政策先行,从中央到地方,海上风电制氢迎来了新的利好。
10月18日,国家能源局发布了《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》(下称“通知”),通知在开发建设类包括海上能源岛示范中明确提到,支持结合海上风电开发建设,融合区域储能、制氢、海水淡化、海洋养殖等发展需求,建设包括但不限于海上风电、海上光伏、海洋能、制氢(氨、甲醇)、储能等多种能源资源转换利用一体化设施。
为加快海上风电制氢的示范落地,一些地方政府也出台了相关政策。上海市人民政府前不久印发了《上海市进一步推进新型基础设施建设行动方案(2023-2026年)》,该方案明确提出,结合本市海上风电规划布局和区域用氢需求,择优支持具备绿氢制备能力的海上风电项目开展示范,试点高波动电力出力条件下的绿氢制备技术,率先形成氢电耦合调峰等标准。
从国家能源部到地方政府退出的相关政策可以看出,海水风电制氢已经开始逐渐得到重视,正在迈出商业化示范应用探索的步伐。
海上风电制氢项目连续获得新突破
今年以来,来自全球高校的科研团队和少数先锋企业先后在海上风电制氢方面实现突破,国内外企业正在积极推进海水制氢产业化发展,多个海上风电制氢项目陆续启动。
10月3日,由江苏龙源振华海洋工程有限公司负责承接的又一项目——明阳青洲四海上风电场圆满完成,标志着国内首个“海上风电+海洋牧场+海水制氢”融合项目的关键节点取得重大胜利。该项目建成投产后,每年可提供清洁能源发电量约18.3亿kWh,在火电机组同等条件下能够节约57万吨标准煤,减排二氧化碳140万吨,减排二氧化硫1.1万吨。
6月2日,经中国工程院专家组现场考察后确认,由东方电气集团与深圳大学/四川大学谢和平院士团队联合开展的全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试在福建兴化湾海上风电场获得成功。
1月28日,大连市普兰店区海水制氢产业一体化示范项目正式开工。该项目建成后将形成年发电量1.37亿千瓦时和年产2000吨的新能源绿氢产能,并在未来三年计划累计投资约30亿元,逐步形成500兆瓦新能源发电、10000吨绿氢的产业规模。
除了国内海水制氢项目上进展较快,国外在海水制氢方面也是好消息频传。
7月20日,韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)宣布,其研发的海上制氢平台已经获得美国船级社(ABS)的原则性批准(AiP)。该平台是一座可以利用海洋可再生能源发电以生产绿色氢气的环保型平台。该平台由海水淡化系统、水电解系统、压缩系统以及加压储氢系统组成。
6月中旬,法国Lhyfe公司宣布其首个海上氢生产试点项目Sealhyfe投产,成功在大西洋生产出第一公斤绿氢。Sealhyfe 项目采用Plug提供的EX-425D型号PEM电解槽,电力来自浮动风力涡轮机提供的海上风电。
海上风电制氢的核心在于突破海水制氢
海上风电制氢的兴起主要是源于其可以解决深远海可再生电力消纳问题,利用可再生电力就地制氢、制绿氨,或许会成为未来深远海可再生能源的主要应用方式。
海上风电制氢分解开来看,主要分为两个部分,其一是,海上风力发电,其二是利用海上风力发电来电解水制出氢气。现阶段,海上风电制氢的难点主要在于海水制氢环节,如何有效利用海水来制氢是制约整个海上风力制氢的关键所在。
从技术路线来看,海水制氢可分为海水直接制氢和海水间接制氢两种不同的路径。从目前国内外海水制氢示范项目来看,业内已经逐渐由原来的采用将海水淡化电解制氢的间接制氢路线,向海水直接制氢深处探索。
当然,直接海水制氢还面临诸多的技术难题,例如海水电解制氢除高能耗外,更面临海水复杂化学环境带来的额外巨大挑战,要想将其推向规模化商用,还有较远一段路要走。
具体来看,海水制氢主要面临着三大关键性挑战:
其一,海水对电解槽的腐蚀。海水的成分复杂,如溶解的离子、细菌、杂质等,会对电解槽部件产生腐蚀;其二,海水中杂质会导致催化剂失活。杂质会在离子交换膜和催化剂表面的沉积黏附,导致离子通道以及催化活性位点的堵塞,使得催化剂快速失活;其三,海水电解效率低。海水中的氢离子以及氢氧根离子浓度很低,在电解过程中其传质速率缓慢,使得电解效率较低。
如何克服这些挑战?业内已有科研团队提出了解决方案并对其进行了验证。
例如,中国工程院院士谢和平及其科研团队从物理力学与电化学相结合的全新思路,创造性地开创的“全新原理实现海水直接电解制氢”研究成果入选科技部“2022年度中国科学十大进展”。该技术在隔绝海水离子同时能实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢。其实验团队已经在深圳湾海水中连续运行超3200小时,从海水中实现了稳定和规模化制氢过程。
大连化物所的王二东研究员团队则是在先后攻克催化剂、电极反应过程、电极设计、电解液调节等系列关键科学技术问题之后,设计集成的1Nm3/h直接电解海水制氢装置,采用大连海域自然海水为原料水,已完成2000小时连续稳定运行。
总体上看,海上风电制氢的核心技术屏障已经基本攻克,接下来需要考虑的是如何提升这项技术可靠性和稳定性,并降低其规模化生产的成本。随着国家政策的加持,越来越多的企业也会加入进来,海上风电制氢制氢规模化商用的局面终将到来。