海洋風電產業瓶頸的正確打開方式—氫儲能

2018-01-25 11:03:53 中遠海運重工有限公司　點擊量：評論 (0)

人類200年工業化進程中，化石能源扮演了不可或缺的角色，但隨著消費總量的不斷提高儲量的日益減少，同時伴隨其日益嚴重的副產品負面效應也

人類200年工業化進程中，化石能源扮演了不可或缺的角色，但隨著消費總量的不斷提高儲量的日益減少，同時伴隨其日益嚴重的副產品負面效應也逐漸顯現，全球變暖和環境污染對能源的使用提出了新的要求，一種來源廣泛、清潔無污染、儲運方便、利用率高的物質氫逐漸成為能源圈的時尚話題。

一、化石能源落幕可再生能源興起

煤、石油、天然氣等化石能源是當今社會的能源消耗主體，隨著人類工業化進程加速，能源消費總量不斷提高，但總儲量卻不斷減少，開采難度逐步加大，隨著油氣勘探開發逐步向深海、極地等復雜地質地理條件地區轉移，生產邊際成本也快速增長。有研究認為，2020 年之前，全球石油產量將到達頂點，天然氣產量頂點也將在不久之后到達，以煤炭、石油天然氣為標志的化石能源時代終將過去。隨著工業文明下化石能源的副產品環境污染、氣候變暖、生態惡化對人類的生存與發展愈發構成嚴重威脅，人類越來越清晰意識到必須采用一種新的可持續的經濟發展模式才能確保一個更加美好的未來，人類需要尋找更加集約、更加持續、更符合自然和社會倫理的生產和生活方式。

目前傳統能源產業仍然是一股強大的力量，但化石燃料驅動的工業時代即將結束端倪已現，為糾正化石能源的巨大環境負外部性，很多國家和地區已經或考慮征收資源稅、碳稅、環保稅等。面對全球日益嚴峻的減排任務和化石能源的供應成本大幅上升，風電、太陽能、地熱、潮汐能、生物能等可再生能源的生態和環境效益漸趨明顯，同時伴隨其應用技術上的不斷成熟及逐步實現的大批量商業化開發，化石能源的落幕已進入不可逆轉的進程，可再生能源的開發和利用已進入快速上升通道。

二、可再生能源發展面臨的困局

可再生能源種類多、總量大、清潔零污染，有科學家指出，太陽光線一個小時的照射所產生的能量足以支撐全球經濟運行一年;斯坦福大學一項關于全球風能的研究統計，利用地球上現有風能的20%，所提供的電力將是當今世界所用電量的7倍之多;在美國，地表下兩英里內的地熱能源足以為全美國提供其所需要的能源長達3萬年之久等。目前，可再生能源在全球能源發展轉型的大背景下已迎來了發展機遇期，世界主要發達國家以及中國等新興經濟體已經全面推進可再生能源的開發和利用，在歐洲、美國，可再生能源投資已經超過化石能源投資，可再生能源的內部成本在逐步下降，開始表現出競爭力。

但眾所周知陽光不會一直明媚、風力不會一直充裕，可再生能源的間歇式、不穩定供應弱點成為可再生能源廣泛應用一大瓶頸，由于風能和太陽能的供應都具有間歇性，只能在部分時間發電，為了保持電力的持續供應，就需要配建傳統的火力發電廠，由此造成其運行負荷和效率普遍不高，發電不穩定的因素使得可再生能源替代傳統能源的效果大打折扣。

中國擁有世界上最豐富的風力資源，其中海上風能資源占3/4。雖然海上風電具有風速大、穩定性好、風機利用率高、單機裝機容量大、不占地、不擾民、靠近用電負荷等眾多優勢，具有更廣闊的開發前景，但與其他可再生能源相似，由于其分散性、波動性和間隙性特性，贏得了垃圾電的雅號(怎么都有一種鄙夷的味道)。我國僅2016年棄風電量就接近500億度。

政府職能部門也意識到現行政策的缺陷，按國家能源局可再生能源司相關人士的表述，即是鼓勵的方向是發電側，鼓勵大家拼命建，沒有企業或部門對消納負擔起義務。產業發展早期，消納空間充足，矛盾不明顯;現階段消納矛盾不容忽視。

三、未來能源生產和消費格局的變化

第一次工業革命和第二次工業革命形成的傳統、集中的經營生產活動，將被第三次工業革命的分散經營方式取代。因為經濟和社會變革總是來自于新能源與新通信方式的交匯，而建立在互聯網和新能源相結合基礎上的新經濟正撲面而來。

世界各國在石油、天然氣等能源體系建設以來，無不是需要巨額資本運作，在組織上也呈現出集中化、官僚化趨勢。嚴重依賴于原先通過集中規劃、巨資建設的舊日電網怎么會去消耗今日廣為分散的垃圾電?!

美國社會科學家吉里米˙里夫金《第三次工業革命》提出社會產消一體化的趨勢——即產消者的出現，闡述了近500年來，經貿的發展從封建時代的自給自足進步到生產與消費逐步分離，在生產力的驅動下至20世紀末全球洲際貿易達到了巔峰。天下大勢作于細，隨著新世紀可再生分布式能源、儲能技術和互聯網、物聯網、3D打印等技術驅動，將又逐步彌合這一種生產與消費的經貿距離。未來世界，風能、光能和海洋能等可再生能源的深度發展與可循環使用材料的廣泛利用將形成分散合作式的商業模式，大量的創客(社會企業家)引領后碳經濟時代。到那時，分布式的可再生能源采集和增材制造自然不再支持大范圍的能源原材料與制成品的遠距離貿易運輸。通俗一點說，就是進入更高文明和科技層次的自給自足。這必將帶來生產關系的巨大變革。

將來，如風能、太陽能、地熱和海洋能等分散資源被數百萬個不同的能源采集點收集起來，通過智能網絡整合、分配，最大限度地實現能源的有效利用并維持經濟的高效、可持續發展。可再生能源的這種分散式的本質更需要合作式的組織結構而不是層級結構。

我們應該清楚地認識到：這是一次思想的戰爭，政策的博弈;而不僅僅是技術或是管理問題。

四、風電消納技術難題的破解—氫

以產消一體這樣的高度審視和研究風電，特別是海洋風電的演進路線，就應意識到風電行業必須自省，在更大的能源格局上尋求突破。僅生產不消納，單純依賴接入國家電網不是一種正確的路徑。

要解決這個難題，適合分散式的電力儲存技術—氫儲能就成為目前最為有效的一項技術解決手段。

眾所周知，氫是地球上存量最豐富的元素，常見含氫物質是水，將氫作為能源發電后又復原為水，對環境沒有任何污染，被譽為零排放，是可持續性的清潔能源。且氫的用途非常廣泛，多個行業都有應用，利用可再生能源風電制取氫，必將成為解決可再生能源長期存儲介質的關鍵。氫儲能的基本原理就是將水電解得到氫氣和氧氣，風電場制氫儲能技術的核心思想是當風電充足但無法并網只能棄風時，利用風電將水電解制成氫氣(和氧氣)，將氫氣儲存運輸;當需要電能時，將儲存的氫氣通過燃燒發電或是氫燃料電池轉換為電能。

目前先進的電解氫技術裝備已支持各類不穩定電源(如風電)穩定的制備氫氣，并應于化工加氫工藝、氫燃料電池和氫氣發電等。