近日，全球首臺套兆瓦級電解海水制氫撬裝裝置在珠海試運行成功。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”)設計研制，其試運行成功標志著中國海油在加快培育發(fā)展海洋能源新質生產(chǎn)力，推動能源綠色低碳轉型方面取得新進展。
“該裝置克服了電解海水過程中雜質多、鹽度高、腐蝕強等問題，成功將單機功率提升至1兆瓦，為海水制氫的規(guī)模化應用打下基礎。”海水制氫項目負責人、海油發(fā)展清潔能源公司風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。但海水成分復雜，這對電解技術工藝和裝備設計提出了更高要求。為了將海水轉化為澎湃綠能，中國海油團隊錨定目標、摸索前進，加快關鍵核心技術攻關，歷經(jīng)30個月，成功推出這一具有示范意義的綠色項目。
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標準立方米左右。直接電解海水技術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中的氯離子會對電解設備電極造成腐蝕，其他雜質的沉積則可能堵塞設備孔道，影響電解效率甚至損壞設備。”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報記者采訪時說。
為了克服上述難題，應對催化電極壽命短、海水電解副反應競爭激烈等問題，海油發(fā)展清潔能源公司設計研制了這套直接電解海水制氫裝置，解決了傳統(tǒng)電解水制氫裝置對于原料水質要求苛刻的問題，并利用高效催化材料和抗腐蝕設計，解決高鹽工況下的電極腐蝕問題。
該裝置無須對海水進行淡化處理即可進入電解，有效降低了制氫成本。其額定產(chǎn)氫量達到每小時200標準立方米，可用于大規(guī)模產(chǎn)氫場景，制氫純度達到99.999%，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。
模塊化設計保證高效運行
“一般來說，海上作業(yè)空間非常有限，要求制氫效率高，設備需運行穩(wěn)定，檢維修方便。這給裝置的設計提出很高的要求。”李子航說。
為此，海油發(fā)展清潔能源公司設計了高度集成、模塊化一體式撬裝電解海水制氫設備。研究人員將海水制氫系統(tǒng)核心設備按照功能劃分為電源、控制、電解槽、分離、純化5個功能模塊。每個功能模塊進行撬裝化并集成至對應的集裝箱內進行封裝。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，整體設備易于拆裝，核心模塊總占地90平方米，極大地縮小了設備占地面積。
“經(jīng)過合理設計，整個海水制氫系統(tǒng)被劃分為5個體積基本相同的集裝箱單元，裝配和運輸都比較方便，整體體積較小，能夠與現(xiàn)有的海上作業(yè)設施高效融合。同時，各部分之間相對獨立，便于檢修維修，為設備的高效穩(wěn)定運行打下了良好基礎。”李子航介紹。
海上可再生能源就地消納
隨著海上風電的大規(guī)模發(fā)展，海上電力尤其是深遠海可再生電力輸送與消納正面臨挑戰(zhàn)。利用海上風電制氫，成為解決海上風電大規(guī)模并網(wǎng)消納難、深遠海電力送出成本高等問題的有效路徑。
“但海上風電制氫同樣也面臨難題。海上風電輸出功率具有隨機性、波動性，頻繁的電力波動會影響電解設備的運行壽命，需要進一步優(yōu)化系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和連續(xù)性。”李志川說。
為實現(xiàn)海上可再生能源的就地消納，裝置研發(fā)團隊在抗波動柔性控制技術與啟停機工藝的基礎上，建立起符合海上可再生能源特點的耦合模型，適應海上風機發(fā)電和光伏發(fā)電間歇性強、波動性大的特點。基于這一技術模型，直接電解海水制氫技術能夠更好地與海上風電、海上光伏技術相結合，穩(wěn)定高效地將海上風電、光伏所產(chǎn)生的綠電轉化為純度高、穩(wěn)定性強的氫氣產(chǎn)品，實現(xiàn)深遠海可再生電力的就地消納，大幅降低風電傳輸、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，我們將進一步探索固態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫技術，研發(fā)綠氫高效儲存測試平臺，加快培育發(fā)展海洋能源新質生產(chǎn)力，持續(xù)打造綠氫領域‘產(chǎn)品+技術+服務’的工程技術服務模式。”李志川說。
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