海洋衛士壓載水

國務院發布白皮書指出了海工市場新風口

2020-12-24 19:49:15
來源:中國船舶報 編輯: 國際船舶網 我有話要說

中央經濟工作會議在部署明年重點任務時提出,要加快調整優化產業結構、能源結構,推動煤炭消費盡早達峰,大力發展新能源。12月21日,國務院新聞辦公室正式發布《新時代的中國能源發展》白皮書。白皮書提出,加速發展綠氫制取、儲運和應用等氫能產業鏈技術裝備,促進氫能燃料電池技術鏈發展。風電制氫既可以幫助交通、建筑、工業等脫碳困難的領域脫碳化,又能提高電力供應過剩時儲存電力的能力,得到眾多國家青睞。不過,我國在海上風電制氫方面積累較少,經驗不足,我國船舶工業還需提前開展相關平臺總體設計研究,形成氫氣運輸船舶設計研發能力,為今后相關項目實施打好基礎。

——編者

隨著人類對能源的需求日益擴大,對可持續發展、環保理念的日益重視,現有以化石燃料為基礎的全球能源體系正逐漸向高效、可再生的低碳能源體系進行轉型。

風力發電作為可再生能源中最成熟的發電方式之一,近年來發展迅速。為進一步擴大風能在可再生能源市場的份額,還出現了一些新的技術解決方案,如風電制氫等。風電制氫既可以幫助交通、建筑、工業等脫碳困難的領域脫碳化,又能提高電力供應過剩時儲存電力的能力,得到眾多國家的青睞。目前,許多國家和地區均已開始實施海上風電制氫項目,我國船舶工業應積極跟蹤相關動向,并提前開展相關平臺總體設計研究,形成氫氣運輸船設計研發能力,推動這一戰略性新興產業的發展。

綠色氫氣前景廣闊

據國際可再生能源署(IRENA)預測,到2050年,可再生能源比例將大幅提升,風電和光伏將占發電容量的60%。而全球風能理事會(GWEC)的統計數據表明,2019年全球海上風電新增裝機容量創歷史新高,達6.1吉瓦(GW),與2018年相比增長38.6%,預計到2024年全球海上風電將新增50GW。截至2019年底,全球海上風電累計裝機容量為29.1GW,其中英國、德國和中國占據市場前三,共占總體裝機容量的82%。全球海上風電市場整體來看處于增長階段,最近10年時間里,全球海上風電裝機容量增加了866.67%,中國海上風電裝機容量增加了3853.33%。

海上風電的發展為海上風電制氫創造了良好的條件。世界能源理事會將氫氣按照生產來源分為“灰色”“藍色”和“綠色”三類;疑珰錃鈦碜曰剂,制造成本較低,但是碳強度最高,因而社會接受度最低;藍色氫氣通過蒸汽甲烷重整技術或煤氣化加上碳捕捉和貯存技術制造,碳強度較低,成本高,社會接受度較高;綠色氫氣使用可再生能源進行電解,二氧化碳零排放,成本高,社會接受度最高。而海上風電制氫就屬于綠色氫氣,有數據顯示,2019年,電解制氫已增加到25兆瓦(MW)以上,預計到2023年,電解制氫市場增長將突破1400MW。雖然目前可再生能源制氫花費高昂,但隨著其成本的不斷下降及氫氣生產規模不斷擴大,預計到2030年,可再生能源生產氫氣的成本將下降30%。

各國發展階段不同

海上風電制氫可分為在岸制氫和離岸制氫兩種方法,其中,根據電解裝置安裝位置的不同,離岸制氫又可細分為在風電平臺、現有油氣平臺和新建海上平臺安裝電解裝置進行制氫。

在歐洲,脫碳壓力日益加重,可再生能源及氫能得到重視與發展,其海上風電在風能資源、風能利用率以及產業鏈等方面都占據極大優勢,是全球最大的海上風電市場。憑借著這些優勢,歐洲海上風電制氫在近幾年內可謂風生水起。

從現有海上風電制氫方案/項目來看,一些歐洲國家基于本國海上風電場場址采取了不同的海上風電制氫方案,但目標實現時間基本在2025年,并設定于2030年前后形成大規模制氫能力?傮w來看,海上風電制氫技術已基本得到充分驗證,目前面臨的主要問題是實現商業化氫氣的制備以及氫氣的運輸與儲存等問題,經濟性已成為各方案的重要考慮因素。

不同制氫方式適用不同場景,“電解裝置+風電平臺”的制氫方式適用于新建海上風電場,通過在風機上安裝電解裝置實現大規模的分布式制氫。“電解裝置+現有油氣平臺”的制氫方式,是利用海上風電附近的即將退役的油氣平臺和現有的油氣管道來降低制氫成本。“電解裝置+新建海上平臺”的制氫方式適用于離岸較遠的風電場,因為隨著風電場離岸距離的增加,電力傳輸損耗越大,在海上新建制氫平臺的方式可直接避免這一損耗。“海上風電+陸上電解”的方式,則適用于近海海上風電場。

