能源革命之大勢，浩浩湯湯，不容逆轉(zhuǎn)。自習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上宣布了中國3060的碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)后，一時間眾人矚目，碳中和概念在波瀾不興的資本市場都掀起了一股炒作狂潮。
目標(biāo)雖定，具體細(xì)化卻有賴多部門協(xié)調(diào)商定。更何況中國的一系列政策往往有著短期長期以及地方與中央之間的矛盾，錯綜復(fù)雜。路徑即便明確，能否落地實施，又是另一回事?！?000多座燃煤電廠要關(guān)停嗎”之問，來自于對現(xiàn)實缺乏認(rèn)識的理想主義激進(jìn)派，抑或是別有用心的國外輿論攻勢。（擴(kuò)展閱讀：中國新聞周刊：煤電碳達(dá)峰：1000多座燃煤電廠要關(guān)停嗎？）
如何在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與遠(yuǎn)景生態(tài)目標(biāo)之間達(dá)到動態(tài)均衡，是全世界各發(fā)展階段的國家共同面臨的宏觀難題。法國先賢勒龐在100多年前的名著《烏合之眾》中已經(jīng)指出，制度本身無所謂好壞，也沒有任何內(nèi)在的作用。任何激進(jìn)激烈的變革，能改變的只是徒勞的標(biāo)簽。只有漸進(jìn)式的、出于即時需求、而不是純思辨推理的緩慢改變，才能收到效果。
中國的能源轉(zhuǎn)型之路，注定要立足于我國化石能源富足和可再生能源具備地理上的先天優(yōu)勢、能源需求嚴(yán)重地域不均、技術(shù)能力亟待升級、投資嚴(yán)重依賴政府驅(qū)動等多方面的現(xiàn)實情況，分區(qū)域分步驟地漸進(jìn)式推進(jìn)。
德國在可再生能源發(fā)展上位居世界前列。2000年即通過《可再生能源法》，歷年來多次修訂，通過初期的補(bǔ)貼扶植、產(chǎn)能過剩后的市場競價體系，一路保障了可再生能源的穩(wěn)步發(fā)展。2020年6月，德國聯(lián)邦政府公布了醞釀已久的《國家氫能戰(zhàn)略》。（擴(kuò)展閱讀：德國《國家氫能戰(zhàn)略》中文提要）
這一上升到國家層面的戰(zhàn)略計劃非常值得我國重視和借鑒。雖然目前我國對儲能行業(yè)已經(jīng)引起一定重視，但當(dāng)前以抽水蓄能和電化學(xué)蓄能為主的傳統(tǒng)調(diào)峰儲能方案有發(fā)展上限，不可能實現(xiàn)以波動性清潔能源大比率替代傳統(tǒng)化石能源的長遠(yuǎn)目標(biāo)（見圖表1）。而氫能兼具二次清潔能源與高效儲能載體的雙重角色，是實現(xiàn)可再生能源大規(guī)?？缂竟?jié)儲存、運輸?shù)淖罴颜w解決方案。
圖表1：傳統(tǒng)調(diào)峰儲能方案下未來的可再生能源功率調(diào)節(jié)缺口（源自車百智庫）
近兩年，以德國漢堡市為中心的北德地區(qū)推出了多行業(yè)、多企業(yè)、多機(jī)構(gòu)聯(lián)動的區(qū)域氫能發(fā)展項目，涵蓋氫能的生產(chǎn)、運輸、應(yīng)用等多領(lǐng)域。本文試將其產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)行歸納梳理，可供我國借鑒，原因如下：
1. 清潔的可再生能源具有不穩(wěn)定、能量密度低的特點，但其分布式利用不依賴大規(guī)模能源基礎(chǔ)設(shè)施的投資，非常適合在相對較小的區(qū)域內(nèi)開展試點建設(shè)和應(yīng)用。區(qū)域聯(lián)動在經(jīng)濟(jì)性和可行性上優(yōu)勢突出。
2. 氫能的產(chǎn)業(yè)鏈條長，涉及能源、化工、交通等多個領(lǐng)域，能夠帶動上下游企業(yè)，為經(jīng)濟(jì)增長、促進(jìn)就業(yè)提供強(qiáng)勁動力。（見圖表2）
3. 現(xiàn)有能源體系的參與者（煤電廠、工業(yè)管網(wǎng)、電力企業(yè)、灰氫生產(chǎn)企業(yè)等）都可以參與，降低能源轉(zhuǎn)型的成本沖擊。
