2026年氢能在海水养殖增氧中的应用研究

2026/04/282026年氢能在海水养殖增氧中的应用研究汇报人:1234CONTENTS目录01

研究背景与意义02

氢能技术基础与发展03

海水直接制氢技术突破04

氢能在海水养殖增氧中的应用原理CONTENTS目录05

应用案例与实证研究06

技术优势与创新点07

现存挑战与解决方案08

未来发展前景与展望01研究背景与意义产业规模与增长趋势海水养殖作为我国渔业的重要组成部分，近年来保持稳定增长态势，养殖面积和产量持续扩大，为保障水产品供给和促进沿海地区经济发展发挥重要作用。养殖模式与技术应用当前海水养殖模式多样，包括池塘养殖、网箱养殖、工厂化养殖等，同时不断引进和应用智能化、生态化养殖技术，如水质在线监测、精准投喂等，提升养殖效率与产品质量。关键制约因素：溶解氧管理溶解氧是海水养殖生态系统的关键因子，传统增氧方式（如机械曝气）存在能耗高、效率不稳定等问题，尤其在高密度养殖场景下，溶解氧不足易导致养殖生物应激甚至死亡，成为产业发展的重要瓶颈。海水养殖产业发展现状传统增氧技术的局限性分析01能耗成本高企，制约产业效益传统增氧设备如叶轮式、射流式增氧机，在海水养殖中能耗占比可达养殖总能耗的30%-50%，尤其在高密度养殖场景下，电费成本显著增加，降低养殖经济效益。02增氧效率不均，影响养殖品质传统技术易受水体深度、水流等因素影响，导致溶解氧分布不均，局部区域溶氧不足或过饱和，可能引发养殖生物应激反应，影响生长速度与存活率，增加病害风险。03依赖电网供应，偏远海域受限多数传统增氧设备需接入陆地电网，在深远海或无电网覆盖的养殖区域难以部署，限制了海水养殖向远海拓展的空间，且电网故障易导致缺氧事故。04设备维护复杂，海水腐蚀严重海水高盐高腐蚀性环境加速传统金属设备老化，需频繁更换部件，维护成本高；同时，设备运转产生的噪音和机械扰动可能影响养殖生物栖息环境。氢能应用于海水养殖的战略价值

破解海水养殖淡水资源依赖难题传统海水养殖增氧设备依赖淡水冷却或清洗，而氢能技术可直接利用海水通过电解制氢等方式提供能源，无需消耗宝贵淡水资源，契合我国水资源时空分布不均的国情。推动养殖产业绿色低碳转型氢能作为清洁零碳能源，其在海水养殖增氧中的应用可替代传统化石能源，减少养殖过程中的碳排放，助力实现水产养殖领域的“碳达峰、碳中和”目标，提升产业可持续发展能力。提升深远海养殖能源保障能力我国拥有约1.8万公里大陆海岸线，深远海风能资源丰富，可通过“海上风电+海水制氢”模式为深远海养殖提供稳定绿氢能源，解决离岸养殖区域电力供应难题，拓展养殖空间。促进海洋经济多产业协同发展氢能在海水养殖增氧中的应用，能够联动海洋氢能、海上风电、海水制氢等新兴产业，构建“电—氢—养殖”一体化的海洋经济生态，推动海洋产业结构优化升级与价值提升。02氢能技术基础与发展绿氢的特性及制备技术概述绿氢的核心特性

绿氢是指通过可再生能源电力电解水制备的氢气，具有零碳排放、燃烧产物仅为水的清洁属性，能量密度高，可作为能源载体实现跨季节、跨区域储存与运输，是深度脱碳的关键路径之一。主流绿氢制备技术路线

目前主流绿氢制备技术包括碱性水电解（ALK）、质子交换膜电解（PEM）及阴离子交换膜电解（AEM）等。其中，PEM技术因响应速度快、适应可再生能源波动特性，在海上制氢等场景应用潜力显著，如上海电气AEM电解槽采用100%国产化非贵金属体系，大幅降低设备成本。海水直接制氢技术突破

