“海上风电+绿氢”是未来能源体系的重要组成部分，可再生能源柔性制氢技术将助力海上风电大规模发展。“海上风电+绿氢”，是能源转型的有效途径，也是社会“脱碳”的主要手段。

01

“绿电＋绿氢”火了

前不久，宁德时代成立润时海风，业务范围涉及发电、输电、供配电、海上风电系统研发等，由项目合作方摇身一变成项目业主方。

从业者认为，宁德时代选择在此时入局海上风电，不仅是为了拓展自身业务边界，更是看中“海上风电+”模式带来的新市场机遇。

无独有偶，格力今年亦布局了海上风电产业。尽管格力及其子公司并非海上风电玩家，但对于布局“海上风电+”新模式亦很有热情。

国家能源局在《关于印发加快油气勘探开发与新能源融合发展行动方案(2023-2025年)》中强调，将形成海上风电与油气田区域电力系统互补供电模式，在不具备岸电的情况下，推进海上风电为平台孤网直供电，实施绿色电力部分替代；在具备岸电的情况下，以电网作为调峰，推进高比例海上风电为油气平台供电。

值得注意的是，海上风电模式的爆火，还为海水制氢打开了市场。通过风电产生的绿色电力，可从海水中分离制备氢气，借此实现绿电制绿氢。

中国能建氢能公司相关负责人曾表示，“绿氢的大规模应用，是有效推进我国实现能源结构转型及深度脱碳的重要手段。”可再生能源制氢作为未来发展的方向，目前已成为行业共识。

且与陆上风电资源开发趋于饱和相比，海上风电存在着巨大想象空间。

技术层面，明阳智能“导管架风机+网箱”风渔融合一体化装备已经开工建造，形成集海上风力发电、深远海养殖于一体的“风渔”融合智能化装备，其养殖水体约为5000立方米，可养鱼约15万尾。

以此为支撑，明阳智能推进“海上风电+海洋牧场”模式开发才更有底气。

未来，集海上风电、海水制氢、海洋牧场于一体的海上浮式综合能源产业将迎来更多的发展新机遇。

02

摸索：技术推进

说起来，电解海水制氢的也已经有几十年的历史了。

这其中，不乏顶尖科学家、实验室、科研机构参与研究。全球主要研究机构有中国科学院、法国国家科学研究中心、日本东北工业大学、北京化工大学、印度科学工业研究理事会、美国休斯敦大学等。

通过大量学者的努力，研究出了多种路线，主要的技术有碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、固态氧化物电解水制氢和固态聚合物阴离子交换膜电解水制氢等。

不仅如此，人类还试图将这些技术推向室外，策划电解海水制氢示范项目。

在国外，2019年有一批电解海水制氢项目出现。德国、英国、荷兰、日本等国家都先后提出了用海水制氢的计划。

相比于国外，我国海水制氢项目发展相对较晚。2020年6月，我国第一个海上风电制氢项目青岛启动。之后，在福建、广东等省份陆续有了海水制氢示范项目落地。

可是，电解海水制氢技术目前在全球来看都还处于试验阶段。现有的实验也都是将海水淡化后电解制氢。海上风电制氢产业也没有迎来更大的发展。

这主要是因为电解海水制氢技术难度很大。

海水中含有大量的离子、微生物和颗粒等杂质，会导致电解制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题。

在研究中除了以海水直接制氢一种方式之外，有的学者也提出海水间接制氢。

海水间接制氢也就是将海水先淡化形成高纯度水，然后再电解制氢。

将海水淡化理论上可行，可是对于大型风电场而言，淡化海水需要消耗太多能量，而且海水淡化的设备也会增加风电场的建设和运维的成本。

直接电解海水制氢又无法破解电解系统中电极/催化剂老化、耐久性差等问题。

因此，虽然20世纪70年代初就已经有科学家提出海水直接电解制氢的概念，半个世纪过去了，国内外知名研究团队也进行了大量探索研究，一直未有突破性进展。

规模化高效稳定的海水直接电解制氢原理与技术更是世界空白。

03

突破：破解谜题

既然这么难，人类为什么还前仆后继的研究海水电解制氢呢？

为应对气候压力，全球能源转型的浪潮一浪高过一浪。海洋可再生能源因其不占用土地空间、资源分布广泛、开发潜力大、可持续利用、绿色清洁等优势，成为全球能源发展的重要组成部分。

我国拥有超过1.8×10⁴km的大陆海岸线，可利用海域面积超过3×10⁶km²，离海岸5~50m、70m高度的海上风电可开发资源量约为5×10⁸kW/年；70m以上实际可开发资源量更多。

海上风速高，风机单机容量大，年运行小时数最高可达4000h以上，并且海上风电效率较陆上风电年发电量多出20%~40%，具有更高的能源效益。

海上风能资源还具有运行效率高、输电距离短、就地消纳方便、适宜大规模开发等特点。

而且发展海上风电，还可以缓解我国风、光资源“西富东贫、北多南少”的问题，为占全国负荷需求70%以上的中东部提供电力支撑。

因此，海上风电大规模开发，能够减轻“西电东送”通道建设压力。

在海上建设风电场还可以远离陆地，不受城市规划影响，也不必担心噪音、电磁波等对居民的影响。

在此前提下，大规模发展海上风电成为加速能源转型的战略选择。

根据各省规划，到2035年，我国海上风电装机将达到1.3×108kW左右。

随着国际、国内风电规划建设加码，海上风电像太阳能一样近年来迅速发展。海上风电总体呈现“由小及大、由近及远、由浅入深”的发展趋势，单机额定容量逐步增大，海上风电机组也已经进入20MW时代。

风电场规模越来越大，单体规模超过百万、千万千瓦；风场离岸距离和水深不断增加，超过100km和100m，深远海化趋势明显。

这些位于大海里的可再生电力如何送到负荷中心？现在，普遍是使用海缆将电力传送回陆地。

当风电驶向了深远海，电能输送对海缆制造技术难度进一步增加，一方面对长度要求提高，另一方面由于长距离电容效应损耗加大，对电压等级要求提高。

当风电场装机容量500~1000MW、离岸距离50~100km时，海缆损耗为1%~5%。对于海上高压直流输电系统，考虑到不同的风电场容量和离岸距离，海缆损耗为2%~4%。相比之下，海上输气管道的传输损耗低于0.1%。

而且，海上风电和陆上风电有着同样的缺陷：不稳定。以袁慧玲教授2012年对中国的南海风力资源的考察为例，海上风资源在不同时间尺度上波动性很大，风力大小主要取决于大气环流。

还有一个情况就是，风电场规模越大这种波动性越大。为了平抑这种波动性，配备相应的储能系统就显得非常必要了。

无论是平抑风电的波动性还是考虑成本和电能损耗等方面的因素，直接将风电电解海水制成氢气将电能储存在氢气里都是更好的选择。

可是一直以来，风电规模化直接电解海水都是很大的挑战，这也从某种程度上制约了海上风电向深远海的发展。

现在，“东福一号”海试成功正破解了这一困扰直接电解海水制氢气半个世纪的难题，为海上风电储能提供了新的技术路线。

谢和平团队论文评审专家认为，“很少有论文能够令人信服地从海水中实现规模化稳定制氢，但该论文的工作恰恰做到了这一点。他们完美地解决了有害腐蚀性这一长期困扰海水制氢领域的难题，将打开低成本燃料生产的大门，有望推动变革走向更可持续的世界。”

该成果有望开辟集“海上风电等可再生能源利用-海水资源利用-氢能生产”为一体的全新海洋绿氢工业体系。

文章来源： 阳光氢能科技，antpedia，石油Link