海上風電+制氫，Gigastack項目進展如何？

編譯 | 孫一琳

2月18日，Gigastack氫 能 項目獲得來自英國政府的750萬英鎊財政補貼。該項目是英國旨在減少工業和家庭碳排放的9000萬英鎊一攬子激勵計劃中的一部分，一同獲得補貼的4個低碳制氫示范項目還有 Dolphyn、HyNet―low carbon hydrogen plant、Acorn Hydrogen Project、Bulk Hydrogen Production by Sorbent Enhanced Steam Reforming，而Gigastack項目拿到了最多的補貼。

2019年9月，由ITM Power牽頭，?rsted和 Element Energy參與，三家企業組成聯合體，致力于通過水電解制氫的規模化應用降低其成本，從而提高該技術商業化應用的可能性。三家企業可謂強強聯合。ITM Power是一家在英國注冊的AIM（由倫敦證券交易所于1995年6月19日建立的專門為小規模、新成立和成長型的公司服務的市場）上市公司，從以親水離子聚合物為主營業務的企業成長為氫能系統開發商和供應商，17年間在氫能技術研發方面積攢了豐富經驗。?rsted作為全球海上風電開發的龍頭企業，多年來聚焦于海上風電多元化發展，迄今為止在英國至少投入80億英鎊用于海上風電的開發及相關研發。Element Energy是一家低碳、可持續發展咨詢和工程公司，可為建筑、交通和電力行業的客戶提供計算建模、軟件開發和工程咨詢等方面的服務。自2003年成立以來，該公司始終從事氫能相關技術的研發。

項目目標

氫氣制取主要分為三種途徑，以焦爐煤氣、氯堿尾氣為代表的工業副產氣制取的“灰色氫氣”；由煤或天然氣等化石燃料制得，并對二氧化碳副產品進行處理，從而實現碳中和的“藍色氫氣”；通過使用可再生能源發電或核電產生的“綠色氫氣”。

能夠實現零碳排放的制氫技術路線非常有限，“綠色氫氣”是最佳選擇，但是居高不下的成本嚴重制約其發展。成本高企的第一個因素是可再生電力的價格。電解成本是第二個因素。目前，全球電解能力不足。ITM Power公司在Gigastack項目中推出了其創新氫燃料電池堆的設計—利用5MW電池堆使100MW電解槽系統的開發成為可能。由于該公司在謝菲爾德的貝西默公園（Bessemer Park）新建了千兆級別的工廠，這些電池堆將從成本削減中受益。根據大數據分析的結果來看，該工廠氫燃料電池堆的產能將從2023年的每年60個，即300MW，發展到21世紀20年代中期的每年200個，即1GW，實現批量生產，用規模化應用倒逼成本下降。

除了上述兩個因素，Gigastack氫能項目攻克的重點—電輸入成本過高也是制約因素之一。Element Energy和?rsted公司調整了電解槽的放置位置，預設多種不同方案，利用電解槽―風電場的配置降低輸電成本。

現階段，并網電解槽中獲得“綠色氫氣”的成本超過8英鎊/千克。創新后的方案無需完全承擔電網費用。通過進一步的監管干預、商業模式優化、電解槽產量的增加，可行性研究的結果顯示，“綠色氫氣”的成本有望下降50%。

方案分析

項目預設了四種方案，據此分析電解槽―風電場配置的實用性。

方案1：電解槽遍布英國全國，以形成一個連接到英國電網的高壓電網。為了確保生產的氫能具有綠色、低碳屬性，電解槽所用電力由風電場供應。

方案2：電解槽位于風電場與電網之間的電表上游。電解槽可以通過這種方式從風電場的專用電表上獲取電力，以及通過預先安裝的電表從電網獲取電力。該方案會將對輸電網的影響降至最低，包括從輸電和配電兩個方面降低電網費用和電價。

表1 不同技術條件下方案1、方案2和方案3的制氫成本

方案3：電解槽由風電場負責建造，并直接耦合（即電解槽和風電場同時建造）。如此，和市場價格相比，電解槽能夠直接以成本價格獲得電力。

方案4：電解槽建在近海，靠近風電機組（在風電機組內部或浮動平臺上）。通過這種方式，可用成本較低的輸電方式替代海上電纜。電解槽能夠以風電場發電成本價獲得電力。

方案3和方案4的重點是利用新建的風電場來建造電解槽。其中，方案4創新地將電解槽建立在近海，用管道將氫能輸送到岸上。由于這兩種情況下電價與風電場的成本持平，因此，氫能成本的下降取決于海上風電場的發電成本。

由前述三家企業組成的聯合體認為，目前，方案4的研發成本不確定性因素較多，難以提供可靠的數據，因此，短期內的重點需要放在方案1至方案3上。表1為當下最先進的氫燃料電池堆技術和Gigastack項目采用的電池堆技術在方案1至方案3中生產“綠色氫氣”的成本對比。

此外，供應不同行業的氫能成本也會存在差異，需要對每個行業（工業、運輸和供熱等）的業務案例進行評估。氫能的全面商業化仍需各行業的進一步支持。

下一步

該研究將進一步在規劃高達100MW規模的實施方案時提出商業、技術和規則優化方面的內容。在工廠方面，ITM Power公司將展開機器的測試。這項工作包括建設實驗室、安裝和調試制造設備所需的高吞吐量和測試線以及制造基地設施本身的演示，形成全流程的文件和手冊，最終將制造成熟度提高到6～7級。

項目已經確定Phillips 66公司為新的商業合作伙伴。根據英國《可再生運輸燃料義務》（RTFO）要求，煉油廠需要使用可再生能源制氫來滿足其可再生燃料需求，這一政策要求推動了此次合作。同時，該公司擁有的煉油廠靠近?rsted的Hornsea海上風電場變電站，這個特殊的地理位置使其成為測試電解槽―風電場耦合方案，以及在現有商業案例下將“綠色氫氣”批量銷售的理想場地。此外，大兆瓦裝置和項目所涉及的工程費用需要承購人承擔，Phillips 66公司扮演了這個角色。

未來，在一系列低碳制氫計劃的帶動下，英國有機會成為氫能技術創新中心。“綠色氫氣”將是英國未來能源系統的一個重要組成部分，在實現零碳排放目標以及助力許多行業脫碳方面大有所為。這一領域的發展也會帶來顯著的經濟效益。“綠色氫氣”的增加將帶動整個氫供應鏈的增長和投資。據預測，氫能將在歐洲帶動520億歐元的投資，并提供超過85萬個工作崗位。

（編譯自Element Energy公司發布的項目方案）