全球首次!海上風電無淡化海水直接電解制氫
隨著未來海上風電技術(shù)的進一步發(fā)展和上網(wǎng)電價下降,海水直接制氫成本有望低于煤制灰氫成本,預計可帶動數(shù)百億元級氫能產(chǎn)業(yè)鏈!
文/NE-SALON新能薈小編團
就在昨日,經(jīng)中國工程院專家組現(xiàn)場考察后確認,東方電氣集團與深圳大學/四川大學謝和平院士團隊聯(lián)合開展的全球首次海上風電無淡化海水直接電解制氫技術(shù)海上中試在福建興化灣海上風電場獲得成功。
眾所周知,在傳統(tǒng)能源日益枯竭之時,大力發(fā)展氫能,越來越成為全球各個國家的策略。氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源,能幫助可再生能源大規(guī)模消納,實現(xiàn)電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)峰和跨季節(jié)、跨地域儲能,加速推進工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的低碳化。
一直以來,電解水制氫是獲得氫的主要手段。據(jù)公開資料顯示,全球水資源,海水占97.5%,淡水占2.5%,在這2.5%中,又有87%是人類難以利用的兩極冰蓋、冰川、冰雪。
因此,海水可以稱得上地球上最大的氫庫。如果能實現(xiàn)海水直接制氫氣,將極大程度地解決能源危機問題。然而,海水成分非常復雜(包含92種化學元素),還含有大量微生物和懸浮顆粒,導致有害腐蝕性和毒性、催化劑失活、電解效率低等諸多技術(shù)瓶頸與挑戰(zhàn)。
目前,海水制氫的方法是將海水先淡化,然后再進行電解制氫。該類技術(shù)嚴重依賴大規(guī)模淡化設(shè)備,工藝流程復雜且占用大量土地資源,進一步推高了制氫成本與工程建設(shè)難度。如果,能實現(xiàn)海水直接制氫,那前景該有多么光明啊!全世界最頂尖科學家圍繞這個問題已經(jīng)進行了近半個世紀的研究,但始終無法得到實質(zhì)性的突破,可規(guī);母咝Х(wěn)定海水直接電解制氫原理與技術(shù)仍是世界空白。然而,2022年11月,Nature的一篇文章,徹底震驚了學術(shù)圈———海水直接電解制氫,成了!
這一成果來自中國工程院院士----謝和平!謝和平何許人也?中國著名力學與能源工程專家,曾任中國礦業(yè)大學、四川大學校長,現(xiàn)在是深圳大學特聘教授,深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長。國務(wù)院學位委員會委員,中國科學技術(shù)協(xié)會常委。國家重點研發(fā)計劃“深部巖體力學與開采理論”項目負責人。
在他的帶領(lǐng)下,深圳大學/四川大學博士團隊首次從物理力學與電化學相結(jié)合的全新思路,建立了相變遷移驅(qū)動的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù),另辟蹊徑,徹底隔絕海水離子同時實現(xiàn)了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的高效海水原位直接電解制氫技術(shù)突破。該成果通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應巧妙結(jié)合,建立了相變遷移驅(qū)動的海水直接電解制氫理論模型,形成了電化學反應協(xié)同海水遷移的動態(tài)自調(diào)節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法,大大降低了海水的腐蝕性。這一成果也被評為2022年中國科學十大進展。
根據(jù)記者采訪,2018年,63歲的謝和平卸任四川大學校長后,來到深圳大學在深圳,謝和平一待就是5年,他表示,是深圳濱海清澈的海水,給了他海水制氫的啟發(fā)。
在論文發(fā)表后僅僅16天,東方電氣便專項投入3000萬元研發(fā)經(jīng)費,并與謝和平院士團隊聯(lián)盟合作,共同推進海水無淡化原位直接電解制氫產(chǎn)業(yè)化推廣應用。
本次東方電氣與謝和平院士團隊在福建省福清縣開展的1.2 Nm3 H2/h 的海水無淡化原位直接電解制氫海上示范,利用東方電氣興化灣58號10MW大型風力發(fā)電機供能,配備28kW輸出功率的儲能系統(tǒng),實現(xiàn)了長達10天的穩(wěn)定制氫,法拉第效率近乎100%,能耗、實驗效果與實驗室環(huán)境下的制氫效果相當。由第三方技術(shù)檢測機構(gòu)(四川質(zhì)檢院)的檢測數(shù)據(jù)表明:本次海試制氫規(guī)模達1.3 Nm3 H2/h,達到并超出設(shè)計值;電解能耗為5 kWh/Nm3 H2;在3-8級海風、0.3-0.9米浪高的真實海洋環(huán)境下連續(xù)穩(wěn)定運行10天后海水雜質(zhì)離子阻隔率仍然高達99.99%以上(與純凈水直接電解制氫效果相當),制氫純度達到99.9% - 99.99%,穩(wěn)定性良好。這一成果,也為《Nature》頂刊發(fā)表的前沿成果盡快“走出實驗室,走向產(chǎn)業(yè)化”探索了一條全新路徑。
謝和平院士表示,通過將取之不盡的海水資源直接制氫,并結(jié)合海上風電技術(shù),將改變未來全球的能源開發(fā)路徑。
海試組織方東方電氣(福建)創(chuàng)新研究院有限公司執(zhí)行董事、總經(jīng)理劉泰生說:“更值得期待的是,除了海水,此項目的原理和技術(shù)還可應用于油田采油廢水、工業(yè)廢水、火電廠廢水、城市生活廢水等非淡水直接電解制氫!皯梅秶鷱V泛,市場空間巨大,預計可帶動數(shù)百億元級氫能產(chǎn)業(yè)鏈!
本原理技術(shù)成本是海上風電上網(wǎng)電價(0.2-0.3元/度)×單位制氫過程能耗(5 KWh/Nm3),即11.2-16.8元/kg H2,略高于煤制灰氫成本(9-12元/kg H2),但明顯低于天然氣制藍氫成本(20-24元/kg H2)。隨著未來海上風電技術(shù)的進一步發(fā)展和上網(wǎng)電價下降,海水直接制氫成本有望低于煤制灰氫成本。
據(jù)悉,此次海上實驗的主要設(shè)備全部是中國企業(yè)設(shè)計和制造,也將為日后開展大規(guī)模海水直接制氫提供產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。來源:NE-SALON新能薈G
原文標題 : 全球首次!海上風電無淡化海水直接電解制氫
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