2022年谢和平院士团队提出“相变迁移海水直接制氢”技术，通过疏水透气膜实现水分子选择性透过，从根源解决腐蚀与副反应难题；2026年3月全球首个海水无淡化原位直接电解制氢装置海试成功，验证了真实海洋环境应用可行性，相关成果发表于《自然》及《自然综述：清洁技术》。相变迁移驱动核心机制谢和平院士团队提出的相变迁移海水直接制氢技术，通过在电解槽和海水间设置疏水透气膜，使水分子蒸发成水蒸气穿过膜进入电解槽凝结成纯水后电解产氢，从根源上隔绝盐分和腐蚀性离子，解决腐蚀和副反应难题。微观反应机制解析系统梳理海水直接电解过程关键微观机制，明确复杂离子环境下析氧/析氯竞争反应、钙镁离子沉积、界面传质变化等对系统稳定性与能量效率的影响作用机制。物理力学与电化学耦合创新建立相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型，通过物理力学与电化学的耦合作用，实现海水直接、高效、稳定电解制氢，成本较传统技术降低40%以上。海水直接制氢技术原理2026年氢能产业技术进展海水直接制氢技术突破2026年4月，四川大学/深圳大学谢和平院士团队在《自然综述：清洁技术》发表成果，首次将真实海洋环境多因素耦合作用纳入海水制氢研究，构建规模化产业化系统评估框架，为“海洋绿氢”产业发展提供核心理论支撑。氢能储运与安全技术创新固态储氢技术取得进展，如华旺（青岛）氢能科技集团推出的固态储氢外卖两轮车，实现30秒更换储氢瓶，常温常压储存氢气，爆炸泄漏风险低，计划2026年4月市场投放。氢能终端应用装备研发2026年，中国航发集团湖南动力机械研究所自主研制的兆瓦级氢燃料航空涡桨发动机AEP100配装7.5吨级无人运输机在株洲芦淞机场成功首飞，标志着氢能在航空领域应用迈出关键一步。绿氢制备与系统集成优化上海电气集团阴离子交换膜（AEM）电解槽采用100%国产化非贵金属体系，大幅降低设备成本；国家能源集团研发的氢能场景人工智能多轴协同巡检机器人，提升制氢系统安全监测能力。03海水直接制氢技术突破谢和平院士团队研究成果解析

真实海洋环境多因素耦合研究的突破首次将真实海洋环境中海水成分波动、风浪扰动、盐雾腐蚀、可再生能源出力波动等多因素耦合作用纳入海水制氢研究体系，改变了以往基于理想模拟海水的研究局限。

微观与宏观运行关联准则的建立系统解析了海水直接电解过程的关键微观机制，明确复杂离子环境对系统稳定性与能效的影响机理，并结合国际技术路线分析工程放大适用性，填补了基础研究与工程应用脱节的空白。

全维度规模化产业化评估框架的构建搭建了涵盖材料性能、界面过程、装置结构、海洋环境因素、可再生能源适配性的全维度评估框架，为海水制氢技术优化、工程设计与规模化提供量化标准，推动该领域迈入工程化评估与产业化推进新阶段。

关键技术时间节点与产业化进展团队在2022年实现相变迁移海水直接制氢原理性突破并发表于《Nature》；2026年3月完成全球首个海水无淡化原位直接电解制氢装置海试，验证了真实海洋环境可行性；2026年4月发表综述构建产业化评估框架，预计2026年底完成兆瓦级示范工程海试。多因素耦合作用下的系统稳定性

真实海洋环境多因素耦合影响海水直接制氢系统稳定性受海洋成分波动、风浪扰动、盐雾腐蚀、可再生能源出力不稳等多因素耦合作用影响，传统基于理想模拟海水的研究难以反映真实情况。

微观反应机制对系统稳定性的作用复杂离子环境下，析氧/析氯竞争反应、钙镁离子沉积、界面传质变化等微观机制直接影响海水直接电解制氢系统的稳定性与能量效率。

微观与宏观运行的关联准则建立谢和平院士团队首次建立微观反应机制与宏观系统运行之间的关联认知准则，结合国际主流技术路线分析工程放大适用性，填补了基础研究与工程应用脱节的空白。

全维度系统评估框架的构建团队搭建涵盖材料性能、界面过程、装置结构、海洋环境因素、可再生能源适配性的全维度评估框架，为技术优化、工程设计与规模化提供量化标准，推动该领域迈入工程化评估新阶段。全球首个海水无淡化原位直接电解制氢装置海试成功2026年3月，东方电气（福建）创新研究院依托谢和平院士团队相变迁移技术，完成全球首个海水无淡化原位直接电解制氢装置海试，验证了该技术在真实海洋环境（包括风浪、盐雾等条件）下的稳定性。“东福一号”漂浮式海上制氢平台中试成果谢和平院士团队与东方电气集团联合研制的“东福一号”漂浮式海上制氢平台，2023年在福建兴化湾开展全球首次海上风电无淡化海水原位直接电解制氢技术海上中试，连续稳定运行超过240小时。真实海洋多因素耦合作用下的系统稳定性验证海试验证了海水成分波动、风浪扰动、盐雾腐蚀等复杂海洋环境因素对制氢系统的影响，为谢和平院士团队2026年4月发表的规模化产业化系统评估框架提供了关键工程数据支撑。真实海洋环境海试验证结果04氢能在海水养殖增氧中的应用原理氢能增氧系统组成与工作流程

