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我國海上風電無淡化海水原位直接制氫技術獲突破。

▲圖為“東福一號”海上風電無淡化海水原位直接電解制氫平臺。東方電氣/供圖

(資料圖片)

近日，我國海上風電無淡化海水原位直接電解制氫技術海上中試在福建興化灣海上風電場獲得成功，驗證了海上風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。當前，我國海上風電技術發(fā)展迅速，隨著海上風電直接電解海水制氫技術實現(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，成為關鍵一環(huán)。

海水電解制氫獲突破

據(jù)記者了解，上述海上風電無淡化海水原位直接電解制氫中試由深圳大學/四川大學謝和平院士團隊與東方電氣集團聯(lián)合開展，于今年5月中下旬在福建興化灣海上風電場進行，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“東福一號”，集成原位制氫、智慧能源轉(zhuǎn)換管理、安全檢測控制、裝卸升降等系統(tǒng)于一體，在經(jīng)受8級大風、1米高海浪、暴雨等海洋環(huán)境的考驗后，連續(xù)穩(wěn)定運行超過240小時。

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在原理上跳出了傳統(tǒng)化學的范疇，通過蒸汽壓差的物理力學驅(qū)動，全部隔開海水中的90多種復雜元素及微生物對電解水制氫的影響，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)合海上風力發(fā)電技術，未來將改變?nèi)蚰茉撮_發(fā)路徑。

國家能源局數(shù)據(jù)顯示，今年一季度，全國風電新增并網(wǎng)容量1040萬千瓦，其中陸上風電989萬千瓦，海上風電51萬千瓦。截至一季度末，全國風電累計裝機達3.76億千瓦，同比增長11.8%，其中陸上風電3.45億千瓦，海上風電3089萬千瓦。

海上風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，目前已出爐的沿海省（區(qū)、市）海上風電近遠景規(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

當前海上風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。海上風電直接電解海水制氫技術取得的新突破，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，總成本也更低。”原北京塑料集團公司總工程師吳念告訴記者，“其中的關鍵是適用于海上輸氫的柔性增強塑料管道（FCP），這是非常特殊的產(chǎn)品，其復合有纖維增強層，可以兼具柔性和強度。”

值得注意的是，近年各國都在探索發(fā)展海上制氫新技術，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)布了對德國在建風電制氫工程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”方案對比的分析論證，結(jié)論是前一種方案更快、更經(jīng)濟且風險更少，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-管道輸氫上岸技術方案將成為今后氫經(jīng)濟的優(yōu)選，這就為輸氫管道開辟了一個巨大的新市場空間——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，海上長途高壓管道輸氫不可能采用難以制造成連續(xù)長管又易腐蝕的鋼管，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，在海洋工程領域有影響力的挪威船級社近年已經(jīng)組織多國合作，共同探討制定輸氫高壓柔性增強塑料管FCP的技術規(guī)范。

海上管道具備應用基礎

公開信息顯示，國際上早先耐高壓的柔性抗腐增強塑料管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，并積累了在海洋環(huán)境下安全輸送可燃性氣的經(jīng)驗。

“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技術應用到海上長途輸送氫領域。因為國際上已有海洋油氣產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和應用FCP的經(jīng)驗，海上輸氫管道所需耐高壓抗腐蝕的柔性復合連續(xù)長管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經(jīng)驗和基礎，海上輸氫產(chǎn)業(yè)可以實現(xiàn)很快發(fā)展。”張玉川表示。

據(jù)張玉川介紹，國際領先的開發(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，我國在海上管道領域已有一定基礎。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)濟發(fā)展突飛猛進，石油天然氣產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展帶動了海中管道的更新升級。

“我國塑料管道業(yè)早有海上應用，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，也沒有制定相應發(fā)展規(guī)劃，這與我國海上風電迅猛發(fā)展對海上輸氫管道的巨大需求形成突出差距。建議國家出臺相關政策，加快推動海上輸氫管道相關技術研發(fā)和規(guī)范建設。”