年产绿氢85万吨!荷兰设计全新海上制氢平台!

近年来,海上风电制氢一直是一个火热的概念。相比电力,氢气易储存,传输成本低,是海上风电参与电网调峰的有效手段。

日前,总部位于荷兰的工程公司Iv-Offshore & Energy推出了一款他们最新设计的海上制氢平台,该平台能够利用海上风电每年产出85000吨绿色氢气。

根据Iv-Offshore & Energy公司发布的信息,该平台的容量为500MW,生产能力为每小时10吨绿色氢气;平台在一天内生产的绿色氢气,可为超过30万辆氢燃料汽车提供动力,供其行驶至少100公里。

海上制氢平台的上部平台尺寸为长80米、宽40米、高30米——与该公司为RWE开发的英国Sofia海上风电场设计的1.3GW高压直流换流站相当,平台整体重量(包括上部平台和导管架基础)约21000吨,可安装在水深45米的海域。

目前,Iv-Offshore & Energy已完成了海上制氢平台的完整设计,从工艺设计、电解槽系统的集成到设备平衡、导管架和辅助系统设计。

公司表示,现在海上风电场离岸越来越远,海上风电场产生的大量电力不能简单地在高峰时段输入陆上高压电网。

“对此,利用海上风电制备氢气,将海洋能源在陆地上使用。相比于电力,氢气的运输和储存更简单、成本更低,并且可以使用现成的管道。”

海水直接电解制氢由于技术难度较大,全球各国都处于试验阶段。目前海水制氢的国内外示范项目中,实质也是海水淡化后电解制氢技术,再利用海上风能和太阳能将水分解成氢气和氧气。从产能来看,国内外可再生能源制氢项目仍是小规模试点,且大多处于在建或拟建阶段。

2019年起,国内外多个可再生能源海上制氢项目开始启动。德国Tractebel Overdick在2019年提出一种海上风电制氢平台,包括风力涡轮机、电解装置、变压器和脱盐装置。先通过脱盐装置将海水淡化成高纯度水,再利用海上风能发电将水电解为氢和氧。当风力涡轮机容量为 400 MW时,产氢量达80000 m3/h。电解后的氢气存储起来,用作能源载体或工业原料;

英国Logan Energy的Seafuel项目针对岛屿等偏远地区用电成本高、对陆地基础设施依赖程度强等问题,通过可再生能源(包括太阳能、风能或海洋能)电解海水生产的氢气为岛屿交通提供动力。电解产生的氢气储存在氢燃料站台,作为燃料电池车的储备能源,所述燃料电池车续航里程达500~600 km;

荷兰海王星能源公司2019年参与建立了全球首个海上绿氢试点项目PosHYdon, 旨在通过荷兰北海的Q13a平台整合北海中的三种能源系统:海上风能、海上天然气和海上氢气。由海上风力涡轮机产生的电力为Q13a平台上的制氢装置提供动力,将海水转化为软化水,然后通过电解装置电解为氢气和氧气。氧气直接排放到空气中,气由天然气大型管道公司NOGAT和Noordgastransport,与天然气一起运输给工业、交通部门和荷兰家庭用户,项目已于2021年7月开始生产氢气,,采用了1.25 MW的PEM电解槽,每天最多可产生500公斤的绿色氢气。

2020年,丰田汽车公司为利用可再生能源发电+在线电解海水制氢+氢燃料电池的船舶Energy Observer提供燃料电池系统,该船在2020年行驶了1万海里。其动力系统结构包括采用多级反渗透法的脱盐系统、产氢量4 Nm3/h的电解槽、压缩机、八个35 MPa压力储氢瓶、丰田燃料电池技术系统、总面积141 m2的光伏板、风力发电系统Oceanwings wings和锂电池。该船主要提供三种动力模式:1)正常航行中,由太阳能或风能直接为推进提供动力;2)发电量暂时下降期间,锂电池组将接管,为推进提供动力;3)长时间停船期,燃料电池将接管,消耗氢气发电和储电。

