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(shè)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(zhì)生產(chǎn)力，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型方面取得新進展。
“該裝置克服了電解海水過程中雜質(zhì)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)?；瘧么蛳禄A(chǔ)。”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(shù)工藝和裝備設(shè)計提出了更高要求。為了將海水轉(zhuǎn)化為澎湃綠能，中國海油團隊錨定目標、摸索前進，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，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(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)中的氯離子會對電解設(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(shè)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(zhì)要求苛刻的問題，并利用高效催化材料和抗腐蝕設(shè)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(shè)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(shè)備需運行穩(wěn)定，檢維修方便。這給裝置的設(shè)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(shè)計了高度集成、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(nèi)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(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，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(shè)施高效融合。同時，各部分之間相對獨立，便于檢修維修，為設(shè)備的高效穩(wěn)定運行打下了良好基礎(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(shè)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(shù)與啟停機工藝的基礎(chǔ)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?；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電、海上光伏技術(shù)相結(jié)合，穩(wěn)定高效地將海上風電、光伏所產(chǎn)生的綠電轉(zhuǎn)化為純度高、穩(wěn)定性強的氫氣產(chǎn)品，實現(xiàn)深遠?？稍偕娏Φ木偷叵{，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(shù)，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(zhì)生產(chǎn)力，持續(xù)打造綠氫領(lǐng)域‘產(chǎn)品+技術(shù)+服務’的工程技術(shù)服務模式。”李志川說。
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