近年來,我國海上風電發展迅速,但于2020年才開始正式進軍海上風電制氫領域,積累較少,經驗不足。在今年,青島深遠海200萬千瓦海上風電融合示范風場項目正式實施,一期將重點對余電制氫等進行試驗示范,二期將推動“海上風電+制氫儲氫”等多樣化融合試驗與示范應用;中國海洋石油集團有限公司發布海上制氫工藝技術研究招標公告,對海上電解水制氫工藝方案選型及技術,海上風電與制氫設備匹配性以及海上儲氫、輸氫技術等開展研究。因此,我國海上風電制氫其實僅剛剛起步。而且,由于我國還未對可再生能源制氫進行頂層規劃設計,海上制氫地理位置、產量等因素都無法確定,這對我國海上風電制氫相關產業的發展十分不利。這一狀況亟待改變,我國政府應盡早確定海上風電制氫發展路線圖,為海上風電制氫方案提供依據與參考,進而推動海上風電制氫相關產業的發展。

裝備研發時不我待

我國在海上風電制氫領域雖處于起步階段,但隨著相關研究不斷深入,未來在海上風電制氫市場將大有可為,這對船舶工業來說既帶來了機遇,也帶來了挑戰。我國船舶工業應積極進行相關研發,力爭在這一新興市場占據一席之地。

首先,應開展海上風電制氫平臺總體設計方案研究,F行歐洲海上風電制氫項目/方案中不乏新建海上制氫平臺的方式,這種平臺結構和常規海上油氣開發平臺設計類似,但在總體布置方面和常規油氣開發平臺有所區別。此外,電解槽的運動響應、海水淡化處理等問題,不同運輸和儲存方式對海上風電制氫平臺的設計產生不同影響的問題,均需要船舶工業重點關注。

其次,應大力研發氫氣運輸船。海上風電制氫的運輸方式主要是管道運輸和船舶運輸,船舶運輸就需要氫氣運輸船。目前,氫氣運輸有氣態儲運、液態儲運、固體儲運和有機液體儲運等方式。其中,液態儲運的方式適合遠距離、運量大的應用場景,但液態氫運輸儲存溫度極低,為零下253攝氏度;壓縮氫氣運輸是高壓氣態,主要是采用儲罐的形式運輸。這兩種運輸方式都對船舶的總體布置、船舶安全性等方面提出了新要求。目前,日本已經完成了液態氫運輸船建造,韓國已經完成液化氫運輸船的基本設計,澳大利亞正在進行壓縮氫氣運輸船的研發,我國船舶工業也應加快形成氫氣運輸船設計研發能力。

海上風電制氫:一場豪賭?

清潔能源的開發與應用,將決定未來國家之間的競爭格局,那么,零碳能源氫能的開發與應用無疑將是各國的“必爭之地”,從這一角度來說,作為可再生資源制氫的海上風電制氫的快速發展幾乎是必然的。在這種形勢下,我國船舶工業進入海上風電制氫領域也將大有收獲。

為應對全球變暖危機,各國紛紛制定零碳路線圖,我國則提出在2060年實現碳中和目標,今年12月12日,我國更進一步宣布,力爭在2030年前二氧化碳排放達到峰值。這使得我國的碳排放控制分外緊迫,也意味著低碳、零碳能源將因此迎來高速發展期。這必將為我國海上風電制氫的發展提供十分有利的政策、產業和市場大環境。

與此同時,我國突飛猛進的海上風電產業為海上風電制氫奠定了堅實的產業鏈基礎。近10年,我國海上風電裝機容量翻了近40倍,產業規模呈現持續擴張態勢。就在今年的11月和12月,中國船舶集團有限公司就有兩個百億級海上風電項目分別開工、簽約,這些超大項目的實施將進一步擴大我國海上風電產業規模,也為海上風電制氫的規;峁┝丝赡。另外,根據相關測算,在海上電解制成氫氣輸送到陸地的氫氣成本,比海上風電的電能先傳輸到陸地然后再進行電解制氫的氫氣成本最多低8倍,因此,海上風電制氫還有望為海上風電進一步降低成本、進入平價上網時代提速。

以上種種因素似乎都顯示,海上風電制氫絕對算得是天時地利人和的新興產業。然而,對于意欲進入該領域的船舶企業來說,其中的風險也不得不防。最大的風險來自技術方面。首先,氫氣是易燃易爆氣體,如何實現安全運輸、儲存和使用目前還是難題,如果不能通過技術手段保障其安全性,那么,即使作為清潔的零碳能源,氫氣市場需求的增長與增長幅度也依然是一個問號。其次,海上風電制氫也存在技術難題,如海上風電的不穩定性還很難達到水電解制氫設備對電能質量的穩定性要求,并可能導致產品氫氣不純,帶來安全隱患;海上風電制氫相比化石燃料制氫缺乏經濟性,其商業化比較困難,而這從根本上來說依然是目前技術水平有限的問題。此外,船舶企業主要承擔的氫氣運輸船建造方面也有技術需要突破。氫氣運輸船的研制比天然氣運輸船更加困難,液化天然氣(LNG)需要在零下163攝氏度以下儲存,液化氫則需要在零下253攝氏度以下儲存,這在技術難度上遠不是一個量級;如果在船上采用高壓罐裝載氣體氫氣,要保障其安全性,難度更大。這些技術要實現突破,絕非一朝一夕之功,因此,海上風電制氫產業的投入產出周期存在較大的不確定性。相關船舶企業應充分認識其中風險,并做好預案。

當然,海上風電制氫等可再生資源制氫絕不是一個普通產業,而是關系國家能源安全與環保大計的戰略性產業,為此,我國船舶工業不僅應充分評估其中的機遇與挑戰,還應以舍我其誰的社會責任感及國家使命感,積極進行布局,為我國這一戰略性新興產業的發展作出應有的貢獻。

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