能源革命之大勢(shì)，浩浩湯湯，不容逆轉(zhuǎn)。自習(xí)近平主席在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上宣布了中國(guó)3060的碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)后，一時(shí)間眾人矚目，碳中和概念在波瀾不興的資本市場(chǎng)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(guó)的一系列政策往往有著短期長(zhǎng)期以及地方與中央之間的矛盾，錯(cuò)綜復(fù)雜。路徑即便明確，能否落地實(shí)施，又是另一回事。“1000多座燃煤電廠要關(guān)停嗎”之問，來自于對(duì)現(xiàn)實(shí)缺乏認(rèn)識(shí)的理想主義激進(jìn)派，抑或是別有用心的國(guó)外輿論攻勢(shì)。（擴(kuò)展閱讀：中國(guó)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(dòng)態(tài)均衡，是全世界各發(fā)展階段的國(guó)家共同面臨的宏觀難題。法國(guó)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(shí)需求、而不是純思辨推理的緩慢改變，才能收到效果。
中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型之路，注定要立足于我國(guó)化石能源富足和可再生能源具備地理上的先天優(yōu)勢(shì)、能源需求嚴(yán)重地域不均、技術(shù)能力亟待升級(jí)、投資嚴(yán)重依賴政府驅(qū)動(dòng)等多方面的現(xiàn)實(shí)情況，分區(qū)域分步驟地漸進(jìn)式推進(jìn)。
德國(guó)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(chǎng)競(jìng)價(jià)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(guó)聯(lián)邦政府公布了醞釀已久的《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》。（擴(kuò)展閱讀：德國(guó)《國(guó)家氫能戰(zhàn)略》中文提要）
這一上升到國(guó)家層面的戰(zhàn)略計(jì)劃非常值得我國(guó)重視和借鑒。雖然目前我國(guó)對(duì)儲(chǔ)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(chǔ)能方案有發(fā)展上限，不可能實(shí)現(xiàn)以波動(dòng)性清潔能源大比率替代傳統(tǒng)化石能源的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)（見圖表1）。而氫能兼具二次清潔能源與高效儲(chǔ)能載體的雙重角色，是實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模跨季節(jié)儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)淖罴颜w解決方案。
圖表1：傳統(tǒng)調(diào)峰儲(chǔ)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(kù)）
近兩年，以德國(guó)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(dòng)的區(qū)域氫能發(fā)展項(xiàng)目，涵蓋氫能的生產(chǎn)、運(yùn)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(guó)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(diǎn)，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(duì)較小的區(qū)域內(nèi)開展試點(diǎn)建設(shè)和應(yīng)用。區(qū)域聯(lián)動(dòng)在經(jīng)濟(jì)性和可行性上優(yōu)勢(shì)突出。
2. 氫能的產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，涉及能源、化工、交通等多個(gè)領(lǐng)域，能夠帶動(dòng)上下游企業(yè)，為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、促進(jìn)就業(yè)提供強(qiáng)勁動(dòng)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(xiàng)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(shì)和經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，可在之后的全國(guó)甚至全球輸出中獲得長(zhǎng)期回報(bào)。這也是德國(guó)國(guó)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(kù)）
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(guó)北部各州同意建立綠色氫能經(jīng)濟(jì)，作為能源和交通運(yùn)輸轉(zhuǎn)型的重要支柱。而漢堡作為德國(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(dòng)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(gè)項(xiàng)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(yùn)
7. 漢堡港務(wù)局（HPA）
8. Greenplug / 船運(yùn)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(xiàng)目1），計(jì)劃在德國(guó)漢堡建造一個(gè)擁有100MW容量電解槽的全球最大制氫工廠之一。該項(xiàng)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(guó)際風(fēng)能展就位于漢堡，逢雙年舉辦。據(jù)估，該工廠每小時(shí)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(yùn)營(yíng)的原德國(guó)最大燃煤電廠莫爾堡（Moorburg）。繼德國(guó)宣布向燃煤電廠運(yùn)營(yíng)商提供資金以抵消其關(guān)閉煤廠所造成的財(cái)務(wù)損失后，莫爾堡在2020年12月的德國(guó)煤炭淘汰招標(biāo)中勝出，并終止商業(yè)運(yùn)營(yíng)。在這樣一座已退役的燃煤發(fā)電廠址上改建制氫工廠，對(duì)于其他地區(qū)實(shí)現(xiàn)化石燃料工廠轉(zhuǎn)型提供了一個(gè)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?？?，且與德國(guó)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(gè)塊區(qū)聯(lián)動(dòng)的綠色氫能中心優(yōu)勢(shì)所在。
