2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会上提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，并争取2060年前实现碳中和”。2021年10月24日，国务院发布《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰、碳中和工作的意见》。并明确指出，完成好能源行业在碳达峰、碳中和工作中的历史使命和优化现有能源结构，需加快构建清洁低碳安全高效能源体系。针对当下能源安全、气候变化等相关问题，要坚定地加快推进能源转型，从化石燃料转向可再生能源。
氢能具有高能量密度、可储存运输、高转化效率、适用范围广和环保无污染等特点，被广泛认为是大规模转化剩余可再生能源电力的方式之一。随着海上风电的大规模发展，海上电力尤其深远海可再生电力输送、消纳成为问题，利用海上风电制氢是解决海上风电大规模并网消纳难，深远海电力送出成本高等问题的有效路径；同时，还可以利用海上风电较低的度电成本提高电解制氢的收益。
技术路线
▼“电能+氢能”共享输送方式
该方案适用于离岸近、敷设海缆传输电力尚具经济性的海上风电制氢项目。方案的核心思想是将海上风电的电能和海上风电制取的氢气通过共享的一条脐带缆输送，即“电能+氢能”共享输送。
制氢系统集成布置于海上升压站。海上制氢站配置有海水淡化装置、水电解制氢装置、压缩储氢装置等。风电场风机所发电能通过中压集电海缆汇集到海上平台上，与中压开关柜连接，中压开关柜分别和升压变压器和降压变压器连接，进行升压和降压。升压后把电能通过脐带缆的电缆单元输送到陆上，降压后分别给平台设备和制氢设备供电，制取的氢气经过脐带缆的管道单元输送到陆上，脐带缆主要包括电缆单元、氢气管道单元、光纤单元、填充物及铠装等，脐带缆截面。
图1 “电能+氢能”共享输送示意图
图2 脐带缆截面
根据弃风的程度可分为3种工作模式：
（1）完全弃风模式，即风电场所发电能在满足平台设备供电后全部用来制取氢气，不并网。电能经海上平台降压后给制氢设备供电，制取的氢气经过脐带缆的管道单元输送到陆上。在此模式下，电能不经升压环节，脐带缆的电缆单元不工作。
（2）非弃风模式，即风电场所发电能在满足平台设备供电后全部并网，不制取氢气。电能经海上平台升压后通过脐带缆的电缆单元输送到陆上，经海上平台降压后给平台设备供电。在此模式下，不给制氢设备供电，脐带缆的管道单元不工作。
（3）部分弃风模式，即风电场所发电能在满足平台设备供电后部分并网，部分制取氢气，并网的量由电网调度部门调控。升压后把电能通过脐带缆的电缆单元输送到陆上，降压后分别给平台设备和制氢设备供电，制取的氢气经过脐带缆的管道单元输送到陆上。在此模式下，并网和制取氢气同时工作，脐带缆的电缆单元和管道单元同时工作。
▼海上制氢站+管道输送氢气
该方案适用于远海、敷设海缆传输电力已不具有经济性的海上风电制氢项目。风电场风机所发电能通过中压集电海缆汇集到海上制氢站上，全部用来制取氢气。制取的氢气经过海底压力管道输送到陆上储氢装置中，供陆上使用和消纳。
图3 海上制氢站管道输送氢气
▼海上加氢站+运输船输送氢气
该方案适用于远海、敷设海缆传输电力已不具有经济性的海上风电制氢项目。风电场风机所发电能通过中压集电海缆汇集到海上制氢站，全部用来制取氢气，制取的氢气充装在氢瓶组中。海上制氢站或运输船布置有吊机，氢气瓶由运输船海运到码头氢气转运场地，供陆上使用和消纳。
图4 海上制氢站船舶输送氢气
▼海上加氢站为船舶提供清洁能源
近年来，船舶航运业带来的环境污染问题受到国际社会的高度关注。规制船舶环境污染和降耗减排的国际公约及相关规划文件相继出台，且标准和规范日益严苛，绿色低碳已成为船舶航运业发展的必然趋势。
氢燃料动力船舶是很好的解决方案，可实现船舶“零排放”的目标。目前，汽车领域的氢燃料电池系统应用已较成熟，为氢燃料电池在船舶上的应用奠定了良好的基础。海上制氢站、海上加氢站可为未来氢动力船舶提供氢气。
图5 海上制氢站、加氢站为船舶提供氢气
对于以上4种方案进行综合对比，得到结论：方案1和方案2在短期内不具有技术和经济优势，需要技术攻关和科技创新，以提高安全性、可靠性并降低成本；方案2的海底管道初始投资成本不亚于海底电力电缆，故不具有经济优势；方案3在技术和经济上均具有一定优势；方案4的氢动力船舶若在短期内不能普及，则氢气消纳问题无法解决。
通过技术方案对比，海上制氢技术的研发仍存在诸多技术难题，短期之内难于技术突破和降低成本。海上风电制氢技术的研发之路道阻且长！
