中國儲能網(wǎng)訊：全球首臺套兆瓦級電解海水制氫裝置試運行成功、我國首個工廠化海水制氫科研項目建成、中廣核可再生能源孤網(wǎng)海水直接制氫系統(tǒng)海上試驗正式啟動……歲末年初，氫能行業(yè)捷報頻傳，且它們有一個共同點——聚焦海洋氫能。
海洋氫能的開發(fā)與應用，是解決海上可再生能源消納、實現(xiàn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備自主可控的重要戰(zhàn)略選擇，將助力我國產(chǎn)業(yè)升級，催生新的經(jīng)濟增長點，推動海洋經(jīng)濟與綠色經(jīng)濟共同發(fā)展。
油企綠色低碳轉(zhuǎn)型重要載體
中國海油是我國最大的海上油氣生產(chǎn)商，本就因海而生，其發(fā)展海洋氫能具備得天獨厚的優(yōu)勢。
2024年12月20日，記者從中海油能源發(fā)展股份有限公司獲悉，截至當日，全球首臺套兆瓦級電解海水制氫裝置在該公司兆瓦級電解海水制氫示范中試基地實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行，標志著中國海油直接電解海水制氫技術(shù)取得重要突破。
據(jù)了解，該裝置采用適應海上可再生能源特點以及海水環(huán)境的技術(shù)所打造，額定產(chǎn)氫量為200標準立方米/小時，可用于大規(guī)模產(chǎn)氫，制取氫氣純度可達99.999%，能夠滿足燃料電池、電子工業(yè)等應用場景對高純度氫氣的需求。經(jīng)中國可再生能源學會組織專家鑒定，該裝置整體技術(shù)達到國際領先水平。
相比于傳統(tǒng)的淡水制氫，海水制氫具有資源豐富的突出優(yōu)勢。但是，海水成分復雜，直接電解易產(chǎn)生催化電極壽命短、電解副反應激烈等問題。中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司風電首席工程師李志川說，該裝置通過技術(shù)攻關(guān)，大幅降低了對原料水質(zhì)的要求，讓海水無須經(jīng)過淡化處理即可進入電解系統(tǒng)，實現(xiàn)了電解海水制氫的低成本化和穩(wěn)定長期運行，為我國海上可再生能源利用提供了新路徑。
再將目光投向志在打造中國第一氫能公司的中國石化。
2024年12月18日，記者從中國石化新聞辦獲悉，我國首個工廠化海水制氫科研項目在中國石化青島煉化建成。據(jù)悉，該項目利用青島煉化水上光伏電站生產(chǎn)的部分綠電，通過電解槽將海水分解為氫氣和氧氣，所產(chǎn)氫氣并入青島煉化管網(wǎng)，用于煉化生產(chǎn)或氫能車輛加注，生產(chǎn)過程完全在工廠內(nèi)進行。
面對海水中約3%的鹽含量以及雜質(zhì)中的氯離子會對電解設備電極造成腐蝕，陽離子的沉積可能堵塞設備孔道、降低電解效率甚至損壞設備等挑戰(zhàn)，中國石化青島煉化和大連石油化工研究院聯(lián)合攻關(guān)，通過研發(fā)特制的關(guān)鍵設備和特殊工藝流程，成功攻克了耐氯電極技術(shù)、高性能極板設計以及海水循環(huán)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)難題，實現(xiàn)了科研開發(fā)與應用場景的高度耦合互聯(lián)。
此外，中國石化大力推進氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)研發(fā)應用。搭建關(guān)鍵共性技術(shù)平臺，積極推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，成功投用兆瓦級質(zhì)子交換膜電解水制氫裝置，在國內(nèi)率先實現(xiàn)百千瓦級固體氧化物電解水制氫項目開車，突破燃料電池鉑基催化劑公斤級工業(yè)生產(chǎn)。圍繞綠氫煉化、氫能交通加強產(chǎn)業(yè)布局，成功投產(chǎn)我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目，建成136座加氫站和11個氫燃料電池供氫中心，由烏蘭察布到京津冀地區(qū)的“西氫東送”輸氫管道被納入國家規(guī)劃，打通滬嘉甬、濟青、成渝萬等5條氫走廊，2023年加氫站氫氣加注量占全國的40%左右。
由此不難窺見，“雙碳”背景下，石油企業(yè)已將氫能視作綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。
助力深遠?？稍偕茉撮_發(fā)
作為創(chuàng)新聯(lián)合體的牽頭單位之一，國家能源集團也在身體力行地引領創(chuàng)新。
為加快培育海洋氫能新質(zhì)生產(chǎn)力，2024年4月12日，國家能源集團國華投資公司（氫能公司）與中集來福士集團合作的“海洋氫能制—儲—輸—用全鏈條關(guān)鍵技術(shù)研究及示范驗證”項目在中集海洋工程研究院舉行簽約儀式，推進清潔能源技術(shù)創(chuàng)新，探索海上能源解決方案，開啟氫能向深遠海進軍的新征程。
據(jù)悉，該項目以“四個首個”突破海洋氫能關(guān)鍵技術(shù)——創(chuàng)新運用國內(nèi)首個面向海洋環(huán)境的高效、緊湊型電解制氫系統(tǒng)裝備，擁有國內(nèi)首個海上新能源氫能制、儲、用工藝集成技術(shù)，以及國內(nèi)首個海上氫能制、儲、用全鏈條數(shù)字化智能化控制技術(shù)，將打造成為國內(nèi)首個海洋氫基化工業(yè)務平臺，為后續(xù)深遠海風光資源的規(guī)?；_發(fā)提供技術(shù)和裝備支撐。
