正式启动!中广核可再生能源孤网海水直接制氢系统海上试验
2024年,中广核入局海水制氢,近期又有新动作。
12月23日,从中国广核集团(以下简称“中广核”)获悉,中广核可再生能源孤网海水直接制氢系统(简称“中广核制氢系统”)海上试验样机在中广核汕尾海上综合实验平台(简称“汕尾实验平台”)完成安装,正式启动海上试验,标志着汕尾实验平台科研功能正式启用。
该系统由中广核与深圳清华大学研究院联合研发,以汕尾实验平台配套建设的风电、光伏发电作为电源进行海水制氢。
启动试验
海上综合能源岛建设被中国科协列为2024年十大工程技术难题之一,海水制氢、海上氢储运等技术装备待研发突破,急需加快研究形成一批支撑能源岛建设的关键核心技术。
“汕尾实验平台已于2024年9月正式投运,配套建设了50千瓦风电、18千瓦光伏发电以及200千瓦时储能设备,实现了风光储耦合的孤网运行模式。中广核制氢系统由可再生能源供电、制氢电解槽、气体后处理、数字化控制系统等模块组成,所有模块集成在1个集装箱内,具备高紧凑度、远程控制、高安全性等优点。”中广核海上技术研究中心主任冯茹鸣透露,中广核制氢系统利用汕尾实验平台的配套电源,在平台上直接使用海水制氢,可发挥我国沿海地区可再生能源发电与氢基能源转化的配合优势,后续将规划利用储氢、合成甲醇、合成氨等多种手段为可再生能源综合利用开启新赛道。
中广核制氢系统研发负责人王睿表示,该系统采用高选择性、高活性、耐腐蚀电极材料,能够直接以海水为原料开展稳定、高效的电解制氢生产,系统每标准立方米制氢电耗仅为4.3千瓦时,并通过电解槽分区设计、内部流场优化、控制策略优化等措施,实现对可再生能源电源20%至130%宽幅波动的完全适应。
根据此前报道,2024年11月22日,广东能源产业科技创新暨新型储能产业高质量发展大会先进可再生能源综合利用分会上,中广核集团正式发布《广东省海上综合能源岛产业科技创新平台建设实施方案》,宣布国内首个海上综合能源岛产业科技创新平台正式启动,这标志着国内首个海上综合能源岛创新平台启动,为深远海可再生能源开发打造成套解决方案。
中广核新能源广东公司党委书记、总经理潘天国表示,中广核制氢系统海上试验启动后,汕尾实验平台已构成具备源、网、荷、储各项要素的海上综合能源岛“雏形”,可开展深远海综合能源岛多模式发电、微电网构建与协调、多能源转换等多种关键技术的试验与验证,为我国深远海可再生能源开发提供技术支撑。
央企大力进军海水制氢
开发海水电解制氢技术,不仅可充分利用我国丰富的海洋资源,摆脱对淡水的依赖,而且可以提高海上制氢效率,精简工序,降低成本,形成具有核心知识产权的全新制氢技术路线,引领氢能行业发展,推进清洁、可再生能源的高效利用。
随着技术的不断成熟和成本的逐步降低,海水制氢技术有望在未来实现规模化产业应用。目前,我国正加快推进海水制氢的技术研究。国内高校、科研机构积极在海水制氢领域开展技术攻关。国家发展改革委、国家能源局2022年发布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,提出推进海水制氢等氢能相关的新技术研发。目前,我国氢能专利位居全球第一,绿氢制取、氢燃料电池、大流量加氢站控制系统等技术取得突破。
值得一提的是,2024年来,多家央企在海水制氢领域加速布局,除了中广核,当前,东方电气,中石化、中海油、国家能源集团等其他央企也在进军海水制氢,推动海水制氢产业加速发展。
中石化
2023年9月,大连中石化物资装备有限公司中国石化氢能重点实验室发布招标公告,计划采购1套10m³/h海水直接电解制氢实验装置。该项目中标企业为抚顺正阳石化设备制造有限公司。
2024年3月14日,中石化销研院前往天津石化研究院调研“海水直接电解制氢技术”项目。天津石化详细讲解了项目的选题背景、技术攻关、合作团队和技术展望等内容,表示该项目目前已完成实验室小试,计划在近期开展中试。天津石化具有东临靠海的地理位置优势,推动海水制氢,能有效带动绿氢产业链的发展。
12月13日,大连院自主研发的10Nm3/h海水直接电解制氢中试装置在青岛炼化一次开车成功,完善了中国石化制氢技术图谱,标志海水直接电解制氢技术产业化进程提速。
中石油
2023年10月,东福院与中国石油长庆油田分公司签署项目合作协议,将无淡化海水原位直接电解制氢技术应用于长庆油田。这是该技术在海上中试成功后,首次应用于工业废水制氢领域。项目未来探索将海水制氢技术拓展到节能环保领域,为石化废水、炼钢废水等工业废水制氢提供路线参考。
5月,东方电气(福建)创新研究院有限公司团队在内蒙古鄂尔多斯圆满完成中石油长庆油田气田采出水无纯化电解制氢现场试验。试验期间,示范样机氢气产量达到额定值,现场测量显示氢气纯度达到99.999%。
中海油
