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直接電解海水制綠氫 新裝置實(shí)現(xiàn)深遠(yuǎn)海電力高效輸送

   2025-02-27 科技日?qǐng)?bào)

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核心提示:近日,全球首臺(tái)套兆瓦級(jí)電解海水制氫撬裝裝置在珠海試運(yùn)行成功。該裝置由中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司(以下簡稱海

近日,全球首臺(tái)套兆瓦級(jí)電解海水制氫撬裝裝置在珠海試運(yùn)行成功。該裝置由中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司(以下簡稱“海油發(fā)展清潔能源公司”)設(shè)計(jì)研制,其試運(yùn)行成功標(biāo)志著中國海油在加快培育發(fā)展海洋能源新質(zhì)生產(chǎn)力,推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型方面取得新進(jìn)展。

“該裝置克服了電解海水過程中雜質(zhì)多、鹽度高、腐蝕強(qiáng)等問題,成功將單機(jī)功率提升至1兆瓦,為海水制氫的規(guī)模化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。”海水制氫項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、海油發(fā)展清潔能源公司風(fēng)電首席工程師李志川說。

相較于高度依賴稀缺清潔淡水資源的傳統(tǒng)電解水制氫方式,海水制氫資源豐富、前景廣闊。但海水成分復(fù)雜,這對(duì)電解技術(shù)工藝和裝備設(shè)計(jì)提出了更高要求。為了將海水轉(zhuǎn)化為澎湃綠能,中國海油團(tuán)隊(duì)錨定目標(biāo)、摸索前進(jìn),加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),歷經(jīng)30個(gè)月,成功推出這一具有示范意義的綠色項(xiàng)目。

無須淡化海水直接電解

海洋面積占地球表面積的71%,據(jù)粗略估算,1噸海水可通過電解海水制氫撬裝裝置產(chǎn)生氫氣660標(biāo)準(zhǔn)立方米左右。直接電解海水技術(shù)能真正讓取之不盡的海水資源變成用之不竭的綠色能源。

“海水電解效率低,海水中的鹽以及雜質(zhì)中的氯離子會(huì)對(duì)電解設(shè)備電極造成腐蝕,其他雜質(zhì)的沉積則可能堵塞設(shè)備孔道,影響電解效率甚至損壞設(shè)備。”海油發(fā)展清潔能源公司工藝工程師李子航在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。

為了克服上述難題,應(yīng)對(duì)催化電極壽命短、海水電解副反應(yīng)競爭激烈等問題,海油發(fā)展清潔能源公司設(shè)計(jì)研制了這套直接電解海水制氫裝置,解決了傳統(tǒng)電解水制氫裝置對(duì)于原料水質(zhì)要求苛刻的問題,并利用高效催化材料和抗腐蝕設(shè)計(jì),解決高鹽工況下的電極腐蝕問題。

該裝置無須對(duì)海水進(jìn)行淡化處理即可進(jìn)入電解,有效降低了制氫成本。其額定產(chǎn)氫量達(dá)到每小時(shí)200標(biāo)準(zhǔn)立方米,可用于大規(guī)模產(chǎn)氫場景,制氫純度達(dá)到99.999%,滿足燃料電池、電子工業(yè)等應(yīng)用場景對(duì)高純度氫氣的需求。

模塊化設(shè)計(jì)保證高效運(yùn)行

“一般來說,海上作業(yè)空間非常有限,要求制氫效率高,設(shè)備需運(yùn)行穩(wěn)定,檢維修方便。這給裝置的設(shè)計(jì)提出很高的要求。”李子航說。

為此,海油發(fā)展清潔能源公司設(shè)計(jì)了高度集成、模塊化一體式撬裝電解海水制氫設(shè)備。研究人員將海水制氫系統(tǒng)核心設(shè)備按照功能劃分為電源、控制、電解槽、分離、純化5個(gè)功能模塊。每個(gè)功能模塊進(jìn)行撬裝化并集成至對(duì)應(yīng)的集裝箱內(nèi)進(jìn)行封裝。集裝箱之間由卡槽拼接,管路由法蘭連接,形成一體式撬裝空間,整體設(shè)備易于拆裝,核心模塊總占地90平方米,極大地縮小了設(shè)備占地面積。

“經(jīng)過合理設(shè)計(jì),整個(gè)海水制氫系統(tǒng)被劃分為5個(gè)體積基本相同的集裝箱單元,裝配和運(yùn)輸都比較方便,整體體積較小,能夠與現(xiàn)有的海上作業(yè)設(shè)施高效融合。同時(shí),各部分之間相對(duì)獨(dú)立,便于檢修維修,為設(shè)備的高效穩(wěn)定運(yùn)行打下了良好基礎(chǔ)。”李子航介紹。

海上可再生能源就地消納

隨著海上風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展,海上電力尤其是深遠(yuǎn)海可再生電力輸送與消納正面臨挑戰(zhàn)。利用海上風(fēng)電制氫,成為解決海上風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)消納難、深遠(yuǎn)海電力送出成本高等問題的有效路徑。

“但海上風(fēng)電制氫同樣也面臨難題。海上風(fēng)電輸出功率具有隨機(jī)性、波動(dòng)性,頻繁的電力波動(dòng)會(huì)影響電解設(shè)備的運(yùn)行壽命,需要進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和連續(xù)性。”李志川說。

為實(shí)現(xiàn)海上可再生能源的就地消納,裝置研發(fā)團(tuán)隊(duì)在抗波動(dòng)柔性控制技術(shù)與啟停機(jī)工藝的基礎(chǔ)上,建立起符合海上可再生能源特點(diǎn)的耦合模型,適應(yīng)海上風(fēng)機(jī)發(fā)電和光伏發(fā)電間歇性強(qiáng)、波動(dòng)性大的特點(diǎn)?;谶@一技術(shù)模型,直接電解海水制氫技術(shù)能夠更好地與海上風(fēng)電、海上光伏技術(shù)相結(jié)合,穩(wěn)定高效地將海上風(fēng)電、光伏所產(chǎn)生的綠電轉(zhuǎn)化為純度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的氫氣產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)深遠(yuǎn)??稍偕娏Φ木偷叵{,大幅降低風(fēng)電傳輸、消納成本和制氫成本,形成以綠氫為核心的海上可再生能源綜合利用新模式。

“未來,我們將進(jìn)一步探索固態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù),研發(fā)綠氫高效儲(chǔ)存測試平臺(tái),加快培育發(fā)展海洋能源新質(zhì)生產(chǎn)力,持續(xù)打造綠氫領(lǐng)域‘產(chǎn)品+技術(shù)+服務(wù)’的工程技術(shù)服務(wù)模式。”李志川說。




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