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我國海上風(fēng)電無淡化海水原位直接制氫技術(shù)獲突破。

(相關(guān)資料圖)

▲圖為“東福一號(hào)”海上風(fēng)電無淡化海水原位直接電解制氫平臺(tái)。東方電氣/供圖

近日，我國海上風(fēng)電無淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)海上中試在福建興化灣海上風(fēng)電場(chǎng)獲得成功，驗(yàn)證了海上風(fēng)電無淡化直接制氫抗海洋環(huán)境干擾的可行性。

海洋是地球上最大的氫礦，向大海要水是未來氫能發(fā)展的重要方向，采用綠色電力電解水制氫是獲取零碳能源的重要途徑。當(dāng)前，我國海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅速，隨著海上風(fēng)電直接電解海水制氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，綠氫發(fā)展也將迎來更多可能。其中，海上綠氫如何送上岸，成為關(guān)鍵一環(huán)。

海水電解制氫獲突破

據(jù)記者了解，上述海上風(fēng)電無淡化海水原位直接電解制氫中試由深圳大學(xué)/四川大學(xué)謝和平院士團(tuán)隊(duì)與東方電氣集團(tuán)聯(lián)合開展，于今年5月中下旬在福建興化灣海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行，使用聯(lián)合研制的全球首套與可再生能源相結(jié)合的漂浮式海上制氫平臺(tái)“東福一號(hào)”，集成原位制氫、智慧能源轉(zhuǎn)換管理、安全檢測(cè)控制、裝卸升降等系統(tǒng)于一體，在經(jīng)受8級(jí)大風(fēng)、1米高海浪、暴雨等海洋環(huán)境的考驗(yàn)后，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過240小時(shí)。

中國工程院院士謝和平表示，海水無淡化原位直接電解制氫技術(shù)在原理上跳出了傳統(tǒng)化學(xué)的范疇，通過蒸汽壓差的物理力學(xué)驅(qū)動(dòng)，全部隔開海水中的90多種復(fù)雜元素及微生物對(duì)電解水制氫的影響，打破了世界上原本需要依靠純水制氫的傳統(tǒng)模式。通過取之不盡的海水資源直接制氫，并結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，未來將改變?nèi)蚰茉撮_發(fā)路徑。

國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，今年一季度，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)容量1040萬千瓦，其中陸上風(fēng)電989萬千瓦，海上風(fēng)電51萬千瓦。截至一季度末，全國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)3.76億千瓦，同比增長(zhǎng)11.8%，其中陸上風(fēng)電3.45億千瓦，海上風(fēng)電3089萬千瓦。

海上風(fēng)電廣闊的前景為海水制氫帶來巨大發(fā)展空間。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已出爐的沿海省（區(qū)、市）海上風(fēng)電近遠(yuǎn)景規(guī)劃已超150GW，其中“十四五”規(guī)劃近60GW。

從送電上岸到輸氫上岸

當(dāng)前海上風(fēng)電的主要利用方式是將獲得的電能通過海上電纜輸送上岸，再經(jīng)陸地電網(wǎng)輸送電能給用戶，或者在陸地工廠制氫后輸送給用戶。海上風(fēng)電直接電解海水制氫技術(shù)取得的新突破，為綠氫發(fā)展提供了新思路。

“目前看，歐洲在這方面有很多嘗試，海上綠電直接制氫，然后用管道把氫輸送到陸地使用。從國外實(shí)踐看，相比將電集中輸送到陸地再制氫，這種方式更加經(jīng)濟(jì)，總成本也更低。”原北京塑料集團(tuán)公司總工程師吳念告訴記者，“其中的關(guān)鍵是適用于海上輸氫的柔性增強(qiáng)塑料管道（FCP），這是非常特殊的產(chǎn)品，其復(fù)合有纖維增強(qiáng)層，可以兼具柔性和強(qiáng)度。”

值得注意的是，近年各國都在探索發(fā)展海上制氫新技術(shù)，以及海上制氫后用管道輸氫上岸的新系統(tǒng)。例如，國際著名工程咨詢公司AFRA最近發(fā)布了對(duì)德國在建風(fēng)電制氫工程AquaDuctus 采用“海上制氫—管道輸氫上岸”方案和采用“電纜輸電上岸再制氫”方案對(duì)比的分析論證，結(jié)論是前一種方案更快、更經(jīng)濟(jì)且風(fēng)險(xiǎn)更少，系統(tǒng)成本低60億歐元，生產(chǎn)氫氣成本低15%。

“可以肯定，海上制氫-管道輸氫上岸技術(shù)方案將成為今后氫經(jīng)濟(jì)的優(yōu)選，這就為輸氫管道開辟了一個(gè)巨大的新市場(chǎng)空間——海上輸氫管道。”原北京第二輕工業(yè)局總工程師張玉川指出，海上長(zhǎng)途高壓管道輸氫不可能采用難以制造成連續(xù)長(zhǎng)管又易腐蝕的鋼管，需要采用在海上油氣產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)發(fā)展成熟的FCP。所以，在海洋工程領(lǐng)域有影響力的挪威船級(jí)社近年已經(jīng)組織多國合作，共同探討制定輸氫高壓柔性增強(qiáng)塑料管FCP的技術(shù)規(guī)范。

海上管道具備應(yīng)用基礎(chǔ)

公開信息顯示，國際上早先耐高壓的柔性抗腐增強(qiáng)塑料管FCP專為海洋石油天然氣開采研制，而且為滿足油氣產(chǎn)業(yè)的多種要求發(fā)展了系統(tǒng)的專門技術(shù)，并積累了在海洋環(huán)境下安全輸送可燃性氣的經(jīng)驗(yàn)。

“現(xiàn)在，為了滿足將海上大量綠氫輸送上岸的需要，業(yè)內(nèi)開始將FCP技術(shù)應(yīng)用到海上長(zhǎng)途輸送氫領(lǐng)域。因?yàn)閲H上已有海洋油氣產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用FCP的經(jīng)驗(yàn)，海上輸氫管道所需耐高壓抗腐蝕的柔性復(fù)合連續(xù)長(zhǎng)管FCP也已在海上油氣產(chǎn)業(yè)中發(fā)展成熟。所以，基于海上輸送天然氣的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，海上輸氫產(chǎn)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)很快發(fā)展。”張玉川表示。

據(jù)張玉川介紹，國際領(lǐng)先的開發(fā)海上輸氫FCP企業(yè)荷蘭斯特羅姆(Strohm)就是原生產(chǎn)海上油氣產(chǎn)業(yè)用FCP的先驅(qū)者Airborne。

值得注意的是，我國在海上管道領(lǐng)域已有一定基礎(chǔ)。例如，從開發(fā)到生產(chǎn)大量油氣都要通過海中管道輸送，其中部分是金屬管，部分是柔性FCP。改革開放以來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，石油天然氣產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展帶動(dòng)了海中管道的更新升級(jí)。

“我國塑料管道業(yè)早有海上應(yīng)用，如有壓或無壓的輸水、輸氣和排水管道，但沒有海上高壓輸氫管道。”吳念表示，“海上輸氫管道發(fā)展還沒有引起我國管道業(yè)的足夠重視，也沒有制定相應(yīng)發(fā)展規(guī)劃，這與我國海上風(fēng)電迅猛發(fā)展對(duì)海上輸氫管道的巨大需求形成突出差距。建議國家出臺(tái)相關(guān)政策，加快推動(dòng)海上輸氫管道相關(guān)技術(shù)研發(fā)和規(guī)范建設(shè)。”