荷兰应用科学研究院可再生气体部总监René Peters:荷兰海上风电制氢经验和案例分享

能见App 2021年10月19日 3491

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在18日下午召开的国际风电市场发展动态及投资机会暨中国-东盟清洁能源能力建设计划年度活动宣介会上,荷兰应用科学研究院可再生气体部总监René Peters发表了《荷兰海上风电制氢经验和案例分享》的主题发言。

以下为发言全文:

René Peters:大家好,我是René Peters,今天我的演讲主题是海上风电制备绿氢,同时介绍在荷兰第一个试点项目,首先简要介绍一下TNO,它是荷兰国家应用科学院研究院,拥有近3000名员工,大部分来自学术研究领域,我在TNO已经工作22年,目前负责可再生气体以及气体技术研发工作,我也为荷兰经济事务与环境政策部提供政策咨询,同时也是荷兰油气级可再生能源上游供应商协会NIO理事会成员。TNO作为应用科学研究机构,只在知识企业在能源转型领域的创新,并为新技术实现商业转换,一方面我们接受委托研究,另一方面也为政府提供咨询支持。

北海一直是海域邻国以及北欧国家重要的能源来源,过去北海一直是油气开采的重点区域,如今北海已经逐步转型成为可再生能源重阵,特别是未来风能开发的阵地所在。荷兰位于北海南部东侧,西侧为英国,橙色色块就是现在已经在建或者规划建设的海上风电场,而TNO和行业都开始思考油气行业的这些机件包括管网、扩节气田、海上平台,是否可以为企业附近规划建设的风场提供设施优势。

目前TNO正与合作伙伴共同探索,已经明确了若干海上风电整合现有油气器件改革再利用的方式。在未来十年油气平台电气化将有效实现现有油气平台的减排脱碳,电气化不仅能够减少碳排,也可以减少甲烷、氮氧化物以及硫氧化物等环境污染五的排放。

在北海运用的第二大集约是碳排放与风存CCS,可将近岸工业排放的二氧化碳存储在北海海底开采完毕的天然气田或蓄水层里。挪威已经开始这方面的实践,但英国、荷兰、丹麦等北海沿岸的国家也开始计划大规模开展海底底下初探项目,要将二氧化碳放入地下储存空间也需要用到电力,海上风电场可为此提供电力。

我今天的主题,是氢能的转化,即将海上风电通过现有海上平台,通过海水电解生成氧气和氢气,实现海水电解制氢。如此一来,约有80%的可再生电能可以转化为氢能,氢能可以气态,经由管网输送上岸。再进一步并与陆上能源系统,我们正在开展技术及经济效益可行性研究,并且在荷兰启动了全球第一个海上风电制氢试点项目,根据这些规划,北海将由过去单纯的油气开采转化为复杂的海上风电、海上太阳能,荷兰目前正在研发海底底下储碳、电解制氢并通过管网运输上岸的一整套体系。未来,开采完毕的天然气田也可能计划用于氢气储存,因此,北海未来的规划将建成复杂的电力及气体能的储存包括天然气、电力、二氧化碳当然还有氢气,从而让北海复杂的能源架构得以建立。

具体来看海上风电制氢这种方法,如果海上风电离岸较远比如说在100公里甚至更远,通过高压直流电缆把它输送上岸,就会变的更有难度,而且能耗损失也会大幅的上升,那么这样直接在海上用风能制氢就成为具有吸引力的方案,也就是把制氢设施直接建设在海上,这样有几种方案可以选择,比如海上平台,便于在海上安装电解设施用于制氢,还有在风机内部直接发电制氢,这样的话制氢用电解槽可直接安装在海上风机的基础上,风机的主要作用就是发电制氢,通过平台把氢气经由管网输送上来,要满足产业的需求我们到底需要多大海上风电的产能呢?

就荷兰而言,目前用氢量为一兆吨,均由天然气生产,通过海上风电来满足这个需求,需要10GW的海上风电,才能产生1兆吨绿氢来替代现在的工业用灰氢。据预期,未来氢能需求将大幅增长,因为氢能未来还应用于交通重型运输、家庭供暖等等。与此同时,工业对氢能的需求会继续的上升,除此之外钢铁行业也需要大量的热能,未来可以通过氢气来冶炼钢铁。其一海上风电直接岸上制氢,这样的话海上仍要建设升压站,把风机电力升压以后以高压直流形式通过海底电缆送出,再通过岸上的电解设施,利用风电电解制氢,氢气可能需要加压把它注入荷兰,目前正在建设的国家氢气骨干管网,海上风电生产的电力可以通过氢气的形式,输送上岸,并入能源体系,这样海上风电不需要并电网,若要在海上进行风电直接制氢,所有风机之外的设施都要建设在海上平台之上,这样的话海上风电就直接转化为氢能,通过海底的输送管道,输送上岸,完备的天然气管网基建是欧洲的一大优势,未来十年天然气开采逐步停止之后,可以用于输氢气,海底管网直径可达1米,输送能力非常强,可以输送10-15GW所用的氢气。

