我国成功实现海上风电直接电解海水制氢：风力发电与氢气发电技术的联合应用

内蒙古碳中和产业协会 2024-01-12

"海水制氢"是目前世界上最耀眼的一块“宝石”，其背后蕴藏着极大的能量潜能。近期，福建兴化湾风场的一个重要的突破性进展是：利用风力发电，利用电解法将海水直接转化为氢气。而这一成果，也将为氢能源行业提供了一个千载难逢的机会。

"海水制氢"是目前世界上最耀眼的一块“宝石”，其背后蕴藏着极大的能量潜能。近期，福建兴化湾风场的一个重要的突破性进展是：利用风力发电，利用电解法将海水直接转化为氢气。

而这一成果，也将为氢能源行业提供了一个千载难逢的机会。

氢气：洁净的将来能源

氢能长期以来被认为是一种洁净的新能源。但实际情况是，全世界80%的氢产量仍然依靠煤和燃气等矿物燃料，即所谓的"灰氢"或"蓝氢"，在减少环保方面并无实际益处。"绿氢"----从清洁的太阳能和风力等清洁能量中产生的氢----确实具有环境友好的潜在可能性。

风力发电技术和氢气发电技术的联合应用

太阳能发电厂和风能发电厂经常被建造在诸如荒漠或者海洋这样的遥远的地方。由于近海风力发电系统具有规模庞大的特点，但往往距离地面电网较远，因此其储能与传输面临着严峻的挑战。此外，由于太阳能、风力等电能的间歇性，往往会出现多余的电能，而不能被充分地加以利用，造成了大量的能量的浪费。因此，一种非常聪明的方法就是把过剩的电力转换成氢。由于其优异的储能特性，氢可以被输送到需要大量能量的地方，为氢动力车辆提供动力，也可以作为氢能电站提供电能。此举极大地改善了能源使用的有效性。制氢材料主要为水，可以采用电解、光解、裂解等多种方式，而电解水产氢则是最常见的一种。

电解水制取氢气面临的难题

虽然电解法生产氢气技术已经比较完善，但是在距离沿海较远的大型海洋风力发电场中，采用电解法生产氢气难度较大。由于海水中存在着较多的氯化物，使其在电解过程中的利用率下降，同时也会生成较强的OCL负离子。另外，由于海水中存在着大量的Mg、Ca等离子，它们会对电池的正常工作造成一定的影响，造成设备的腐蚀、堵塞和效率降低。然而，现有的研究大都停留在实验室研究中。

我们国家的重大突破

但是，国内福建兴化湾电盐水实验却与众不同。这是一个很大的测试，它的范围已经达到了一个工业测试的范围。这一实验是在深圳大学、四川大学的谢和平教授带领下，与中国东方电力股份有限公司合作完成的，是世界上第一个采用不脱盐的海洋风力发电系统的海洋实验。

这项工艺使用的是一种不透水的薄膜和一种富氢氧化钾的自润电解质。这种特殊的结构只让水分子以水蒸气的形态穿过，彻底隔绝了海水中的液体和不纯的离子。在此基础上，利用两个电极间的水汽压强差异，使其在溶液中自动汽化，形成水汽透过液膜向电解液中扩散，被电解液吸附再转化为液态水。

该工艺可实现100%的高离子阻隔效果，并可在保证电极与电极之间的压力梯度的前提下，实现对水的有效利用。在此基础上，以“液-气-液”机理为基础，构建水传递过程中的新热力学平衡，为电解过程中水的持续、稳定传递，进而为电解过程中的地下水供应，以克服目前存在的严重腐蚀问题。

做法和展望

"东福一号"经过8级强风、1米高的海浪、强降雨等海洋条件的检验，已成功实现240多个小时的持续平稳运转，证明了该工艺在实际海洋条件下的可行性与实用性。"东福一号"现在还处于试验阶段，但它的产业化程度却是相当之高。

该方法的完善，将打破传统的远距离输电线，在近海直接制氢，并输送到陆地，为氢燃料汽车和工业设施提供能量，是一种没有环境污染的新型能量供应模式。更为鼓舞人心的是，这项工艺的造价非常低廉，据说一立方氢的制造费用只有0.3元。与市面上10多块钱一立方米的氢相比，这个价格已经很有竞争性了。这项成果可以说是给我们国家的新的能量来源，也是我们朝着可再生的、洁净的能源发展的方向迈进了一大步。

我们的国家走在世界的前列

目前，国内在利用电解法生产氢气方面处于国际领先地位。目前，国际上以氢气为主要研究对象的日本等国际先进国家，尚未与国内相比，在海洋风力发电领域，实现对海洋风力发电技术的应用。

其实，日本在氢能源方面也做过不少研究，比如燃料电池汽车、储氢罐等，但其采用的都是纯淡水。有报导说，日本人竟然使用澳大利亚的矿井提炼出氢，再由一艘特殊的液态氢货船运送回去，其实就是制造出一种被称为"灰氢"的东西，而把它带到别的国家去。

本项目拟开展基于非脱盐的海洋风力发电系统的研究，为发展国内洁净能源提供广阔的发展空间，并引领世界能源变革。该项目的顺利实施，对国家能源工业的发展具有重要意义，对促进世界各国在节能减排和可持续发展方面具有重要意义。

氢能源的前景

一则喜讯传来，中国近海风力发电技术已成功，以每立方米3毛钱的价格”，使人们对氢能发展有了新的认识，同时也点燃了洁净能源发展的希望。在此基础上，通过对现有的电解水制氢工艺的研究，提出了一种全新的、绿色的、可持续的解决方案。

这一重大发现不仅对世界各国科学与工程领域产生了巨大的推动作用，而且极大地激发了各国对氢气技术的研究和使用。氢能作为一种新型、洁净的可再生能源，对世界各国的环境问题具有重大意义。

作为世界上最先进的国家之一，我们不仅为世界各国提供了一条宝贵的洁净资源，而且为氢能的发展奠定了坚实的基础。因此，这个成绩是应该宣告全世界的，也是我们对今后前景的一页的一页。

本文内容来源于：内蒙古碳中和产业协会，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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