4. 成功的項目雖然初期投入較大成本較高，但其產(chǎn)生的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)驗優(yōu)勢，可在之后的全國甚至全球輸出中獲得長期回報。這也是德國國家氫能戰(zhàn)略的目標(biāo)之一。
圖表2：氫能產(chǎn)業(yè)鏈地圖（源自車百智庫）
正文
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2019年秋，漢堡、石勒州、梅西州、下薩州和不來梅等德國北部各州同意建立綠色氫能經(jīng)濟(jì)，作為能源和交通運輸轉(zhuǎn)型的重要支柱。而漢堡作為德國氫能源版圖上的重要大都市之一，正以北德氫能戰(zhàn)略為基礎(chǔ)，尋求港口、工業(yè)、物流和航空低碳化，發(fā)展具有競爭力的綠氫經(jīng)濟(jì)。
漢堡港口和物流股份公司（HHLA）、漢堡港務(wù)局（HPA）、空中客車（Airbus）、安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）、漢堡燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)公司（Gasnetz Hamburg）、GreenPlug以及漢堡城市清潔公司，聯(lián)合“漢堡綠色氫能中心”（由殼牌、大瀑布電力公司、三菱重工和漢堡燃?xì)夤窘M成），共同組建了“漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)”（Hamburg Hydrogen Network），以促進(jìn)漢堡氫能塊區(qū)鋪設(shè)、聯(lián)動發(fā)展、節(jié)能減排。
圖表3：漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)布局圖
該網(wǎng)絡(luò)共包含以下9個項目：
1. 漢堡綠色氫能中心（HGHH）/ 制氫工廠
2. 漢堡燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)公司（Gasnetz Hamburg）/ 氫能管網(wǎng)
3. 安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）/ 綠色鋼鐵
4. 空中客車公司（Airbus）/ 氫能航空
5. 漢堡港口與物流股份公司（HHLA）
6. HADAG / 客輪航運
7. 漢堡港務(wù)局（HPA）
8. Greenplug / 船運解決方案
9. 漢堡市衛(wèi)生局（Stadtreinigung Hamburg）
由漢堡燃?xì)夤荆h堡市政供暖企業(yè)）與大瀑布電力公司（下稱Vattenfall）、殼牌和三菱重工攜手打造漢堡綠色氫能中心（項目1），計劃在德國漢堡建造一個擁有100MW容量電解槽的全球最大制氫工廠之一。該項目將利用風(fēng)能和太陽能生產(chǎn)綠色氫氣，而全球最大的國際風(fēng)能展就位于漢堡，逢雙年舉辦。據(jù)估，該工廠每小時可生產(chǎn)2噸氫氣，可供一輛氫能燃料電池汽車行駛20萬公里。
圖表4：莫爾堡制氫工廠核心數(shù)據(jù)（源自Vattenfall）
該工廠選址于由Vattenfall運營的原德國最大燃煤電廠莫爾堡（Moorburg）。繼德國宣布向燃煤電廠運營商提供資金以抵消其關(guān)閉煤廠所造成的財務(wù)損失后，莫爾堡在2020年12月的德國煤炭淘汰招標(biāo)中勝出，并終止商業(yè)運營。在這樣一座已退役的燃煤發(fā)電廠址上改建制氫工廠，對于其他地區(qū)實現(xiàn)化石燃料工廠轉(zhuǎn)型提供了一個極好的例子。
圖表5：莫爾堡航拍（Michael Lindner 攝）
莫爾堡背靠港口，便于海外船舶直接?？浚遗c德國38萬伏的輸電網(wǎng)絡(luò)及漢堡市11萬伏的輸電網(wǎng)絡(luò)相連。優(yōu)越的地理位置、不斷完善的基礎(chǔ)設(shè)施以及港口周邊潛在的能源供給需求，是發(fā)展這個塊區(qū)聯(lián)動的綠色氫能中心優(yōu)勢所在。
圖表6：漢堡綠色氫能中心發(fā)展時間表（源自Vattenfall）