海上风电+制氢 Gigastack项目2020年初获得英国政府750万英镑的财政补贴,计划于2022年建成投产,由世界最大的海上风电开发商Orsted运营,与ITM Power、Phillips 66和Element Energy一起,旨在通过在千兆瓦规模的工厂制造“可堆叠”的5 MW PEM电解槽,实现首款工业规模的100 MW电解槽,并大规模部署到海上风电场,以大幅降低绿色制氢成本。

2020年12月,西门子歌美飒在丹麦启动了全球首个以“孤岛模式”运行的风电制氢试点项目Brande Hydrogen,于2021年1月开始运行。该项目将容量为3 MW的风力涡轮机连接到碱性电解槽上,制备出的氢气由油轮运输到岸上,供加氢站使用,单台 3 MW 的风力涡轮机可为50~70台出租车提供足额氢能燃料。

尽管管道是解决路径之一,但海上制氢平台也还是面临着储氢的难题。氢气的储存也很有限,尤其是在海上,制氢、储氢设计在一个海上平台上,储氢的空间成本很高。为此,来自比利时的海洋工程公司Tractebel Overdick公布了一项在海上大规模储氢的方案:利用海上平台制造和压缩氢气,利用海底盐穴储存氢气。

当陆地上有氢气需求时,将海上平台制造的氢气直接通过管道输送到陆地上;当需求较小时,暂时将氢气储存在盐穴中,等需求旺盛时再送出,起到调峰的作用。

Tractebel Overdick是以2GW的海上风电、每小时40万标方氢气产能、18兆帕的压力来设计的,整个系统可储存多达120万立方米氢气。

Tractebel Overdick并不是目前唯一一家关注地下储氢的公司。爱尔兰公用事业公司ESB也在与专业地下能源资产开发商dCarbonX合作,探索在油井和气井结构中储氢。TechnipFMC和挪威初创公司Magnora正在开发的“Deep Purple”技术,想采用海底储罐储存氢气。

在我国,随着政府以及企业加快相关布局,海上风电制氢项目规模也正蓄势待发。

今年6月,浙江省在《浙江省可再生能源发展“十四五”规划》中提出将“探索海上风电基地发展新模式”,集约化打造海上风电+海洋能+储能+制氢+海洋牧场+陆上产业基地的示范项目。同月,福建省漳州市也印发了《漳州市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》,提出将加快开发漳州外海浅滩千万千瓦级海上风电,布局海上风电制氢等氢能产业基地,发展氢燃料水陆智能运输装备,构建形成“制氢—加氢—储氢”的产业链。

项目方面,今年5月,大连市太平湾与三峡集团、金风科技也共同宣布将共同建设新能源产业园,重点发展海上风电、光伏、氢能为主的新能源产业,计划通过风电制氢、储氢、运氢以及氢能海洋牧场利用等培育氢能产业链条。

7月,深圳市海斯比海洋科技股份有限公司与深圳能源集团股份有限公司及中国船级社深圳分社共同签署了《浮岛式海上风电制氢储氢一体化项目》的合作协议。三方的合作和常规平台不同的是采取浮岛式。在超稳定的浮式结构(浮岛)上安装风力发电机,风机输出的电力经由微网整合供给电解槽,电解槽输出的氢气规模化地储存于储氢罐中,并由专业的运输船运离。

深圳市海斯比海洋科技股份有限公司是国内数一数二的中小型船艇供应商,深圳能源集团股份有限公司表示,借助海斯比在海洋装备领域上的专业性,共同探索绿色能源,尤其是氢的新质新形态,解决新能源的结构性问题。中国船级社会在浮岛式海上风电制氢储氢一体化的总体方案,储运安全,风险分析/评估,以及规范/标准制定等方面给予全力支持,确保项目的顺利落地。(欧洲海上风电、亚化咨询)

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