NREL：淺水區(qū)海上風能電解搭配地質儲氫效益最好

根據(jù)美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員的說法，利用海上風力渦輪機產生的電力分解水以生產清潔氫的一種途徑可能具有經濟意義，特別是在美國大西洋沿岸和墨西哥灣。

根據(jù)他們在最近發(fā)表的《美國大規(guī)模部署海上風能制氫系統(tǒng)的潛力》中的論述，在水不深、風力強的地區(qū)，經濟效益最好。

能否以接近美國能源部(DOE)低成本清潔氫目標的成本生產氫氣，在很大程度上取決于所使用的技術和生產地點。預計的政策激勵措施也可能發(fā)揮作用。由可再生能源驅動的電解槽產生所謂的清潔氫。通過“氫彈計劃”(Hydrogen Shot initiative)，美國能源部正致力于到2031年將清潔氫的成本降至每公斤1美元。與傳統(tǒng)的碳密集型制氫方法相比，達到每公斤2美元的價格可以使其在某些應用中具有成本競爭力。

NREL的混合系統(tǒng)研究工程師、這篇新論文的主要作者凱特琳·布尼克(Kaitlin Brunik)說：

“海上風能和清潔制氫都是快速發(fā)展的技術，結合起來有可能產生和儲存大量可再生能源，并使難以電氣化的部門脫碳。”

“對系統(tǒng)級和工廠級設計與優(yōu)化的持續(xù)投資和研究可以促進這些系統(tǒng)的進一步技術進步和成本降低。”

NREL的研究人員評估了兩種依賴海上風電的電解方案，并確定了四個具有代表性的風能-氫混合動力設施的沿海地區(qū)。根據(jù)研究地點的水深，研究人員考慮渦輪機是漂浮在海面上還是固定在海底。研究表明，到2030年，包括政策激勵和固定式海上風電與陸上電解在內的多種因素的結合，可能使氫氣的生產成本低于每公斤2美元。該分析不提供政策指導，而是使用在稅收抵免擬議法規(guī)發(fā)布之前做出的初步假設來代表政策。

在第一種情況下，海上風力發(fā)電廠發(fā)電，通過高壓電纜傳輸?shù)疥懮险军c。在那里，一個電解槽從淡水中產生氫氣。這代表了將海上風電與陸上電解相結合的傳統(tǒng)方法。

在第二種情況下，氫氣是在海上風力發(fā)電廠現(xiàn)場從淡化的海水中分離出來的，這需要更多的海洋基礎設施來容納額外的設備。氫氣隨后通過管道輸送到岸上儲存。研究人員指出，這種情況的技術可行性還不太確定。

布尼克說：“將電解槽移動到海上平臺進行大宗能源生產是一個新的挑戰(zhàn)。”

“為了充分利用海上風力發(fā)電場產生的電力來生產氫氣，需要大量的電解槽，以及用于水處理、氫氣儲存和運輸?shù)妮o助設備。海上可再生氫氣生產仍然是一個未知的領域，需要創(chuàng)新的配置，將所有必要的設備與一個GW級的風力發(fā)電場集成在一起。”

除了這些系統(tǒng)的技術設計之外，研究人員還考慮了海上風能制氫系統(tǒng)的最佳位置。他們著眼于墨西哥灣和紐約灣的較淺地點，在那里渦輪機可以固定在海底，風力資源豐富，并且靠近至少一個美國能源部的區(qū)域清潔氫中心，該中心將連接氫氣生產商和消費者。他們還考察了加利福尼亞北部海岸和緬因灣附近水域較深的地方，在那里渦輪機必須安裝在浮動平臺上。氫氣將被儲存在岸上的地下管道、巖洞或鹽穴中。

分析預測，由于風力發(fā)電量較高，紐約灣的氫氣平準化成本(LCOH)可能最低，其中包括整個風力系統(tǒng)、電力傳輸和氫氣系統(tǒng)。墨西哥灣的數(shù)據(jù)第二低。氫氣儲存地點的選擇會顯著影響成本，使用洞穴計算的LCOH會降低20%至30%。預計的政策激勵也是進一步降低成本的一個因素。這項研究顯示了大規(guī)模部署海上風能制氫的有希望的指標，隨著新的更好的技術在該領域的不斷發(fā)展，這將是一個持續(xù)受關注的領域。

美國能源部的風能技術辦公室和氫與燃料電池技術辦公室資助了這項研究。