海上綜合平臺(tái)與氫能的耦合發(fā)展

王俊文

（國華能源投資有限公司，山東濟(jì)南 250001）

0.引言

氫能的運(yùn)用過程不會(huì)直接產(chǎn)生包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)大的任何污染物，故探索氫能的有效利用方式契合可持續(xù)發(fā)展理念。傳統(tǒng)的水電解制氫等過程，產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)低于消耗的能量，不具備實(shí)用性。目前，海上綜合平臺(tái)的建設(shè)，有希望實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)與氫能的耦合發(fā)展。

1.建設(shè)海上綜合平臺(tái)的重要意義分析

最基本的海上平臺(tái)是指高出海面，具有一定水平臺(tái)面的一種桁架構(gòu)筑物，主要用于各種生產(chǎn)作業(yè)和相關(guān)活動(dòng)[1]。近年來，海上平臺(tái)的功能性日益多樣化。比如在2014年10月，我國便已在南沙群島附近開展填海工程，目的在于在南海修建人工島、大型浮動(dòng)式平臺(tái)。該類設(shè)施一旦修建成功，則會(huì)成為海上油氣田開采、漁業(yè)捕撈等多種海洋活動(dòng)中的物資補(bǔ)給基地，從根本上提升對我國領(lǐng)海的控制力和應(yīng)用效率。目前，我國開發(fā)的國際級重大海上綜合平臺(tái)項(xiàng)目為橫架式超大型海上平臺(tái)，采用一種全新的海上浮體結(jié)構(gòu)形式，是一類新型海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)，最大標(biāo)準(zhǔn)面積預(yù)期達(dá)到5艘大型航母的甲板面積之和，或者超過15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場的面積總和。除了上述功能之外，建設(shè)海上綜合平臺(tái)的另一項(xiàng)重要意義在于，探索海上風(fēng)電、海水淡化、制氫、加氫一體化的可行性。2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上提出“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。能源消耗中只有化石能源產(chǎn)生碳排放，而非化石能源不產(chǎn)生碳排放。為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，尋找傳統(tǒng)化石能源的替代能源就顯得尤為重要了。氫能，被眾多專家和業(yè)內(nèi)人士稱之為21世紀(jì)終極能源。燃燒熱值高，燃燒同等質(zhì)量的氫產(chǎn)生的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。這就為找出一條新的發(fā)展道路，探索新型清潔能源具備了可行性。但氫是一種二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氫效率很低，因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)的制氫技術(shù)是各國科學(xué)家共同關(guān)心的問題。促使海上風(fēng)電、海水淡化、高效率制氫、綠色運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域密切合作、協(xié)調(diào)發(fā)展，便成為另一條重點(diǎn)探索之路。按照蘇州競立制氫設(shè)備有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人員、中國工程院院士倪維斗等人的說法：“海上風(fēng)電－海水淡化－制氫一體化發(fā)展大有可為。”由此可見，首先完成海上綜合平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電與氫能制備的耦合發(fā)展，將會(huì)在未來很長一段時(shí)間內(nèi)成為我國新能源發(fā)展領(lǐng)域的主旋律。

2.基于實(shí)例的海上綜合平臺(tái)與氫能耦合發(fā)展實(shí)現(xiàn)方式

2.1 深遠(yuǎn)海綜合平臺(tái)綜述

深遠(yuǎn)海綜合平臺(tái)項(xiàng)目選址在我國環(huán)黃海經(jīng)濟(jì)圈[2]。該區(qū)域是我國海洋漁業(yè)、北方海上航運(yùn)重要海域，直接影響我國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量及安全。此外，由于我國海岸線較長，而為了保障海防線安全，僅僅依靠海軍力量是不夠的。因此，建立以深遠(yuǎn)海平臺(tái)型基地為主體的“海上長城”，是實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國”的重大戰(zhàn)略任務(wù)。綜合而言，建設(shè)深遠(yuǎn)海綜合預(yù)警平臺(tái)，是結(jié)合海洋預(yù)警防范、遠(yuǎn)海養(yǎng)殖、旅游文化、科學(xué)研究為一體的綜合類項(xiàng)目，其優(yōu)勢在于：第一，基于半潛式的海上平臺(tái)形成遠(yuǎn)海綜合造價(jià)成本較低；第二，海防監(jiān)測預(yù)警前端可在無需海軍介入的情況下，進(jìn)一步向深海延伸，進(jìn)而有效擴(kuò)大監(jiān)測范圍；第三，增強(qiáng)海上預(yù)警能力的同時(shí)，還能夠發(fā)展遠(yuǎn)海養(yǎng)殖、海上倉儲(chǔ)、海洋通信、海上風(fēng)力發(fā)電、氫能制備等產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)海防、經(jīng)濟(jì)、科研的融合式發(fā)展。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

本項(xiàng)目的最終建設(shè)目標(biāo)為：建成海上平臺(tái)型綜合保障基地，以環(huán)黃海經(jīng)濟(jì)區(qū)為始源，向全國延伸覆蓋，全面提升對區(qū)域內(nèi)海洋目標(biāo)的實(shí)施觀測預(yù)警預(yù)報(bào)能力。以此為基礎(chǔ)，我國遠(yuǎn)海氫能制取、能源供應(yīng)、漁業(yè)智能養(yǎng)殖、海洋科學(xué)研究、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科普文旅活動(dòng)等的應(yīng)用模式均會(huì)得到創(chuàng)新。

