吳瑾 焦文強 田倩 郝珍 郜鑫

關鍵詞：海洋氫能;可再生能源;水電解制氫;海上風電

1海洋氫能簡介

1.1概述

氫能作為一種二次能源，具有來源廣泛、燃燒熱值高、清潔無污染和可規(guī)?；l(fā)展的優(yōu)勢。在全球推動能源結構轉(zhuǎn)向低碳化和清潔高效的發(fā)展背景下，氫能進入快速發(fā)展期。與太陽能、風能等可再生能源相比，氫能具有很強的可儲存性，因此被看作是未來最理想的清潔能源。國際社會也明確將氫能定位為能源技術革命的重要方向，這也預示著氫能將在未來能源低碳發(fā)展中發(fā)揮重要引領作用。

海洋能是可再生能源的重要組成部分。世界許多沿海國家和地區(qū)高度重視海洋能的開發(fā)利用，紛紛通過制定中長期發(fā)展路線圖，出臺激勵政策，建設海上公共平臺等方式布局和拉動海洋能各環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，多管齊下拓展藍色經(jīng)濟空間。尤其是將海洋能與氫能建立結合，通過發(fā)展海上風電綠色制氫技術加快能源轉(zhuǎn)型升級。

全球范圍內(nèi)已具有沿海港口氫能應用案例。美國、日本、西班牙等國的資源型或綜合型港口，都相繼加入轉(zhuǎn)型氫能港口的行列。海上風電是可再生能源，具有風能資源穩(wěn)定、不占用土地、消納條件良好等獨特優(yōu)勢。歐洲基于風能資源、風能利用率以及產(chǎn)業(yè)鏈等方面的極大優(yōu)勢，近年來開展了多個海上風電及在岸/離岸制氫項目，通過示范加快關鍵裝備的研發(fā)，促進海上風電制氫技術的發(fā)展。

1.2發(fā)展趨勢

全球海上風電市場整體處于增長階段。據(jù)全球風能理事會（GWEC）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，截至2020年底，全球海上風電累計裝機容量超過35吉瓦（GW），其中英國、中國和德國占據(jù)市場前三，共占總體裝機容量的79%;2020年全球海上風電新增裝機容量6.067吉瓦（GW），相比2019年增長16.7%;并且預計到2024年全球海上風電將新增50GW，海上風電具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，這也為海上風電制氫的發(fā)展奠定了良好的基礎。

世界能源理事會將氫氣按照生產(chǎn)來源分為“灰氫”“藍氫”和“綠氫”三類。其中，“綠氫”是使用可再生能源進行電解水制氫。相比“灰氫”既通過化石燃料制氫，以及“藍氫”既通過蒸汽甲烷重整技術或煤氣化加上碳捕捉和貯存技術制氫，“綠氫”可真正實現(xiàn)二氧化碳零排放，對環(huán)境友好，因此社會接受度最高，發(fā)展“綠氫”也是國際社會踐行“碳達峰”和“碳中和”愿景的首選之路。海上風電制氫屬于“綠氫”，其技術路線具備以下優(yōu)勢：一是風電直接用于制氫，無須新建海上輸電系統(tǒng)，減少了對現(xiàn)有輸電網(wǎng)絡的依賴;二是海上風電可以就近在油氣平臺或油氣管道附近建設，或可將油氣平臺改造為制氫平臺，避免了長距離輸電損耗，同時也降低項目投資成本;三是采用海水淡化+風電制氫技術結合的形式，其不僅原料豐富，還可提高風能利用率。并且隨著以歐洲地區(qū)為代表的海上風電發(fā)電成本的大幅度降低，使得海上風電制氫技術在成本上具備了與其他制氫方式競爭的能力。