2022年4月13日,中国海油正式成立中海石油(中国)有限公司北京新能源分公司,新能源分公司的主要业务为开展海陆风光发电、加大CCUS科技攻关、探索培育氢能等。依托海洋资源,探索海上风电制氢及储运一体化等差异化氢能综合技术,推进油气产业与新能源产业一体化协同发展。
2024年3月,据西南石油大学发布消息,由深圳清华大学研究院与西南石油大学、中国海油、航天科工、北京化工大学、中科院宁波材料研究所、中国科学技术大学等多家单位共同申报的国家重点研发计划“氢能技术”重点专项项目“兆瓦级抗波动直接电解海水制氢关键技术研究与装备集成应用”获得科技部立项。这是科技部立项的第一个直接电解海水制氢共性技术类项目,对推动我国海上新能源领域的技术创新具有重大意义。
12月20日,从中海油能源发展股份有限公司获悉,全球首台套兆瓦级电解海水制氢装置在该公司兆瓦级电解海水制氢示范中试基地试运行成功。这标志着中国海油直接电解海水制氢技术取得重要突破。
国家能源集团
2023年8月,国家能源集团海南电力发布《海南公司乐东公司电解海水制氢中试阶段平台建设及工艺研发项目技术开发项目竞争性谈判结果公告》,项目中标供应商为海南大学。后期,双方将联合开展电解海水制氢中试阶段平台建设及工艺研发科技项目。
2024年3月,中国船级社(CCS)为国家能源集团氢能科技有限责任公司及烟台中集来福士海洋工程有限公司等联合研发的“一站式海上绿色氢醇氨生产作业系统”颁发了原则性认可(AIP)证书。该系统搭载H206半潜式海上平台,建成1.5兆瓦海上光伏,开展离网型光伏电解制氢(包括PEM电解制氢、碱性电解制氢、海水直接电解制氢)、高压储氢、绿色甲醇与绿氨合成、离网系统控制等关键技术研究,打通海上绿氢制备耦合下游氢基化工的一体化工艺流程。
2024年4月,国家能源集团国华投资氢能公司与烟台中集来福士,在中集海洋工程研究院举行了海洋氢能制、储、输、用全链条及海上新能源制氢与综合利用研究的海洋绿氢合成氨醇一体化成套设备合同的签约仪式。
项目于8月13日完成了初设评审,9月29日举行生产启动仪式。该项目PEM电解水制氢撬装设备由上海氢晨新能源科技有限公司子公司氢盛能源自主研发制造,已完成出厂前第三方测试见证,并于11月12日发往该项目海上平台。
东方电气
2022年11月30日,深圳大学、四川大学谢和平院士团队在Nature期刊上发表了海水原位直接电解制氢相关研究成果。该研究采用物理力学与电化学相结合的全新思路,建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术,彻底隔绝海水离子,实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的海水原位直接电解制氢原理与技术重大突破。
2022年12月16日,东方电气股份有限公司、东方电气(福建)创新研究院有限公司与深圳大学、四川大学谢和平院士团队,共同签署了“海水无淡化原位直接电解制氢原创技术中试和产业化推广应用”四方合作协议。
2023年6月,经中国工程院专家组现场考察后确认,全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试在福建兴化湾海上风电场获得成功。
2023年10月,东福院与中国石油长庆油田分公司签署项目合作协议。
2024年5月,东方电气(福建)创新研究院有限公司团队在内蒙古鄂尔多斯圆满完成中石油长庆油田气田采出水无纯化电解制氢现场试验。
6月底,谢和平院士团队与东方电气集团联合设计研制了1.2Nm3/h海上可再生能源海水无淡化原位直接电解制氢漂浮平台,在福建省兴化湾与海上风电直接对接,连续稳定运行10天,海水杂质离子阻隔率高达99.99%以上,制氢纯度达到99.9%-99.99%,首次构建了与再生能源相结合的一体化海水直接制氢全新模式。
7月,中国工程院院士、深圳大学深地科学与能源研究院院长谢和平院士团队与东方电气联合开展的10Nm3/h海水无淡化直接电解制氢样机试运行顺利突破240小时。试运行期间,样机运行参数稳定,氢气产量达到额定值,系统设计架构通过了运行检验。
写在最后
事实上,海水制氢产业辐射能力强、带动面广,在技术、装备上都走在能源产业前沿,在引领新一轮的绿色能源变革的同时,还将横向联动、纵向拉动海水淡化、海上清洁能源、海上氢能新基建等产业发展,开拓新需求、新空间。比如,按照电解1吨水会获得111千克氢气反算,对海水淡化需求可达225.23万吨。根据海水淡化成本5元每吨来计算,到2025年海水制氢将拉动海水淡化工程约1126.13万元的产值。
国际能源署预测到2050年全球氢年需求量约近3亿吨,到2070年达到5.2亿吨。在氢能需求侧庞大规模的拉动下,加之技术和产业化层面的不断突破,海水制氢产业未来前景广阔。