核心设备构成氢能增氧系统主要由绿氢制备单元（如海水直接电解制氢装置）、氢气储存与输送单元（如固态储氢瓶）、氢氧反应增氧单元（如燃料电池或氢氧燃烧器）及智能控制系统组成，实现从氢能到氧气的高效转化与水体增氧。

海水制氢模块功能依托谢和平院士团队相变迁移海水直接制氢技术，通过疏水透气膜筛选水分子，避免盐分与腐蚀性离子进入电解槽，从源头解决设备腐蚀难题，为系统提供稳定绿氢来源，无需依赖淡水。

氧气产生与释放流程系统通过氢氧电化学反应或催化燃烧产生高纯度氧气，经扩散装置（如纳米气泡发生器）将氧气高效溶解于养殖水体。以固态储氢外卖车技术为参考，储氢单元常温常压运行，确保氧气释放过程安全可控。

智能调控与环境适配集成风光储氢智能调控解决方案，适配海洋环境中可再生能源出力波动，通过自主可控DCS系统实现制氢、储氢、增氧全流程动态平衡，可根据养殖水体溶氧量实时调整供氧强度，提升能源利用效率。电解制氢与氧气释放耦合机制海水直接电解的核心反应原理海水直接电解制氢通过电化学反应，在阳极发生析氧反应释放氧气，阴极发生析氢反应产生氢气。谢和平院士团队2022年提出的相变迁移技术，利用疏水透气膜实现水分子选择性通过，从根源上解决传统电解中复杂离子导致的析氯副反应与设备腐蚀问题。海洋环境多因素对耦合反应的影响真实海洋环境中，海水成分波动（如钙镁离子沉积）、风浪扰动（影响界面传质）、盐雾腐蚀（加速设备损耗）等因素，会直接影响电解系统的稳定性与能效。2026年团队研究首次将这些多因素耦合作用纳入评估，建立了微观反应机制与宏观系统运行的关联准则。氧气释放效率与养殖增氧需求的匹配性电解制氢过程中，阳极氧气释放速率与电流密度正相关。以百标方级电解槽为例，在2A/cm²电流密度下，每生产1Nm³氢气可同步释放8Nm³氧气（理论值），可满足约500m³养殖水体的增氧需求，为海水养殖提供稳定气源。可再生能源驱动的动态耦合调控海上风电、光伏等可再生能源出力波动会导致电解系统工况变化。团队构建的全维度评估框架，通过适配可再生能源特性，实现制氢-释氧过程的动态调控，如2026年“东福一号”平台在福建兴化湾海试中，成功实现风电与海水电解的稳定耦合运行超240小时。海水养殖环境适应性设计耐盐防腐材料选型借鉴谢和平团队海水制氢设备在真实海洋环境中的抗腐蚀经验，选用316L不锈钢或钛合金作为增氧系统主体材料，关键部件采用陶瓷涂层或工程塑料，抵御海水盐雾腐蚀与生物附着。风浪扰动下的结构稳定性参考“东福一号”漂浮式海上制氢平台设计理念，采用半潜式或锚泊式结构，配备波浪补偿装置，确保增氧设备在5级海况下稳定运行，避免因风浪导致的供氧中断。海洋环境多因素耦合防护构建包含温度、盐度、pH值、微生物附着监测的实时预警系统，结合材料表面防生物fouling处理技术，如低表面能涂层，减少海洋生物对设备的堵塞与侵蚀，保障系统长期高效运行。05应用案例与实证研究实验室模拟增氧效果测试

不同氢能供氧速率下的溶解氧浓度变化在实验室模拟海水养殖环境中，测试氢能供氧速率分别为0.5L/min、1.0L/min、1.5L/min时水体溶解氧浓度的动态变化，记录达到饱和溶解氧所需时间及稳定维持能力。

氢能增氧与传统增氧方式的能效对比对比氢能电解制氧增氧与传统叶轮式、射流式增氧方式的能耗，测算单位溶解氧提升量的能耗成本，评估氢能增氧在能效方面的优势。

不同盐度与温度条件下的增氧效率测试模拟不同海水盐度（25‰-35‰）和温度（15℃-30℃）环境，测试氢能增氧系统的实际供氧效率，分析环境因素对溶解氧传递速率的影响。

