海洋氢能发展现状综述

吴瑾 焦文强 田倩 郝珍 郜鑫

关键词：海洋氢能;可再生能源;水电解制氢;海上风电

1海洋氢能简介

1.1概述

氢能作为一种二次能源，具有来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染和可规模化发展的优势。在全球推动能源结构转向低碳化和清洁高效的发展背景下，氢能进入快速发展期。与太阳能、风能等可再生能源相比，氢能具有很强的可储存性，因此被看作是未来最理想的清洁能源。国际社会也明确将氢能定位为能源技术革命的重要方向，这也预示着氢能将在未来能源低碳发展中发挥重要引领作用。

海洋能是可再生能源的重要组成部分。世界许多沿海国家和地区高度重视海洋能的开发利用，纷纷通过制定中长期发展路线图，出台激励政策，建设海上公共平台等方式布局和拉动海洋能各环节产业发展，多管齐下拓展蓝色经济空间。尤其是将海洋能与氢能建立结合，通过发展海上风电绿色制氢技术加快能源转型升级。

全球范围内已具有沿海港口氢能应用案例。美国、日本、西班牙等国的资源型或综合型港口，都相继加入转型氫能港口的行列。海上风电是可再生能源，具有风能资源稳定、不占用土地、消纳条件良好等独特优势。欧洲基于风能资源、风能利用率以及产业链等方面的极大优势，近年来开展了多个海上风电及在岸/离岸制氢项目，通过示范加快关键装备的研发，促进海上风电制氢技术的发展。

1.2发展趋势

全球海上风电市场整体处于增长阶段。据全球风能理事会（GWEC）的统计数据表明，截至2020年底，全球海上风电累计装机容量超过35吉瓦（GW），其中英国、中国和德国占据市场前三，共占总体装机容量的79%;2020年全球海上风电新增装机容量6.067吉瓦（GW），相比2019年增长16.7%;并且预计到2024年全球海上风电将新增50GW，海上风电具有巨大的发展潜力，这也为海上风电制氢的发展奠定了良好的基础。

世界能源理事会将氢气按照生产来源分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”三类。其中，“绿氢”是使用可再生能源进行电解水制氢。相比“灰氢”既通过化石燃料制氢，以及“蓝氢”既通过蒸汽甲烷重整技术或煤气化加上碳捕捉和贮存技术制氢，“绿氢”可真正实现二氧化碳零排放，对环境友好，因此社会接受度最高，发展“绿氢”也是国际社会践行“碳达峰”和“碳中和”愿景的首选之路。海上风电制氢属于“绿氢”，其技术路线具备以下优势：一是风电直接用于制氢，无须新建海上输电系统，减少了对现有输电网络的依赖;二是海上风电可以就近在油气平台或油气管道附近建设，或可将油气平台改造为制氢平台，避免了长距离输电损耗，同时也降低项目投资成本;三是采用海水淡化+风电制氢技术结合的形式，其不仅原料丰富，还可提高风能利用率。并且随着以欧洲地区为代表的海上风电发电成本的大幅度降低，使得海上风电制氢技术在成本上具备了与其他制氢方式竞争的能力。

2国内外技术发展现状

2.1国外发展技术简介

海上可再生能源制氢方面，欧洲已启动多个海上风电及在岸/离岸制氢项目，逐步形成了四种海上风电制氢模式。并着力开展海上制氢平台、浮式风电平台等关键装备研发，这些项目目标大多计划于2025年左右实现商业化应用，2030年前后形成大规模制氢能力。目前面临的主要问题是如何实现大规模制氢储氢技术和整套系统商业模式的经济性研究。

2.1.1风电平台+电解装置

英国Dolphyn项目在方案选择阶段对不同海上风电制氢模式进行了经济性分析，评估结果表明浮式风电平台自带电解装置是批量制氢的较经济的解决方案。目前该项目计划在北海开发一个4GW的浮式风电场，将电解装置安装在风机容量为10MW的单个浮式风电平台的甲板区域上制取氢气，并通过管道输送，最终在2037年实现年产氢气36万吨的目标，预计总投资超过120亿英镑（约合人民币1088亿元）。

2.1.2旧平台改装+电解装置

2019年7月，荷兰海王星能源公司（Neptune Energy）宣布在荷兰北海地区建立海上制氢试点项目，通过对海王星号Q13-a平台改装，在平台上的集装箱中放置一个1MW的电解槽制氢，在2023年完成海上风电制氢的可行性验证，实现能源系统一体化运行。对于改造平台的制取方式，其优势在于可通过现成的油气管道将氢气输送到陆地上，未来还可以和油气开发商分摊管道维护费用。在平台选择方面，重点考虑了甲板空间、承载起重能力、氢气氧气处理能力等因素。

2.1.3新建平台+电解装置

2020年8月，德国RWE宣布开发一个名为AquaVentus的10GW级的海上风电制氢项目，计划在2027年建成容量为290MW海上风电制氢平台，并通过海底管道将氢气输送到离德国海岸约60km的Heligoland岛进行液化。Engie旗下的两家公司Tractebel Engineering和Traetebel Overdick也在开发一座400MW的海上风电制氢站，并完成了可行性研究和概念设计。此外，日本、法国也开展了相关研究。

2.1.4陆上电解

英国Gigastack项目将与0rsted的1.4GW Hornsea 2海上风电场接生产绿色氢气，为英格兰东北部的一家石油和天然气精炼厂提供动力。该项目分析了不同海上风电制氢模式，由于新建海上平台研发成本不确定因素较多，短期重点放在陆上电解制氢方案上。比利时HYPORT Oostende项目由海工巨擘DEME、投资机构PMV和比利时Os～nd港共同开发，计划在第一阶段开发一个50MW的示范项目，第二阶段在2025年大规模推广在岸制氢，通过利用风力发电高峰期和用电高峰期需求不一致性来消纳多余风电，实现每年二氧化碳排放量减少50万吨至100万吨。

目前影响海上风电制氢经济性的主要因素有：离岸距离、现有基础设施条件、电解技术、氢储能技术等，欧洲国家也基于这些因素形成了不同的制氢方式。总体来看，“风电平台+电解设备”的制氢方式适用于新建的海上风电场，通过在风机内或扩大后的风机平台上设置水电解制氢设备实现大规模的分布式制氢，直接通过管道外送。“旧平台改装+电解设备”的制氢方式，海上风电可以就近在即将退役的油气平台和现有的油气管道附件建设从而降低制氢成本。“新建海上平台+电解设备”的制氢方式则适用于离岸较远的风电场，通过新建海上制氢平台，减少电力传输损耗。而“海上风电+陆上电解”的方式，则适用于近岸海上风电场。