可以預見的是，該示范項目通過海上綠氫制備耦合下游氫基化工的全鏈條一體化工藝流程，將為我國未來開發(fā)海上綜合綠色能源、深遠海風光電力消納提供可借鑒的解決方案，為建立“海上能源樞紐”、形成“海上氫經(jīng)濟”“海上氫貿(mào)易”積累探索經(jīng)驗。
相關(guān)的探索也在中廣核展開。2024年12月23日，中廣核可再生能源孤網(wǎng)海水直接制氫系統(tǒng)（以下簡稱“中廣核制氫系統(tǒng)”）海上試驗樣機在中廣核汕尾海上綜合實驗平臺（以下簡稱“汕尾實驗平臺”）完成安裝，正式啟動海上試驗，標志著汕尾實驗平臺科研功能正式啟用。
“中廣核制氫系統(tǒng)利用汕尾實驗平臺的配套電源，在平臺上直接使用海水制氫，可發(fā)揮我國沿海地區(qū)可再生能源發(fā)電與氫基能源轉(zhuǎn)化的配合優(yōu)勢，后續(xù)將規(guī)劃利用儲氫、合成甲醇、合成氨等多種手段為可再生能源綜合利用開辟新賽道?！敝袕V核海上技術(shù)研究中心主任馮茹鳴表示。
海上綜合能源島建設被中國科協(xié)列為2024年十大工程技術(shù)難題之一，海水制氫、海上氫儲運等技術(shù)裝備待研發(fā)突破，急需加快研究形成一批支撐能源島建設的關(guān)鍵核心技術(shù)。中廣核已于2024年11月22日正式發(fā)布《廣東省海上綜合能源島產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新平臺建設實施方案》，標志著國內(nèi)首個海上綜合能源島創(chuàng)新平臺啟動，為深遠?？稍偕茉撮_發(fā)打造成套解決方案。
中廣核新能源廣東公司黨委書記、總經(jīng)理潘天國表示，中廣核制氫系統(tǒng)海上試驗啟動后，汕尾實驗平臺已構(gòu)成具備源、網(wǎng)、荷、儲各項要素的海上綜合能源島雛形，可開展深遠海綜合能源島多模式發(fā)電、微電網(wǎng)構(gòu)建與協(xié)調(diào)、多能源轉(zhuǎn)換等多種關(guān)鍵技術(shù)的試驗與驗證，為我國深遠?？稍偕茉撮_發(fā)提供技術(shù)支撐。
多方合作促進科技成果轉(zhuǎn)化
記者注意到，中國海油和中廣核在海洋氫能方面取得的相關(guān)進展，均與深圳清華大學研究院有著千絲萬縷的聯(lián)系。
中廣核制氫系統(tǒng)由中廣核與深圳清華大學研究院聯(lián)合研發(fā)，以汕尾實驗平臺配套建設的風電、光伏發(fā)電作為電源進行海水制氫。
李志川也提及，為應對未來海上風電大規(guī)模發(fā)展后可能產(chǎn)生的消納及運輸問題，中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司依托自身產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，大力推動戰(zhàn)略性、原創(chuàng)性科技攻關(guān)，聯(lián)合深圳清華大學研究院共同研發(fā)制造了全球首臺套兆瓦級電解海水制氫裝置。
電解水制氫作為綠氫制備的主流手段，成本主要涉及電、水和制氫裝備。深圳清華大學研究院海洋氫能研發(fā)中心常務副主任鄺允認為，當前，行業(yè)普遍將注意力集中在電價和電解槽成本上，水的來源問題卻常常被忽略。實際上，如果沒有穩(wěn)定的水供應，制氫規(guī)?；a(chǎn)將難以持續(xù)進行。
“目前電解水制取1公斤氫氣需要消耗9公斤水，如果加上輔助設施（如水純化裝備、冷卻裝備等）用水，制取1公斤氫氣的用水量甚至達到20公斤至30公斤。按照年綠氫供給量1億噸計算，對應的耗水量約為20億至30億噸。”鄺允介紹，“現(xiàn)階段，綠氫的發(fā)展空間與可持續(xù)能源的價格直接掛鉤，因此在富集可持續(xù)能源地區(qū)建立大規(guī)模產(chǎn)氫站是一種理想的低成本制備綠氫途徑。而我國可再生能源（太陽能、風能等）主要分布在西北和海上，淡水資源匱乏，如果采用成熟的淡水純化再電解制氫的技術(shù)路線，水資源的大規(guī)模消耗將成為制約綠氫大規(guī)模發(fā)展的重要瓶頸。”
我國沿海地區(qū)和海域具有較為豐富的風能、太陽能和海水資源，具有綠電生產(chǎn)綠氫的資源優(yōu)勢。利用海水直接電解制氫，可將不穩(wěn)定且較難儲存的綠電資源就地轉(zhuǎn)化為相對容易儲存和消納的綠氫資源，而且還能節(jié)省寶貴的淡水資源，為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展開辟新途徑。
鄺允指出，中國西北地區(qū)擁有豐富的鹽湖及鹽堿水資源，未來可再生能源開發(fā)重點也會向海洋拓展，在這些無淡水或淡水供應緊張的地方，可以通過使用非飲用水，如鹽堿水、海水來制氫，以突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。
在李志川看來，未來直接電解海水制氫技術(shù)將與海上風電等可再生能源發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)深遠?？稍偕娏Φ木偷叵{，大幅降低電力傳輸和制氫成本，形成以綠氫為核心的海上可再生能源綜合利用新模式。
不容忽視的是，海洋氫能的發(fā)展還將“反哺”陸地。鄺允認為，海水制氫技術(shù)也可拓展礦井水、油氣田采出水、工業(yè)及城市中水等含鹽水制氫領域，解決大規(guī)模制氫水源限制的問題，為全球氫能規(guī)模化應用提供支持。