圖表6：漢堡綠色氫能中心發(fā)展時(shí)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(guó)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?qǐng)?bào)道，該項(xiàng)目已于今年4月26日正式啟動(dòng)向“歐洲共同利益重要計(jì)劃”(IPCEI) 遞交資金申請(qǐng)計(jì)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(jì)將在2025年開始生產(chǎn)綠氫。
作為“漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)”中實(shí)現(xiàn)綠氫制取的“大本營(yíng)”，其計(jì)劃接入漢堡燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)公司（項(xiàng)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(dòng)。
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(xiàng)目也希望接入漢堡港氫能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，以便通過長(zhǎng)距離管道和運(yùn)輸船碼頭向其氣網(wǎng)輸送綠色氫氣。該網(wǎng)絡(luò)管道計(jì)劃在十年內(nèi)擴(kuò)建，到2030年總長(zhǎng)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(xiàng)目3）投入6500萬歐元在德國(guó)漢堡進(jìn)行氫氣-直接還原（Hydrogen-DRI）技術(shù)煉鋼示范項(xiàng)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(jì)劃歐洲業(yè)務(wù)到2030年降低30%排放目標(biāo)，并在2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。
航空領(lǐng)域，去年9月空客公司（項(xiàng)目4）詳細(xì)發(fā)布了代號(hào)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(guó)規(guī)模最大的企業(yè)，同時(shí)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(dòng)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都無法滿足客機(jī)商業(yè)運(yùn)營(yíng)需求，因此轉(zhuǎn)而研究氫動(dòng)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(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)存和分配。按照空客公布的發(fā)展計(jì)劃，新型氫動(dòng)力客機(jī)將于2035年投入運(yùn)營(yíng)。
圖表10：空客ZEROe氫動(dòng)力商用客機(jī)
物流領(lǐng)域，漢堡港口與物流股份公司（項(xiàng)目5）計(jì)劃在漢堡碼頭投入使用各類燃料電池驅(qū)動(dòng)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(guó)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(guó)的殼牌加氫站
該計(jì)劃旨在不斷擴(kuò)大氫動(dòng)力貨運(yùn)走廊，到2025年該走廊將覆蓋1200公里，并在2030年交付150個(gè)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(gè)氫燃料罐。據(jù)戴姆勒稱，僅用一個(gè)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(zhǎng)的續(xù)航里程，以滿足靈活且高要求的長(zhǎng)途運(yùn)輸需求。戴姆勒計(jì)劃2023年交付客戶測(cè)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(dòng)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(yùn)輸，而氫能卡車則以長(zhǎng)途、超長(zhǎng)途、重型、城際間的運(yùn)輸作業(yè)為主。至于乘用車市場(chǎng)，戴姆勒集團(tuán)已于 2020 年宣布停止乘用車的氫能開發(fā)計(jì)劃，同時(shí)將資源專注于商用卡車、重車的氫能動(dòng)力系統(tǒng)。
航運(yùn)領(lǐng)域，HADAG（項(xiàng)目6）作為漢堡港公共客輪運(yùn)營(yíng)商，計(jì)劃在其船隊(duì)中使用無排放船舶，并逐步發(fā)展為環(huán)保船隊(duì)。HADAG于2019年末宣布招標(biāo)三艘使用插電式混合動(dòng)力船，計(jì)劃從柴油混合動(dòng)力轉(zhuǎn)換為氫混合動(dòng)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(jì)時(shí)，效率也是一個(gè)優(yōu)先考慮的因素。為了減少能源消耗，新的HADAG渡輪長(zhǎng)約33米。乘客在上船時(shí)不會(huì)直接進(jìn)入內(nèi)部或外部樓梯，而是首先進(jìn)入一個(gè)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(jì)劃再增加兩艘全新氫混合動(dòng)力船舶。
而在市政層面，漢堡港務(wù)局（項(xiàng)目7）通過氫港應(yīng)用項(xiàng)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(dòng)計(jì)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(dòng)力設(shè)備。其中Greenplug（項(xiàng)目8）提供船運(yùn)低碳解決方案。
漢堡衛(wèi)生局（項(xiàng)目9）則組建了能源回收中心（ZRE），希望通過漢堡廢物制氫項(xiàng)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(dòng)汽車的電池充電。
由此，從氫的制取，到實(shí)際存儲(chǔ)、輸送與應(yīng)用，上述9個(gè)項(xiàng)目多頭并進(jìn)，以期實(shí)現(xiàn)以漢堡港為中心的跨行業(yè)、多方位聯(lián)動(dòng)的分布式“漢堡氫能網(wǎng)絡(luò)”。這之中，德國(guó)對(duì)于傳統(tǒng)燃煤電廠關(guān)停實(shí)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(chǔ)運(yùn)、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(dòng)氫能發(fā)展等諸多細(xì)節(jié)，都對(duì)我國(guó)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(hào), 20210415.
[6]漢堡聯(lián)絡(luò)處. 漢堡燃煤電廠將改建為超級(jí)綠氫工廠. 漢堡聯(lián)絡(luò)處公眾號(hào), 20210204.
[7]中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì). 中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020[R]. 中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì), 202010.