2國內(nèi)外技術發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外發(fā)展技術簡介

海上可再生能源制氫方面，歐洲已啟動多個海上風電及在岸/離岸制氫項目，逐步形成了四種海上風電制氫模式。并著力開展海上制氫平臺、浮式風電平臺等關鍵裝備研發(fā)，這些項目目標大多計劃于2025年左右實現(xiàn)商業(yè)化應用，2030年前后形成大規(guī)模制氫能力。目前面臨的主要問題是如何實現(xiàn)大規(guī)模制氫儲氫技術和整套系統(tǒng)商業(yè)模式的經(jīng)濟性研究。

2.1.1風電平臺+電解裝置

英國Dolphyn項目在方案選擇階段對不同海上風電制氫模式進行了經(jīng)濟性分析，評估結果表明浮式風電平臺自帶電解裝置是批量制氫的較經(jīng)濟的解決方案。目前該項目計劃在北海開發(fā)一個4GW的浮式風電場，將電解裝置安裝在風機容量為10MW的單個浮式風電平臺的甲板區(qū)域上制取氫氣，并通過管道輸送，最終在2037年實現(xiàn)年產(chǎn)氫氣36萬噸的目標，預計總投資超過120億英鎊（約合人民幣1088億元）。

2.1.2舊平臺改裝+電解裝置

2019年7月，荷蘭海王星能源公司（Neptune Energy）宣布在荷蘭北海地區(qū)建立海上制氫試點項目，通過對海王星號Q13-a平臺改裝，在平臺上的集裝箱中放置一個1MW的電解槽制氫，在2023年完成海上風電制氫的可行性驗證，實現(xiàn)能源系統(tǒng)一體化運行。對于改造平臺的制取方式，其優(yōu)勢在于可通過現(xiàn)成的油氣管道將氫氣輸送到陸地上，未來還可以和油氣開發(fā)商分攤管道維護費用。在平臺選擇方面，重點考慮了甲板空間、承載起重能力、氫氣氧氣處理能力等因素。

2.1.3新建平臺+電解裝置

2020年8月，德國RWE宣布開發(fā)一個名為AquaVentus的10GW級的海上風電制氫項目，計劃在2027年建成容量為290MW海上風電制氫平臺，并通過海底管道將氫氣輸送到離德國海岸約60km的Heligoland島進行液化。Engie旗下的兩家公司Tractebel Engineering和Traetebel Overdick也在開發(fā)一座400MW的海上風電制氫站，并完成了可行性研究和概念設計。此外，日本、法國也開展了相關研究。

2.1.4陸上電解

英國Gigastack項目將與0rsted的1.4GW Hornsea 2海上風電場接生產(chǎn)綠色氫氣，為英格蘭東北部的一家石油和天然氣精煉廠提供動力。該項目分析了不同海上風電制氫模式，由于新建海上平臺研發(fā)成本不確定因素較多，短期重點放在陸上電解制氫方案上。比利時HYPORT Oostende項目由海工巨擘DEME、投資機構PMV和比利時Os～nd港共同開發(fā)，計劃在第一階段開發(fā)一個50MW的示范項目，第二階段在2025年大規(guī)模推廣在岸制氫，通過利用風力發(fā)電高峰期和用電高峰期需求不一致性來消納多余風電，實現(xiàn)每年二氧化碳排放量減少50萬噸至100萬噸。

目前影響海上風電制氫經(jīng)濟性的主要因素有：離岸距離、現(xiàn)有基礎設施條件、電解技術、氫儲能技術等，歐洲國家也基于這些因素形成了不同的制氫方式?？傮w來看，“風電平臺+電解設備”的制氫方式適用于新建的海上風電場，通過在風機內(nèi)或擴大后的風機平臺上設置水電解制氫設備實現(xiàn)大規(guī)模的分布式制氫，直接通過管道外送?！芭f平臺改裝+電解設備”的制氫方式，海上風電可以就近在即將退役的油氣平臺和現(xiàn)有的油氣管道附件建設從而降低制氫成本?！靶陆êＩ掀脚_+電解設備”的制氫方式則適用于離岸較遠的風電場，通過新建海上制氫平臺，減少電力傳輸損耗。而“海上風電+陸上電解”的方式，則適用于近岸海上風電場。