2024电解槽在能源系统中的集成报告

执行摘要

氢能源在实现能源系统脱碳中占据重要地位。欧盟目标为2030年每年生产10万吨可再生能源氢，并进口10万吨，这需要超过100吉瓦时的电解器容量。全球范围内，到2030年需要700吉瓦时电解器容量以实现2050年净零排放目标。预计的20万吨可再生能源氢旨在取代化石燃料氢，促进氢作为工业和空间加热的能量载体，并允许其作为能量存储或燃料使用。生产10万吨氢将同时产生约200太瓦时的废热和80万吨氧气。

容量与成本

电解器容量对相关成本假设高度敏感。电池储能系统（BESS）比压缩氢储存系统（CHSS）更昂贵，但更灵活。将BESS整合到系统中可以增强电解器的满载小时数，从而降低电解器的容量和成本。

与行业整合

某些工业领域需要连续、不间断的氢气供应。从可变可再生能源生产氢气需要存储解决方案，如BESS和/或CHSS，以抵消电力供应的波动性。本文通过评估两个案例研究（欧洲海上风电和纳米比亚太阳能）探讨这一主题。使用DNV的Renewables.Architect软件进行模拟和优化，以提供关于连续氢气供应成本的见解。

案例研究

模拟结果表明，采用结合BESS和CHSS的设计方法能够获得最低的氢气平准化成本（LCOH）。最优设计中的BESS部分发挥了关键作用。确保工业持续、不间断地获得氢气供应会带来成本罚金，具体取决于可再生能源生产的变化模式。通过管道建立与中央氢气供应基础设施的连接，可以作为存储缓冲和主要来源，使集中式氢气供应具有经济吸引力。

氧气的利用

电解过程也产生氧气，纯度足够用于多种应用。到2030年，欧盟的氢气生产目标为10万吨，将提供约80万吨氧气，是2030年该地区估计的传统氧气需求量的两倍。然而，潜在的氧气销售收益过低，不足以断言氧气利用可以成为可再生能源氢气的推动者。

产热一体化

电解槽产生大量的热量。本文探讨了利用电解器产生的废热进行热电联产（CHH）的机会，包括与现有区域供热网络和工业蒸汽网络的结合。利用废热在技术上可行，并能提升系统效率和增加额外收入。

案例研究

案例研究结果表明，对于区域供暖而言，CHH的商业案例更为有利。工业案例受到高温水平和对高温电解器（固体氧化物电解器）的需求阻碍，后者的投资成本预计较高。长距离热能传输成本高昂，并导致显著的热能损失。氢气传输相对成本较低，因此将电解器定位在热需求附近并根据热需求而非氢气需求来调整电解器规模更为合理。

主要结论

将电解制氢整合到工业中并非易事。使用可再生能源电力，氢气供应将随电力供应波动，为确保连续供应，必须做出显著的投资以进行存储。利用BESS可以在减少可再生能源发电能力和电解器容量投资方面发挥关键作用。结合使用CHSS与BESS相比，其全生命周期平均氢成本（LCOH）较低。结果对电力生成、电池、电解器和压缩氢存储的相对成本敏感，因此，针对每个具体情况进行详尽评估，以确保最低成本下连续供应的最佳解决方案至关重要。

副产品利用

电解器产生的废热和氧气具有广泛的应用潜力。利用这些副产品可以降低LCOH，并确保电解器在能源系统中的可持续采纳。应提供激励措施来探索副产品的价值化解决方案，因为这对于实现欧盟的能效目标极为关键。