2.3 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

本項(xiàng)目涉及的海上綜合平臺(tái)選址為北緯36°，屬環(huán)黃海山東省附近海區(qū)，計(jì)劃投資11億元人民幣，平臺(tái)具備綜合性和預(yù)警性。周邊連接部署的具體內(nèi)容包含：海上無人機(jī)、水面無人艇、潛標(biāo)、海底水聲監(jiān)聽陣列、水下無線充電站等觀測裝備，形成海情和海洋環(huán)境立體觀測預(yù)警體系。以此為基礎(chǔ)，建設(shè)團(tuán)隊(duì)預(yù)期在后續(xù)逐漸加入其他內(nèi)容：第一，在該平臺(tái)運(yùn)行的初期，除了基礎(chǔ)的海域情況監(jiān)測之外，平臺(tái)的日常作業(yè)以海水養(yǎng)殖、海上試驗(yàn)為主，希望打造出較為完善的深遠(yuǎn)海漁業(yè)新業(yè)態(tài)以及海工裝備國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)養(yǎng)殖的“陸海統(tǒng)籌”體系建設(shè)。第二，隨著平臺(tái)使用時(shí)間的增加，在漁業(yè)等基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式之上，逐漸與海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目結(jié)合，成功構(gòu)建海上風(fēng)力發(fā)電場。第三，當(dāng)基于海上綜合平臺(tái)的海上風(fēng)力發(fā)電場風(fēng)力發(fā)電量穩(wěn)定至一定的規(guī)模之后，可將產(chǎn)生的剩余電能應(yīng)用于氫能制備。至此，海上綜合平臺(tái)不僅實(shí)現(xiàn)了與氫能制備之間的耦合發(fā)展，不但解決了中遠(yuǎn)海能源消納問題，還會(huì)以該平臺(tái)為中心，構(gòu)建成新的海上平臺(tái)自主發(fā)展體系，進(jìn)而完成我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展一部分從陸地向海洋的轉(zhuǎn)化。

2.4 項(xiàng)目遠(yuǎn)景規(guī)劃

上文簡略提及了深遠(yuǎn)海綜合平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容，本段重點(diǎn)介紹具體的遠(yuǎn)景規(guī)劃部署。第一，在2021—2025年期間，首先在環(huán)黃海山東省附近海區(qū)完成深遠(yuǎn)海基礎(chǔ)綜合平臺(tái)的建設(shè)。建設(shè)規(guī)模即按照上文所述，實(shí)際上便是完成一個(gè)小型的海上綜合發(fā)展基地的建設(shè)。當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)完成之后，在周邊部署水面無人艇、波浪滑翔器等具備觀測功能的設(shè)備，構(gòu)建海上立體觀測體系。經(jīng)過數(shù)年的海上數(shù)據(jù)收集、分析處理之后，對該地區(qū)的海洋資源進(jìn)行全面評估，決定后續(xù)添加功能的規(guī)模以及可行性。目前已經(jīng)完成前期分析并正處于規(guī)劃建設(shè)中的“附加項(xiàng)目”為：海上實(shí)驗(yàn)、文旅觀光度假、海洋能源綜合利用等均已正式開展，漁業(yè)養(yǎng)殖“陸海統(tǒng)籌”體系正處于有條不紊地建設(shè)狀態(tài)。第二，在2026—2030年期間，以黃海、東海海區(qū)為主，將深遠(yuǎn)海綜合平臺(tái)的影響全面擴(kuò)散到我國近海第一島鏈[3]。特別是海洋觀測預(yù)警系統(tǒng)，除了黃海之外，東海、南海海域均會(huì)連接成一個(gè)整體（在山東省青島市、上海市、廣東省廣州市近海地區(qū)分別選擇一處區(qū)域，配合海上平臺(tái)，探索海上城市運(yùn)營的可行性）。第三，在2031—2050年的時(shí)間內(nèi)，不斷鞏固第一島鏈附近區(qū)域已經(jīng)成型的海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶的同時(shí)，還需在周邊地區(qū)逐漸建設(shè)30～50個(gè)深遠(yuǎn)海綜合基地，目的在于簡稱“海上城鎮(zhèn)”“海上綜合基地”。其中的重要內(nèi)容為：在基地附近的廣泛海域之內(nèi)，完成海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大規(guī)模布設(shè)，全面實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)力發(fā)電帶的構(gòu)建。以此為基礎(chǔ)，與我國能源企業(yè)開展深入合作，利用海上風(fēng)力發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)氫能制備，找到可持續(xù)發(fā)展的新道路。

3.結(jié)語

海上綜合平臺(tái)與氫能的耦合發(fā)展并不是一蹴而就的，而是需要逐漸增加海上綜合平臺(tái)的功能性。隨著中遠(yuǎn)海海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和海上氫能產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，將全面實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)與氫能經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展。