【摘 要】
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化石燃料的大量消耗,在短时间内极大地推动了全球经济和社会的发展,同时也使得能源短缺与环境问题之间的矛盾日益尖锐。从《巴黎协定》到我国“双碳”政策的提出,发展可再生能源成为解决能源与环境问题的必争之地。海上风电具有资源稳定丰富、不受土地限制等优势,是我国实现碳中和的重要方式。但除了向近海城市供电,海上风电向更远地区供电的需求、海上风电远海大规模发展的趋势对其远距离输电提出更高要求。研究海上风电的远距
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化石燃料的大量消耗,在短时间内极大地推动了全球经济和社会的发展,同时也使得能源短缺与环境问题之间的矛盾日益尖锐。从《巴黎协定》到我国“双碳”政策的提出,发展可再生能源成为解决能源与环境问题的必争之地。海上风电具有资源稳定丰富、不受土地限制等优势,是我国实现碳中和的重要方式。但除了向近海城市供电,海上风电向更远地区供电的需求、海上风电远海大规模发展的趋势对其远距离输电提出更高要求。研究海上风电的远距离运输,对保障我国可再生能源消纳、改善能源供给结构、实现清洁替代至关重要。为实现海上风电远距离输电,本文以福建省海上风电运输至上海为例,提出高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)海底电缆输电和液氢(Liquid Hydrogen,LH2)船运两种运输方式,分别分阶段建立HVDC运输链和LH2运输链模型,选取相应指标对运输链进行技术、经济和环境分析,并通过敏感性分析找出影响指标的重要因素,对我国海上风电远距离输电发展提供参考方向。具体研究工作和成果如下:(1)选取运输链效率作为技术指标、运输链度电成本作为经济指标、运输链度电碳足迹作为环境指标进行技术、经济和环境分析,选取敏感性分析作为运输链模型主要影响因素分析方法。选取福建省和上海市作为运输链起点和终点,建立海上风电远距离输电的HVDC运输链和LH2运输链计算模型。(2)HVDC运输链在技术、经济和环境方面的指标表现均优于LH2运输链。HVDC和LH2运输链效率分别为94%和25%,运输链度电成本分别为0.8元/k Wh和4元/k Wh,运输链度电碳足迹分别为32 g CO2e/k Wh和69~348 g CO2e/k Wh。LH2运输链中电-氢、氢-电两次能量转换导致的最终运输能量差异是主要原因。(3)运输距离变化对HVDC运输链的影响远大于LH2运输链。当运输距离0增至10000 km时,HVDC和LH2运输链效率分别下降约49%和8%,度电成本分别上升近580%和8%,度电碳足迹分别上升约370%和1%~6%。福建海上风电向我国沿海城市输电,HVDC运输链更适合;向较远其他国家输电(运输距离超过15550 km),LH2运输链更适合。(4)储能系统配置的增加,会导致运输链成本和排放的增加。当储能系统配比从0%增加至100%,HVDC和LH2运输链效率不变,但度电成本分别上升近88%和10%,度电碳足迹分别上升近48%和12%~60%。设计储能系统时,应在保证海上风电获得稳定电力输出的情况下,选择合适容量的储能系统。本文通过对海上风电远距离输电过程进行分阶段建模计算以及技术、经济、环境和影响因素分析,为我国大容量绿色电力跨海运输、海上风电长距离输送、跨海输电方式对比的发展提供参考,从而加速我国清洁低碳能源转型,推动我国区域乃至全球能源互联,助力我国实现碳达峰和碳中和目标。
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