根據(jù)預(yù)算，僅莫爾堡制氫工廠的投資額就將高達(dá)3億歐元。資金除來源于投資人，更多將來自聯(lián)邦政府以及歐盟的撥款。未來幾年，德國將投資90億歐元發(fā)展綠氫經(jīng)濟(jì)。據(jù)Global Energy News 4月28日報道，該項目已于今年4月26日正式啟動向“歐洲共同利益重要計劃”(IPCEI) 遞交資金申請計劃。根據(jù)最終的投資決定和目前的規(guī)劃狀態(tài)，一旦工廠改造完成，預(yù)計將在2025年開始生產(chǎn)綠氫。
作為“漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)”中實現(xiàn)綠氫制取的“大本營”，其計劃接入漢堡燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)公司（項目2）規(guī)劃的漢堡港氫能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（HH-WIN），通過氫能管道輸氣調(diào)控，以便形成氣網(wǎng)塊區(qū)行業(yè)分布式聯(lián)動。
圖表7：漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈
截至目前，除十余家大工業(yè)天然氣用戶外，來自下薩州和石荷州的項目也希望接入漢堡港氫能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，以便通過長距離管道和運輸船碼頭向其氣網(wǎng)輸送綠色氫氣。該網(wǎng)絡(luò)管道計劃在十年內(nèi)擴(kuò)建，到2030年總長度將達(dá)到60公里左右，并已在建設(shè)必要的分銷基礎(chǔ)設(shè)施（如加氫站等），以便為能源密集型的鋼鐵、銅鋁、交通、物流等行業(yè)提供綠氫燃料。
鋼鐵領(lǐng)域，全球最大的鋼鐵企業(yè)安賽樂米塔爾（下稱ArcelorMittal）（項目3）投入6500萬歐元在德國漢堡進(jìn)行氫氣-直接還原（Hydrogen-DRI）技術(shù)煉鋼示范項目，這也是全球首座氫氣煉鋼工廠。根據(jù)可用的氫氣量，使用綠色氫氣將生產(chǎn)出多達(dá)350萬噸的鋼鐵。與當(dāng)前的高爐路線相比，可以減排超過500萬噸二氧化碳。
圖表8：ArcelorMittal鋼鐵減排路徑
ArcelorMittal宣布2020年能向客戶提供首批綠色鋼鐵（約3萬噸），并在未來幾年內(nèi)擴(kuò)大規(guī)模（到2021年達(dá)到12萬噸，到2022年達(dá)到60萬噸）。ArcelorMittal計劃歐洲業(yè)務(wù)到2030年降低30%排放目標(biāo)，并在2050年實現(xiàn)凈零碳排放。
航空領(lǐng)域，去年9月空客公司（項目4）詳細(xì)發(fā)布了代號為“ZEROe”的3款零排放商用客機(jī)概念方案，均采用氫作為主要能源。而其在德國規(guī)模最大的企業(yè)，同時也是全世界三大飛機(jī)制造中心之一的空客工廠，就位于漢堡。
圖表9：空客氫動力商用客機(jī)概念圖
空客認(rèn)為，電池技術(shù)的發(fā)展在未來很長一段時間內(nèi)都無法滿足客機(jī)商業(yè)運營需求，因此轉(zhuǎn)而研究氫動力技術(shù)。氫的單位質(zhì)量能量密度是傳統(tǒng)航空煤油的3倍，但是單位體積的能量密度卻要低得多?？湛筒捎靡簹?，通過后壓力艙壁后面的儲罐進(jìn)行儲存和分配。按照空客公布的發(fā)展計劃，新型氫動力客機(jī)將于2035年投入運營。
圖表10：空客ZEROe氫動力商用客機(jī)
物流領(lǐng)域，漢堡港口與物流股份公司（項目5）計劃在漢堡碼頭投入使用各類燃料電池驅(qū)動重型設(shè)備，如卡車、拖拉機(jī)、叉車、裝卸機(jī)、吊車等。今年五月，戴姆勒和殼牌宣布簽署協(xié)議。殼牌將從2024年起，在德國漢堡、科隆及荷蘭鹿特丹港的綠色氫氣生產(chǎn)中心之間建設(shè)重型卡車加氫站。
圖表11：位于德國的殼牌加氫站
該計劃旨在不斷擴(kuò)大氫動力貨運走廊，到2025年該走廊將覆蓋1200公里，并在2030年交付150個加氫站和大約5000輛載重能力為25噸的梅賽德斯奔馳重型氫燃料卡車。該卡車采用液態(tài)氫，配有兩個氫燃料罐。據(jù)戴姆勒稱，僅用一個氫能罐就足以為燃料電池重卡提供高達(dá)1000公里甚至更長的續(xù)航里程，以滿足靈活且高要求的長途運輸需求。戴姆勒計劃2023年交付客戶測試，2025年后開始量產(chǎn)該車型。