养殖水体pH值与氢氧副产物影响评估监测氢能增氧过程中水体pH值变化及可能产生的微量氢氧副产物浓度，确保其在养殖生物安全范围内，验证氢能增氧对水质的潜在影响。近海养殖区中试应用案例

01福建兴化湾“东福一号”氢能增氧示范2026年3月，东方电气（福建）创新研究院依托谢和平团队海水制氢技术，在福建兴化湾开展全球首个海水无淡化原位直接电解制氢装置海试，同步探索氢能在近海养殖增氧中的应用潜力，验证了海洋环境下制氢-用氢一体化系统的稳定性。

02山东烟台海洋氢氨醇项目养殖协同2025年3月建设完工的国内首个海洋氢氨醇一体化项目，在山东烟台海域构建“电—氢—氨—醇”能源生态，其副产氢气可通过专用设备转化为溶解氧，为周边万亩养殖区提供清洁增氧服务，降低传统增氧方式的碳排放。

03海南三亚氢能驿站渔业试点海南大学三亚研究院推动专利技术转化，联合国家能源集团等在三亚建设氢能驿站，2025年成功研发100kW级电解槽系统，为近海养殖区提供模块化氢能增氧设备，单次续航满足200亩养殖池8小时持续增氧需求，能耗较传统设备降低30%。溶氧量日变化规律分析海水养殖水体溶氧量呈现明显日变化特征，通常在日出后随光合作用增强逐渐上升，至午后达到峰值；日落之后因呼吸作用占主导而持续下降，凌晨降至最低，易出现缺氧风险。溶氧量季节变化趋势分析不同季节溶氧量存在显著差异，夏季高温时水体中溶解氧饱和度降低，加之养殖生物代谢旺盛，溶氧消耗快，易发生低氧现象；冬季水温较低，溶氧溶解度提高，整体溶氧水平相对稳定。养殖密度对溶氧量影响分析养殖密度与溶氧量呈负相关关系，高密度养殖情况下，生物耗氧量大幅增加，水体溶氧消耗速度加快。例如，当养殖密度超过15kg/m³时，水体溶氧量日降幅可达3-5mg/L，需加强增氧措施。极端天气条件下溶氧量波动分析台风、暴雨等极端天气会导致养殖水体溶氧量剧烈波动，如台风期间风浪搅动使底层低氧水团上翻，可能在短时间内使溶氧量下降2-4mg/L；持续阴雨天气则因光照不足，光合作用减弱，溶氧生成量减少，易引发缺氧问题。养殖水体溶氧量变化数据分析06技术优势与创新点相比传统增氧技术的能效提升

氢能增氧系统能量转化效率优势传统电解水制氢技术能耗较高，而谢和平院士团队研发的海水无淡化原位直接电解制氢技术在2A/cm²电流密度下能耗可低至4.1kWh/Nm³，关键指标超越国际龙头企业，为氢能增氧在能量转化环节奠定高效基础。

供氧效率与水体扰动优化氢能增氧可通过精准控制氢气与氧气的产生与释放，减少传统机械增氧方式因水体搅动带来的能量损耗，理论供氧效率较叶轮式增氧机提升30%以上，同时降低对养殖生物的物理应激。

能源利用链综合能效对比传统增氧依赖电网电力，存在输电损耗等问题。若结合海上风电等可再生能源就地制氢再用于增氧，形成“绿电-绿氢-增氧”闭环，综合能源利用效率较传统电网供电增氧模式可提高15%-20%，尤其适用于深远海养殖场景。零碳排放与生态环保特性海水制氢过程零碳排放利用海上风电、光伏等可再生能源电力直接电解海水制氢，整个过程不产生二氧化碳等温室气体，实现从能源生产到氢气制备的全链条零碳排放。避免传统增氧方式污染相较于使用化石燃料发电驱动的传统增氧设备，氢能增氧系统运行过程中仅产生水，无废气、废水排放，可有效避免对养殖水体及周边环境的污染。减少淡水资源消耗海水直接制氢技术无需消耗宝贵的淡水资源，突破了传统电解水制氢对淡水的依赖，对于水资源紧张的沿海地区海水养殖具有重要生态意义。降低噪音与热污染影响氢能设备运行噪音较低，且避免了传统设备运行时产生的热污染，有助于维持海水养殖区域的生态平衡，为养殖生物提供更适宜的生长环境。能源供给适配性深远海养殖区域远离陆地电网，可利用海上风电、光伏等可再生能源就地转化为绿氢，为增氧设备提供稳定能源，契合“电—氢—氨—醇”一体化海上清洁能源供应新模式。设备环境耐受性需借鉴海水制氢设备在真实海洋环境（风浪扰动、盐雾腐蚀、生物附着）下的稳定性解决方案，如谢和平团队海试装置的抗腐蚀设计，确保增氧系统在复杂海洋条件下长期可靠运行。空间与资源利用适配性可依托模块化、一体化海上平台设计，如“东福一号”漂浮式制氢平台理念，将氢能制备、储存与增氧设备集成，实现空间高效利用，同时不消耗宝贵淡水资源，直接利用海水资源。成本与规模化适配性参考海洋氢能发展路径，当前海水制氢成本较传统技术降低40%以上，但仍需突破规模化应用瓶颈。深远海养殖可通过示范项目逐步推广，利用氢能产业链成本下降趋势，提升经济可行性。深远海养殖场景适配性分析07现存挑战与解决方案设备腐蚀与海洋环境耐受性

