海上风力涡轮机为清洁氢气生产提供途径

美国国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员表示，利用海上风力涡轮机产生的电力作为分解水生产清洁氢气的途径之一可能具有经济意义，特别是在美国大西洋沿岸和墨西哥湾。

根据他们在最近发表在《物理学杂志：会议系列》上的文章《美国大规模部署海上风电制氢系统的潜力》中的研究结果，在水不太深、风力强劲的地区，经济效益最好。

能否以接近美国能源部 (DOE) 低成本清洁氢目标的成本生产氢，在很大程度上取决于所使用的技术和生产地点。预计的政策激励措施也可能发挥作用。氢气可以通过电解器生产，该电解器将水(由两个氢原子和一个氧原子组成)分解成其组成部分。

由可再生能源驱动的电解器可生产所谓的清洁氢气。通过其“氢气计划”，美国能源部正在带头努力到 2031 年将清洁氢气的成本降低至每公斤 1 美元。与传统的碳密集型制氢方法相比，实现每公斤 2 美元的成本将使其在某些应用中具有成本竞争力。

美国国家可再生能源实验室 (NREL) 混合系统研究工程师、新论文的主要作者凯特琳·布鲁尼克 (Kaitlin Brunik) 表示：“海上风电和清洁氢气生产都是快速发展的技术，结合起来有潜力产生和储存大量可再生能源，并使难以电气化的行业脱碳。”

“对系统和工厂级设计和优化的持续投资和研究可以进一步促进这些系统的技术进步和成本降低。”

本文描述了使用案例研究模拟来分析2025 年、2030 年和 2035 年利用海上风能生产氢气的技术经济性。

NREL 的研究人员评估了两种依赖海上风电电解的方案，并确定了四个具有代表性的沿海风电氢能混合设施区域。

根据研究地点的水深，研究人员考虑了涡轮机是漂浮还是固定在海底。研究表明，到 2030 年，政策激励、固定底部海上风电与陆上电解等多种因素的结合，可能会使氢气的生产成本低于每公斤 2 美元。

该分析并不提供政策指导，而是代表使用在税收抵免拟议条例发布之前做出的初步假设的政策。

第一种方案是，海上风力发电厂产生的电力通过高压电缆传输到陆上站点。在那里，电解器从淡水中产生氢气。这是将海上风力发电与陆上电解相结合的传统方法。

在第二种方案中，氢气在海上风力发电厂现场从淡化海水中分离出来，需要在海上建造更多的基础设施来容纳额外的设备。然后通过管道将氢气输送到岸上储存。研究人员指出，这种方案的技术可行性尚不明确。

布鲁尼克说：“将电解器移至海上平台进行大规模能源生产是一项新挑战。要充分利用海上风电场的电力来生产氢气，需要大量电解器，以及用于水处理、氢气储存和运输的辅助设备。”

海上可再生氢生产仍是未知领域，需要创新配置将所有必要的设备与风电场整合在一起，实现千兆瓦级的运营。

除了这些系统的技术设计之外，研究人员还考虑了海上风能转氢系统的最佳安装位置。

他们考察了墨西哥湾和纽约湾的较浅地点，这些地点可以将涡轮机固定在海底，拥有丰富的风力资源，并且靠近能源部至少一个将连接氢气生产商和消费者的区域清洁氢气中心。

他们还考察了北加州沿岸和缅因湾的深水区，这些地方的涡轮机必须安装在浮动平台上。氢气将被储存在岸上的地下管道、岩洞或盐洞中。

分析预测，由于风力发电能力较强，纽约湾地区的氢气平准化成本(LCOH)(包括整个风力发电系统、电力传输和氢气系统)可能最低。

墨西哥湾的这一数字排在第二位。氢气储存地点的选择对成本有显著影响，使用洞穴计算出的 LCOH 下降了 20% 至 30%。预计的政策激励措施也是进一步降低成本的一个因素。

这项研究显示了海上风电制氢大规模部署的良好前景，随着该领域新技术和更好技术的不断发展，该领域将继续受到人们的关注。