伏制氫技術(shù),而且全套裝置僅采用三個(gè)集裝箱,占地面積遠(yuǎn)小于國際同行,充分體現(xiàn)了產(chǎn)品在高性能材料和系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢,克服了采用傳統(tǒng)方法不可持續(xù)性和不可規(guī)模化的瓶頸。

并且設(shè)備出廠時(shí)已完成幾乎全部組裝和測試,不需要2-3個(gè)月的長時(shí)間安裝,僅需2周即可完成安裝。全自動(dòng)化設(shè)備,實(shí)現(xiàn)24x7無人值守。而且可適用于苛刻環(huán)境,可在最低-40°C環(huán)境中運(yùn)行,無需搭建A級(jí)防火廠房,可直接部署。

氫能源在中國還處于萌芽階段,但是在海外市場,已占據(jù)了非常重要的商業(yè)布局。

全球已有約70個(gè)在建中的綠氫項(xiàng)目,其中GW級(jí)項(xiàng)目22個(gè),主要分布在歐洲(11個(gè))和澳大利亞(7個(gè)),中東和南美也有巨大潛力。

從綠氫產(chǎn)能來看,全球規(guī)劃中的GW級(jí)綠氫項(xiàng)目產(chǎn)能合計(jì)144.1GW,其中歐洲和澳大利亞占了接近93%,處于領(lǐng)先。

按照之前歐盟提出的2024年電解槽規(guī)模達(dá)6GW、2030年達(dá)40GW的目標(biāo)來看,現(xiàn)有規(guī)劃中的綠氫項(xiàng)目如能順利投產(chǎn)則將大幅超額達(dá)標(biāo)。

其中,德國將有望成為最大的氫氣消費(fèi)國之一。德國目前的戰(zhàn)略草案是計(jì)劃到2030年,清潔氫占德國工業(yè)用氫總量達(dá)20%,德國未來將擁有安裝5GW電解槽的能力。

到2026年,德國相關(guān)領(lǐng)域投資將超過14億歐元。德國工業(yè)聯(lián)合會(huì)(BDI)稱,發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)將是德國工業(yè)重中之重。該國除了在歐洲各國布局以外,也積極規(guī)劃從中東、北非和澳大利亞等地區(qū)調(diào)用外部氫源,以滿足未來氫氣需求。

太陽能制氫,實(shí)現(xiàn)了可再生能源生產(chǎn)清潔能源,并可以有效地消納光伏發(fā)電,實(shí)現(xiàn)兩種重要新能源之間的有效結(jié)合應(yīng)用。

隨著光伏發(fā)電和電解水制氫技術(shù)的不斷發(fā)展,成本的逐漸降低,太陽能制氫將能逐漸滿足商業(yè)化的要求,多數(shù)專家認(rèn)為太陽能制氫或會(huì)成為我國能源安全和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的又一生力軍。

今年的7月份,在歐盟宣布碳中和計(jì)劃之前,已有30多個(gè)國家宣布碳中和目標(biāo),包括墨西哥、馬爾代夫等,此后中國、日本、韓國接連提出碳中和目標(biāo)。全球重要的經(jīng)濟(jì)體,也就是占全球GDP75%、占全球碳排放量65%的國家開始碳中和。

中國承諾在2030年前,二氧化碳的排放將不再增長,達(dá)到峰值之后會(huì)逐漸減下去;而到2060年,針對排放的二氧化碳,中國會(huì)采取植樹、節(jié)能減排等各種方式全部抵消掉,因此發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)關(guān)乎國家完成碳中和的大事。

我國可再生能源資源充足,也有大量的副產(chǎn)氫資源,相關(guān)市場規(guī)模宏大,氫能產(chǎn)業(yè)有著廣闊發(fā)展空間。

因此,發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè),不僅可促使我國減少油氣對外依賴,提高能源安全水平,減少大氣污染排放,改善生態(tài)環(huán)境,建設(shè)清潔時(shí)代美好家園,還能帶動(dòng)能源科技創(chuàng)新、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源體系變革和可再生資源高效開發(fā)利用,對我國能源體系的高質(zhì)量發(fā)展、高能耗產(chǎn)業(yè)清潔轉(zhuǎn)型、高端裝備制造以及汽車等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,都具有重大戰(zhàn)略意義。

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