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近日，全球首台套兆瓦级电解海水制氢撬装装置在珠海试运行成功。该装置由中海油能(neng)源发(fa)展股份有限公司清洁能(neng)源分(fen)公司（以下简称(cheng)“海油发(fa)展清洁能(neng)源公司”）设计研制，其试运行成功标志着中国海油在加(jia)快培育发(fa)展海洋能(neng)源新质生产力，推动能(neng)源绿色低碳转型方面取得新进展。
“该装置克服了电解海水过程中杂质多(duo)、盐度高、腐蚀强等问题(ti)，成功将单机功率提升至1兆瓦，为海水制氢的(de)规(gui)模化应用(yong)打下基础。”海水制氢项目负(fu)责人、海油发(fa)展清洁能(neng)源公司风电首席工程师李志川说。
相较于高度依赖稀缺清洁淡水资源的(de)传统电解水制氢方式，海水制氢资源丰富、前景广阔。但海水成分(fen)复杂，这对电解技术工艺和装备(bei)设计提出了更高要求。为了将海水转化为澎湃绿能(neng)，中国海油团队锚定(ding)目标、摸索前进，加(jia)快关(guan)键核心技术攻关(guan)，历经30个月，成功推出这一具(ju)有示范意义的(de)绿色项目。
无须淡化海水直接电解
海洋面积占地(di)球表面积的(de)71%，据粗略估算，1吨海水可通过电解海水制氢撬装装置产生氢气660标准立方米左右。直接电解海水技术能(neng)真正让(rang)取之不尽的(de)海水资源变成用(yong)之不竭的(de)绿色能(neng)源。
“海水电解效率低，海水中的(de)盐以及杂质中的(de)氯离子会对电解设备(bei)电极造(zao)成腐蚀，其他杂质的(de)沉积则可能(neng)堵(du)塞设备(bei)孔道(dao)，影响电解效率甚至损坏(huai)设备(bei)。”海油发(fa)展清洁能(neng)源公司工艺工程师李子航(hang)在接受(shou)科技日报(bao)记者采访时说。
为了克服上述(shu)难题(ti)，应对催化电极寿命短、海水电解副反应竞争激烈等问题(ti)，海油发(fa)展清洁能(neng)源公司设计研制了这套直接电解海水制氢装置，解决(jue)了传统电解水制氢装置对于原料水质要求苛刻的(de)问题(ti)，并利用(yong)高效催化材料和抗腐蚀设计，解决(jue)高盐工况下的(de)电极腐蚀问题(ti)。
该装置无须对海水进行淡化处理即可进入电解，有效降(jiang)低了制氢成本。其额定(ding)产氢量达到每小时200标准立方米，可用(yong)于大规(gui)模产氢场景，制氢纯度达到99.999%，满足燃料电池、电子工业等应用(yong)场景对高纯度氢气的(de)需求。
模块化设计保证高效运行
“一般来(lai)说，海上作(zuo)业空间非常有限，要求制氢效率高，设备(bei)需运行稳定(ding)，检维修方便。这给装置的(de)设计提出很高的(de)要求。”李子航(hang)说。
为此，海油发(fa)展清洁能(neng)源公司设计了高度集成、模块化一体式撬装电解海水制氢设备(bei)。研究(jiu)人员将海水制氢系统核心设备(bei)按照(zhao)功能(neng)划分(fen)为电源、控制、电解槽、分(fen)离、纯化5个功能(neng)模块。每个功能(neng)模块进行撬装化并集成至对应的(de)集装箱内进行封装。集装箱之间由卡槽拼接，管路(lu)由法兰连接，形成一体式撬装空间，整(zheng)体设备(bei)易于拆装，核心模块总占地(di)90平方米，极大地(di)缩小了设备(bei)占地(di)面积。
“经过合理设计，整(zheng)个海水制氢系统被划分(fen)为5个体积基本相同的(de)集装箱单元，装配和运输都比较方便，整(zheng)体体积较小，能(neng)够与现有的(de)海上作(zuo)业设施高效融合。同时，各(ge)部分(fen)之间相对独立，便于检修维修，为设备(bei)的(de)高效稳定(ding)运行打下了良好基础。”李子航(hang)介绍。
海上可再生能(neng)源就地(di)消(xiao)纳
随着海上风电的(de)大规(gui)模发(fa)展，海上电力尤其是深远海可再生电力输送与消(xiao)纳正面临挑战(zhan)。利用(yong)海上风电制氢，成为解决(jue)海上风电大规(gui)模并网消(xiao)纳难、深远海电力送出成本高等问题(ti)的(de)有效路(lu)径。
“但海上风电制氢同样也面临难题(ti)。海上风电输出功率具(ju)有随机性、波动性，频繁的(de)电力波动会影响电解设备(bei)的(de)运行寿命，需要进一步优化系统的(de)整(zheng)体稳定(ding)性和连续性。”李志川说。
为实现海上可再生能(neng)源的(de)就地(di)消(xiao)纳，装置研发(fa)团队在抗波动柔性控制技术与启停机工艺的(de)基础上，建立起符(fu)合海上可再生能(neng)源特点的(de)耦合模型，适应海上风机发(fa)电和光伏发(fa)电间歇性强、波动性大的(de)特点。基于这一技术模型，直接电解海水制氢技术能(neng)够更好地(di)与海上风电、海上光伏技术相结合，稳定(ding)高效地(di)将海上风电、光伏所产生的(de)绿电转化为纯度高、稳定(ding)性强的(de)氢气产品，实现深远海可再生电力的(de)就地(di)消(xiao)纳，大幅降(jiang)低风电传输、消(xiao)纳成本和制氢成本，形成以绿氢为核心的(de)海上可再生能(neng)源综合利用(yong)新模式。
“未来(lai)，我们将进一步探(tan)索固态储氢、高压(ya)气态储氢技术，研发(fa)绿氢高效储存(cun)测试平台，加(jia)快培育发(fa)展海洋能(neng)源新质生产力，持续打造(zao)绿氢领域‘产品+技术+服务’的(de)工程技术服务模式。”李志川说。
文/操(cao)秀英（科技日报(bao)）
编辑/倪家宁