海上综合平台与氢能的耦合发展

2021-11-27王俊文

中国科技纵横 2021年9期

王俊文

（国华能源投资有限公司，山东济南 250001）

0.引言

氢能的运用过程不会直接产生包括温室气体和其他废气在内大的任何污染物，故探索氢能的有效利用方式契合可持续发展理念。传统的水电解制氢等过程，产生的能量远低于消耗的能量，不具备实用性。目前，海上综合平台的建设，有希望实现海洋经济与氢能的耦合发展。

1.建设海上综合平台的重要意义分析

最基本的海上平台是指高出海面，具有一定水平台面的一种桁架构筑物，主要用于各种生产作业和相关活动[1]。近年来，海上平台的功能性日益多样化。比如在2014年10月，我国便已在南沙群岛附近开展填海工程，目的在于在南海修建人工岛、大型浮动式平台。该类设施一旦修建成功，则会成为海上油气田开采、渔业捕捞等多种海洋活动中的物资补给基地，从根本上提升对我国领海的控制力和应用效率。目前，我国开发的国际级重大海上综合平台项目为横架式超大型海上平台，采用一种全新的海上浮体结构形式，是一类新型海洋工程装备产业，最大标准面积预期达到5艘大型航母的甲板面积之和，或者超过15个标准足球场的面积总和。除了上述功能之外，建设海上综合平台的另一项重要意义在于，探索海上风电、海水淡化、制氢、加氢一体化的可行性。2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。能源消耗中只有化石能源产生碳排放，而非化石能源不产生碳排放。为实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，调整产业结构，寻找传统化石能源的替代能源就显得尤为重要了。氢能，被众多专家和业内人士称之为21世纪终极能源。燃烧热值高，燃烧同等质量的氢产生的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。这就为找出一条新的发展道路，探索新型清洁能源具备了可行性。但氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。促使海上风电、海水淡化、高效率制氢、绿色运输等领域密切合作、协调发展，便成为另一条重点探索之路。按照苏州竞立制氢设备有限公司相关负责人员、中国工程院院士倪维斗等人的说法：“海上风电－海水淡化－制氢一体化发展大有可为。”由此可见，首先完成海上综合平台的建设，实现风力发电与氢能制备的耦合发展，将会在未来很长一段时间内成为我国新能源发展领域的主旋律。

2.基于实例的海上综合平台与氢能耦合发展实现方式

2.1 深远海综合平台综述

深远海综合平台项目选址在我国环黄海经济圈[2]。该区域是我国海洋渔业、北方海上航运重要海域，直接影响我国海洋经济发展质量及安全。此外，由于我国海岸线较长，而为了保障海防线安全，仅仅依靠海军力量是不够的。因此，建立以深远海平台型基地为主体的“海上长城”，是实现“海洋强国”的重大战略任务。综合而言，建设深远海综合预警平台，是结合海洋预警防范、远海养殖、旅游文化、科学研究为一体的综合类项目，其优势在于：第一，基于半潜式的海上平台形成远海综合造价成本较低；第二，海防监测预警前端可在无需海军介入的情况下，进一步向深海延伸，进而有效扩大监测范围；第三，增强海上预警能力的同时，还能够发展远海养殖、海上仓储、海洋通信、海上风力发电、氢能制备等产业，实现海防、经济、科研的融合式发展。

2.2 项目建设目标

本项目的最终建设目标为：建成海上平台型综合保障基地，以环黄海经济区为始源，向全国延伸覆盖，全面提升对区域内海洋目标的实施观测预警预报能力。以此为基础，我国远海氢能制取、能源供应、渔业智能养殖、海洋科学研究、海洋环境保护、海洋科普文旅活动等的应用模式均会得到创新。

2.3 项目建设内容

本项目涉及的海上综合平台选址为北纬36°，属环黄海山东省附近海区，计划投资11亿元人民币，平台具备综合性和预警性。周边连接部署的具体内容包含：海上无人机、水面无人艇、潜标、海底水声监听阵列、水下无线充电站等观测装备，形成海情和海洋环境立体观测预警体系。以此为基础，建设团队预期在后续逐渐加入其他内容：第一，在该平台运行的初期，除了基础的海域情况监测之外，平台的日常作业以海水养殖、海上试验为主，希望打造出较为完善的深远海渔业新业态以及海工装备国产化产业链，实现渔业养殖的“陆海统筹”体系建设。第二，随着平台使用时间的增加，在渔业等基础经济发展模式之上，逐渐与海上风力发电项目结合，成功构建海上风力发电场。第三，当基于海上综合平台的海上风力发电场风力发电量稳定至一定的规模之后，可将产生的剩余电能应用于氢能制备。至此，海上综合平台不仅实现了与氢能制备之间的耦合发展，不但解决了中远海能源消纳问题，还会以该平台为中心，构建成新的海上平台自主发展体系，进而完成我国经济发展一部分从陆地向海洋的转化。

2.4 项目远景规划

上文简略提及了深远海综合平台的建设内容，本段重点介绍具体的远景规划部署。第一，在2021—2025年期间，首先在环黄海山东省附近海区完成深远海基础综合平台的建设。建设规模即按照上文所述，实际上便是完成一个小型的海上综合发展基地的建设。当基础设施的建设完成之后，在周边部署水面无人艇、波浪滑翔器等具备观测功能的设备，构建海上立体观测体系。经过数年的海上数据收集、分析处理之后，对该地区的海洋资源进行全面评估，决定后续添加功能的规模以及可行性。目前已经完成前期分析并正处于规划建设中的“附加项目”为：海上实验、文旅观光度假、海洋能源综合利用等均已正式开展，渔业养殖“陆海统筹”体系正处于有条不紊地建设状态。第二，在2026—2030年期间，以黄海、东海海区为主，将深远海综合平台的影响全面扩散到我国近海第一岛链[3]。特别是海洋观测预警系统，除了黄海之外，东海、南海海域均会连接成一个整体（在山东省青岛市、上海市、广东省广州市近海地区分别选择一处区域，配合海上平台，探索海上城市运营的可行性）。第三，在2031—2050年的时间内，不断巩固第一岛链附近区域已经成型的海洋经济发展带的同时，还需在周边地区逐渐建设30～50个深远海综合基地，目的在于简称“海上城镇”“海上综合基地”。其中的重要内容为：在基地附近的广泛海域之内，完成海上风力发电设备的大规模布设，全面实现海上风力发电带的构建。以此为基础，与我国能源企业开展深入合作，利用海上风力发电量，实现氢能制备，找到可持续发展的新道路。