海上风电制氢与电能直接外送差异综述

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22095

发电技术 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 869-879.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.22095

海上风电制氢与电能直接外送差异综述

董辉¹, 葛维春², 张诗钽¹, 刘闯¹, 楚帅³

^1.东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市 132012
^2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁省沈阳市 110006
^3.沈阳工业大学电气工程学院，辽宁省沈阳市 110870

收稿日期:2022-05-30 出版日期:2022-12-31 发布日期:2023-01-03
作者简介:董辉(1997)，男，硕士研究生，主要研究方向为清洁能源消纳技术，dee_277@163.com；
葛维春(1961)，男，博士，教授级高工，主要研究方向为清洁能源消纳技术和智能电网，本文通信作者，13804012589@126.com；
张诗钽(1998)，女，硕士研究生，主要研究方向为清洁能源消纳技术，523066549@qq.com；
刘闯(1985)，男，博士，教授，主要研究方向为清洁能源消纳技术，3472038848@qq.com；
楚帅(1993)，男，博士研究生，主要研究方向为清洁能源消纳技术和电力市场，534766248@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2019YFB1505400)

Summary of Differences Between Hydrogen Production From Offshore Wind Power and Direct Outward Transmission of Electric Energy

Hui DONG¹, Weichun GE², Shitan ZHANG¹, Chuang LIU¹, Shuai CHU³

^1.School of Electrical Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, Jilin Province, China
^2.State Grid Liaoning Electric Power Co. , Ltd. , Shenyang 110006, Liaoning Province, China
^3.School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, Liaoning Province, China

Received:2022-05-30 Published:2022-12-31 Online:2023-01-03
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2019YFB1505400)

摘要/Abstract

摘要：

为实现“双碳”目标，国家正大力发展风电等清洁能源，大规模海上风能开发是未来风电发展的重要方向。然而，电能输送与大容量海上风电并网成为制约海上风电快速发展的主要瓶颈问题。提出了一种利用氢能代替风电进行远海能量输送的策略，通过电解制氢技术将电能就地转化为氢能，建设输氢管道将氢气输送至陆地。介绍了传统输电方式与输氢方式的技术路线及应用现状；对比了输电方式与输氢方式在经济性与技术性方面的差异，相对于海上输电，管道输氢极大地降低了施工难度和建设成本；分析了海上风电进行电解制氢的3种应用前景，助力“双碳”目标早日实现。

关键词: 海上风电, 电能输送, 管道输氢, 电解制氢

Abstract:

In order to achieve the goals of the proposal of carbon peaking and carbon neutrality, the government is vigorously developing clean energy such as wind power. The large-capacity offshore wind power development is an important direction for the future development of wind power. However, the electrical energy transmission and grid connection of large-capacity offshore wind power has become the main bottleneck restricting the rapid development of offshore wind power. A strategy was proposed to use hydrogen energy instead of wind power for offshore energy transmission, where the electrical energy was converted into hydrogen energy on-site through electrolytic hydrogen production technology and the hydrogen transmission pipelines were constructed to transport hydrogen to land. The technical routes and application status of the traditional transmission method and hydrogen transmission method were introduced, respectively. Comparing the economic and technical differences between the power transmission method and the hydrogen transmission method, the pipeline hydrogen delivery greatly reduces the construction difficulty and construction cost compared with the offshore power transmission. Three application prospects of offshore wind power electrolysis for hydrogen production were analyzed to help achieve the carbon peaking and carbon neutrality goals as soon as possible.

Key words: offshore wind power, electrical energy transmission, pipeline hydrogen delivery, electrolytic hydrogen production

中图分类号:

TK 91

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图/表 8

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项目	能源输送形式
	电能输送方式			氢气输送方式
	高压交流输电	高压直流输电	柔性直流输电	高压气态输氢	低温液态输氢	管道输氢
主要设备	海上升压站、无功补偿设备、陆上变电站等	海上升压站、海上换流站、滤波装置、陆上换流站等	海上升压站、海上换流站、陆上换流站等	电解水设备、高压泵/氢气压缩机、储氢罐等	电解水设备、氢气液化机、储氢罐等	电解水设备、高压泵等
运输通路	交流海底电缆	直流海底电缆	直流海底电缆	轮船	轮船	输氢管道
能量运输成本	887万元/km	550万元/km	550万元/km	百千米2.02元/kg	百千米12.25元/kg	百千米0.3元/kg
维护情况	维护检修成本高，易造成生态破坏	年检修时间通常小于1%	年检修时间通常小于0.5%	需常检测储氢罐的密闭性	需保证储氢罐的保温箱	检修次数少，检修成本较高
海上平台规模	最小	最大	中等	小	小	小
典型输送容量	400 MW(220 kV)； 800 MW(400 kV)	>1 200 MW	350~1 000 MW	460 kg/次	170 t/次	11 t/h
典型输送距离	离岸100 km	>100 km	>100 km	<150 km	>500 km	>500 km
技术成熟度	高	高	较低	高	较低	低
工程应用情况	近海风电场	无示范工程	远海大功率风电场	中短距离运输	远距离运输，国外应用较多	远距离运输，国外应用较多

项目	能源输送形式
	电能输送方式			氢气输送方式
	高压交流输电	高压直流输电	柔性直流输电	高压气态输氢	低温液态输氢	管道输氢
主要设备	海上升压站、无功补偿设备、陆上变电站等	海上升压站、海上换流站、滤波装置、陆上换流站等	海上升压站、海上换流站、陆上换流站等	电解水设备、高压泵/氢气压缩机、储氢罐等	电解水设备、氢气液化机、储氢罐等	电解水设备、高压泵等
运输通路	交流海底电缆	直流海底电缆	直流海底电缆	轮船	轮船	输氢管道
能量运输成本	887万元/km	550万元/km	550万元/km	百千米2.02元/kg	百千米12.25元/kg	百千米0.3元/kg
维护情况	维护检修成本高，易造成生态破坏	年检修时间通常小于1%	年检修时间通常小于0.5%	需常检测储氢罐的密闭性	需保证储氢罐的保温箱	检修次数少，检修成本较高
海上平台规模	最小	最大	中等	小	小	小
典型输送容量	400 MW(220 kV)； 800 MW(400 kV)	>1 200 MW	350~1 000 MW	460 kg/次	170 t/次	11 t/h
典型输送距离	离岸100 km	>100 km	>100 km	<150 km	>500 km	>500 km
技术成熟度	高	高	较低	高	较低	低
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海上风电制氢与电能直接外送差异综述

Summary of Differences Between Hydrogen Production From Offshore Wind Power and Direct Outward Transmission of Electric Energy

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项目	高压交流输电	高压直流输电	柔性直流输电	3种输氢方式
主要设备成本	72	300	322	80
安装成本	38	77	77	28
总成本	110	377	399	108