圖表12：戴姆勒氫燃料電池概念卡車梅賽德斯奔馳GenH2
殼牌首席執(zhí)行官Ben van Beurden 表示，氫能卡車更適合用于取代傳統(tǒng)柴油動力。據(jù)戴姆勒集團(tuán)規(guī)劃，電能卡車負(fù)責(zé)較短途、中小型、市區(qū)內(nèi)的運輸，而氫能卡車則以長途、超長途、重型、城際間的運輸作業(yè)為主。至于乘用車市場，戴姆勒集團(tuán)已于 2020 年宣布停止乘用車的氫能開發(fā)計劃，同時將資源專注于商用卡車、重車的氫能動力系統(tǒng)。
航運領(lǐng)域，HADAG（項目6）作為漢堡港公共客輪運營商，計劃在其船隊中使用無排放船舶，并逐步發(fā)展為環(huán)保船隊。HADAG于2019年末宣布招標(biāo)三艘使用插電式混合動力船，計劃從柴油混合動力轉(zhuǎn)換為氫混合動力。
圖表13：HADAG概念新船舶
新船舶的概念是盡可能完全避免排放，特別是溫室氣體。所以在設(shè)計時，效率也是一個優(yōu)先考慮的因素。為了減少能源消耗，新的HADAG渡輪長約33米。乘客在上船時不會直接進(jìn)入內(nèi)部或外部樓梯，而是首先進(jìn)入一個大的外部甲板，乘客可以從那里分流，幫助旅客更快上下船，從而減少燃料消耗。目前HADAG計劃再增加兩艘全新氫混合動力船舶。
而在市政層面，漢堡港務(wù)局（項目7）通過氫港應(yīng)用項目（Hydrogen Port Applications）為漢堡港公路、鐵路和水路向低碳轉(zhuǎn)變制定基建推動計劃。一方面是為火車、卡車和船舶鋪設(shè)加氫站，一方面是建造使用氫動力設(shè)備。其中Greenplug（項目8）提供船運低碳解決方案。
漢堡衛(wèi)生局（項目9）則組建了能源回收中心（ZRE），希望通過漢堡廢物制氫項目（Waste to Hydrogen for Hamburg）,使用非物質(zhì)殘留物熱回收發(fā)電。獲得的電力將能通過電解產(chǎn)生綠氫，并為電動汽車的電池充電。
由此，從氫的制取，到實際存儲、輸送與應(yīng)用，上述9個項目多頭并進(jìn)，以期實現(xiàn)以漢堡港為中心的跨行業(yè)、多方位聯(lián)動的分布式“漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)”。這之中，德國對于傳統(tǒng)燃煤電廠關(guān)停實行招標(biāo)式漸進(jìn)并加以資金扶持，傳統(tǒng)燃煤電廠改造制氫，制氫、儲運、加氫等各環(huán)節(jié)的商業(yè)模式建立以及政府與企業(yè)雙向積極推動氫能發(fā)展等諸多細(xì)節(jié)，都對我國氫能轉(zhuǎn)型有重要借鑒意義。
參考文章：
[1]ArcelorMittal.ClimateAction Report 1[R]. ArcelorMittal, 201905.
[2]GlobalEnergy News. MHI, Shell join in on HamburgHydrogen Network. GlobalEnergy News, 20210428.
[3]SteelGuruBusiness News. 12 Companies Join Forces to FormHamburg Hydrogen Network. SteelGuruBusiness News, 20210427.
[4]DarrellProctor. Vattenfall Ready to Close LargestGerman Coal Plant. POWER,20201009.
[5]漢堡聯(lián)絡(luò)處. 漢堡氫氣管道網(wǎng)將從45公里擴(kuò)建至60公里. 漢堡聯(lián)絡(luò)處公眾號, 20210415.
[6]漢堡聯(lián)絡(luò)處. 漢堡燃煤電廠將改建為超級綠氫工廠. 漢堡聯(lián)絡(luò)處公眾號, 20210204.
[7]中國電動汽車百人會. 中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020[R]. 中國電動汽車百人會, 202010.