介绍一下荷兰目前进行的可行性试点项目,这是全球第一个海上风电制氢的试点项目,在海牙斯海弗宁恩近海,平台采用的是之前建设的油气开采平台,目前这个平台仍然用于油气的开采,但平台能距离海上风电场比较近,平台把这个风电场获取绿色的风电,在平台上进行电解制氢,1GW的产能。氢气和正在开采的天然气进行混合,再和其他的平台P15D所产油的油气进行汇总,在P15D平台上把油气进行分离,把氢气与天然气输送到鹿特丹港。试点项目中,气体管网中的氢气比是1%,对天然气而言不会产生任何影响。目前我们正在生产电解槽,预计明年可以进行海装,希望2022年底可以开始投产制氢。那么将成为世界首个海上风电制氢的试点。

平台本身是非常典型的油气开采平台,人员从直升机登陆平台,电解用水较直接用淡化后的海水,我们采用反渗透法把海水转化为纯水,再把纯水电解为氢气和氧气,氧气直接释放掉,因为不蕴含任何能量,80%的电能会转化为氢气,氢气和天然气进行混合,输送上岸,这就是试点项目的技术解决方案,试点的目的是利用绿色电力制氢并非新概念、新技术。但我们希望进一步探究,如果在海上用氯点制氢会怎样,有海上经验的人都知道海上的工矿非常的复杂,成本很高,运维的需求也更高,为此我们希望和路上制氢相比,海上制氢的技术复杂度和成本都位于什么水平,这也是我们通过这个项目要解决的第一个挑战。

海上电解制氢设施的运作问题,如果直接接上海上风机产生的电力,由于风力不稳,风电的产出会有波动,那么直接接入电解槽对风电的动态特征会产生怎样的反映,效率会保持不变吗?能不能够自动的启停,制氢效率又受到什么样的影响,我们也想了解整个系统运作性能。除了电解槽,还有海水淡化反渗透处理设备,相关电力设备,这些设备都要高效的配合,实现良好的运作,最后我们想了解天然气混氢的可能性。在欧洲许多项目的准备把氢气和天然气混合运输,那么是运输纯氢还是和天然气混起来,如何来监测天然气的混合占比都是问题,我们要优化用户端的供给和使用,必须要提到一点就是安全的问题。

因为要保证海上电解设施能够在安全的情况下进行运作,平台本身罗列了一些数据,十年前是投产的一个平台,目前仍在开采油气。我们在这个平台上加装制氢的设备,人员可以登陆平台操作,但是平台也可以无人值守,它的海域海水较浅,安装基础平台和风机都是相对比较容易一些。这个平台已经实现了电器化的零排放,平台的技术规格也能接入海上风电厂的电力用来制氢。电解槽会安装在平台最上层,装机容量为1GW,安装在40尺的集装箱内,电解槽上方会安装另一个集装箱,用于容纳海水淡化设备和和电力装置。这些设备需要经过特殊的设计,因为海上的环境包括咸水和暴雨等等,能够实现长时间海上运作的技术要求,我们计划采用PEM电解槽和海上未来可用于海上光伏的波动进行自洽。电解槽于挪威的公司生产,装机容量是1GW,每小时用水300升,产氢能力达到每小时200标方,氢气的纯度极高,出口压力高达30,由于出口压力高,不需要进行二次加压进行输送,30标方的出口压力已经足以直接把氢气输送上岸,并入陆上的管网。

这只是试点项目只是第一步,未来海上电解制氢的规模必然要急剧的扩增,poshydon的项目计划在2022年安装电解槽,陆上对系统整合进行测试,包括不同装置部件的组合、通讯设置和安全。安装后,投产期限至少为一年到2023年,以后要考虑怎么扩大项目范围,迎合未来长期发展的实际需求,尽可能快的把海上风电做大做强,有效的输送氢气上岸。现在有很多合作方,我们希望能够涉及整个价值链,更全面的学习和实践海上的制氢技术。试验项目结束后,还需要朝着规模化的方向发展。我们需要实现100MW的电解制氢水平,当然最终在2030年实现GW级的电解装机容量,从现有的1MW逐步扩展到2030的GW起。部分欧洲国家已经宣布未来5年要实现100MW的海上电解制氢产能,生产出来的绿氢要到工业集群和市场进行消纳,将通过Gasunie目前正在建设的荷兰国家输氢骨干网络实现。

Gasunie是荷兰输气设施运营企业管理着庞大的天然气管网,目前荷兰已经逐步停止格罗宁根地区的天然气开采,部分天然气管网可以用于其他用途。为此一部分现有天然气管网会进行改建用于百分之百氢气的输配,它叫做荷兰氢气骨干运输网,这个管网也通过阿姆斯特丹和路鹿特丹港和海上的设施互联互通,未来还会直通格罗宁根岛,我们可以把海上风电转化为氢气,通过改建后的天然气管网进行输氢,与荷兰几大工业集群,实现互联互通和邻国的工业集群也相通,包括比利时、德国和对岸的英国,可以打造一个完整的全面的氢能的价值链,海上氯电制氢通过管网、运输、储存,也可以用地下岩穴进行大规模的储存平衡供需,输配至工业用户用绿氢来实现生产流程脱碳,构成西北欧的绿氢经济蓝图。

以上就是我介绍的内容,如果大家有问题随时联系我们,也欢迎大家登陆我们的网站。谢谢。

 

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)