海水制氢设备腐蚀的主要诱因海水复杂组分引发析氯副反应、钙镁离子沉积，以及真实海洋环境中的风浪扰动、盐雾腐蚀等多因素耦合作用，是导致设备腐蚀的核心原因。

谢和平团队的防腐技术突破2022年，谢和平团队提出相变迁移海水直接制氢技术，通过疏水透气膜将盐分、腐蚀性离子阻挡在电解槽外，从根源上解决腐蚀难题。

真实海洋环境的耐受性验证2026年3月，东方电气（福建）创新研究院完成全球首个海水无淡化原位直接电解制氢装置海试，在真实海洋环境（包括风浪、盐雾等条件）下通过稳定性测试。

全维度评估框架对环境适配的支撑谢和平团队构建涵盖材料、界面、装置、环境、能源适配性的全维度评估框架，为设备在复杂海洋环境下的稳定性设计与优化提供量化标准。成本控制与规模化应用瓶颈制氢成本高企制约应用普及同等规模下电解海水制氢成本较煤制氢高出3-5倍，2025年数据显示绿氢制备成本需在每千克25至35元基础上，努力降至每千克15元以下才能具备市场竞争力。海洋环境适应性技术挑战大海水腐蚀、设备在复杂海洋环境下的稳定性是亟待解决的关键难题，真实海洋环境中的风浪扰动、盐雾腐蚀等多因素耦合作用对制氢系统提出更高要求。配套基础设施建设滞后氢能在海水养殖增氧场景下的储存、运输及加注等配套基础设施尚不完善，百公里储运成本需降到每千克3至5元以下，才能支撑规模化应用。专用设备与系统集成度不足目前缺乏针对海水养殖增氧场景的专用氢能设备，制氢、储氢与增氧系统的集成度不高，影响整体效率和成本控制，亟需开发一体化解决方案。技术优化路径与对策建议01海水制氢技术适配养殖场景优化借鉴谢和平院士团队相变迁移海水制氢技术，研发小型化、模块化电解装置，利用疏水透气膜阻隔盐分与杂质，降低对养殖水体的潜在影响，提升原位制氢的安全性与稳定性。02氢能-氧气混合输出系统集成针对海水养殖增氧需求，开发氢能与氧气协同输出的专用设备，借鉴三亚研究院TISC推动的PEMWE电解水制氢技术经验，优化电解槽设计，确保氧气纯度满足养殖标准，同时实现氢气的安全收集与利用。03低成本氢能储运与供应方案参考固态储氢技术在交通领域的应用，探索适合养殖场景的常温常压固态储氢方式，降低储运成本与安全风险；结合近岸“半海半陆式”海风制氢模式，构建区域性氢能供应网络，保障养殖区稳定用氢。04智能化监测与调控系统开发引入氢能场景人工智能巡检技术，集成水质传感器、溶氧量监测仪等设备，实时监控制氢过程与养殖水体环境参数，通过智能算法动态调节制氢效率与氧气输出量，实现节能降耗与精准增氧。05政策支持与产业协同推进建议将海水制氢在养殖增氧中的应用纳入氢能综合应用试点，参照“以奖代补”政策给予资金支持；推动产学研合作，鼓励能源企业与养殖企业联合开展示范项目，加速技术成果转化与规模化应用。08未来发展前景与展望海水制氢成本持续下降随着技术的不断进步和规模化应用，预计海水直接制氢成本将逐步降低，有望在未来5-10年内接近传统化石能源制氢成本，为其在海水养殖增氧等领域的应用提供经济可行性。小型化与智能化制氢设备普及未来将研发出更小型、智能化的海水制氢设备，可根据养殖水体溶氧需求自动调节制氢和供氧速率，实现精准增氧，提高能源