能源革命之大勢，浩浩湯湯，不容逆轉。自習近平主席在聯合國大會上宣布了中國3060的碳達峰碳中和目標后，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。
目標雖定，具體細化卻有賴多部門協調商定。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多座燃煤電廠要關停嗎”之問，來自于對現實缺乏認識的理想主義激進派，抑或是別有用心的國外輿論攻勢。（擴展閱讀：中國新聞周刊：煤電碳達峰：1000多座燃煤電廠要關停嗎？）
如何在經濟發(fā)展與遠景生態(tài)目標之間達到動態(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》中已經指出，制度本身無所謂好壞，也沒有任何內在的作用。任何激進激烈的變革，能改變的只是徒勞的標簽。只有漸進式的、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、能源需求嚴重地域不均、技術能力亟待升級、投資嚴重依賴政府驅動等多方面的現實情況，分區(qū)域分步驟地漸進式推進。
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，通過初期的補貼扶植、產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，德國聯邦政府公布了醞釀已久的《國家氫能戰(zhàn)略》。（擴展閱讀：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)已經引起一定重視，但當前以抽水蓄能和電化學蓄能為主的傳統調峰儲能方案有發(fā)展上限，不可能實現以波動性清潔能源大比率替代傳統化石能源的長遠目標（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，是實現可再生能源大規(guī)?？缂竟?jié)儲存、運輸的最佳整體解決方案。
圖表1：傳統調峰儲能方案下未來的可再生能源功率調節(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)、多機構聯動的區(qū)域氫能發(fā)展項目，涵蓋氫能的生產、運輸、應用等多領域。本文試將其產業(yè)布局進行歸納梳理，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)模能源基礎設施的投資，非常適合在相對較小的區(qū)域內開展試點建設和應用。區(qū)域聯動在經濟性和可行性上優(yōu)勢突出。
2. 氫能的產業(yè)鏈條長，涉及能源、化工、交通等多個領域，能夠帶動上下游企業(yè)，為經濟增長、促進就業(yè)提供強勁動力。（見圖表2）
3. 現有能源體系的參與者（煤電廠、工業(yè)管網、電力企業(yè)、灰氫生產企業(yè)等）都可以參與，降低能源轉型的成本沖擊。
4. 成功的項目雖然初期投入較大成本較高，但其產生的技術優(yōu)勢和經驗優(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)略的目標之一。
圖表2：氫能產業(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濟，作為能源和交通運輸轉型的重要支柱。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，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濟。
漢堡港口和物流股份公司（HHLA）、漢堡港務局（HPA）、空中客車（Airbus）、安賽樂米塔爾（ArcelorMittal）、漢堡燃氣網絡公司（Gasnetz Hamburg）、GreenPlug以及漢堡城市清潔公司，聯合“漢堡綠色氫能中心”（由殼牌、大瀑布電力公司、三菱重工和漢堡燃氣公司組成），共同組建了“漢堡氫能網絡”（Hamburg Hydrogen Network），以促進漢堡氫能塊區(qū)鋪設、聯動發(fā)展、節(jié)能減排。
圖表3：漢堡氫能網絡布局圖
該網絡共包含以下9個項目：
1. 漢堡綠色氫能中心（HGHH）/ 制氫工廠
2. 漢堡燃氣網絡公司（Gasnetz Hamburg）/ 氫能管網
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. 漢堡港務局（HPA）
8. Greenplug / 船運解決方案
9. 漢堡市衛(wèi)生局（Stadtreinigung Hamburg）
由漢堡燃氣公司（漢堡市政供暖企業(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。該項目將利用風能和太陽能生產綠色氫氣，而全球最大的國際風能展就位于漢堡，逢雙年舉辦。據估，該工廠每小時可生產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據（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閉煤廠所造成的財務損失后，莫爾堡在2020年12月的德國煤炭淘汰招標中勝出，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)實現化石燃料工廠轉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38萬伏的輸電網絡及漢堡市11萬伏的輸電網絡相連。優(yōu)越的地理位置、不斷完善的基礎設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）
根據預算，僅莫爾堡制氫工廠的投資額就將高達3億歐元。資金除來源于投資人，更多將來自聯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)展綠氫經濟。據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，預計將在2025年開始生產綠氫。
作為“漢堡氫能網絡”中實現綠氫制取的“大本營”，其計劃接入漢堡燃氣網絡公司（項目2）規(guī)劃的漢堡港氫能工業(yè)網絡（HH-WIN），通過氫能管道輸氣調控，以便形成氣網塊區(qū)行業(yè)分布式聯動。
圖表7：漢堡氫能網絡產業(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)網絡，以便通過長距離管道和運輸船碼頭向其氣網輸送綠色氫氣。該網絡管道計劃在十年內擴建，到2030年總長度將達到60公里左右，并已在建設必要的分銷基礎設施（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行氫氣-直接還原（Hydrogen-DRI）技術煉鋼示范項目，這也是全球首座氫氣煉鋼工廠。根據可用的氫氣量，使用綠色氫氣將生產出多達350萬噸的鋼鐵。與當前的高爐路線相比，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），并在未來幾年內擴大規(guī)模（到2021年達到12萬噸，到2022年達到60萬噸）。ArcelorMittal計劃歐洲業(yè)務到2030年降低30%排放目標，并在2050年實現凈零碳排放。
航空領域，去年9月空客公司（項目4）詳細發(fā)布了代號為“ZEROe”的3款零排放商用客機概念方案，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概念圖
空客認為，電池技術的發(fā)展在未來很長一段時間內都無法滿足客機商業(yè)運營需求，因此轉而研究氫動力技術。氫的單位質量能量密度是傳統航空煤油的3倍，但是單位體積的能量密度卻要低得多。空客采用液氫，通過后壓力艙壁后面的儲罐進行儲存和分配。按照空客公布的發(fā)展計劃，新型氫動力客機將于2035年投入運營。
圖表10：空客ZEROe氫動力商用客機
物流領域，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動重型設備，如卡車、拖拉機、叉車、裝卸機、吊車等。今年五月，戴姆勒和殼牌宣布簽署協議。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中心之間建設重型卡車加氫站。
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柴油動力。據戴姆勒集團規(guī)劃，電能卡車負責較短途、中小型、市區(qū)內的運輸，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。
航運領域，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年末宣布招標三艘使用插電式混合動力船，計劃從柴油混合動力轉換為氫混合動力。
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入內部或外部樓梯，而是首先進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，漢堡港務局（項目7）通過氫港應用項目（Hydrogen Port Applications）為漢堡港公路、鐵路和水路向低碳轉變制定基建推動計劃。一方面是為火車、卡車和船舶鋪設加氫站，一方面是建造使用氫動力設備。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）,使用非物質殘留物熱回收發(fā)電。獲得的電力將能通過電解產生綠氫，并為電動汽車的電池充電。
由此，從氫的制取，到實際存儲、輸送與應用，上述9個項目多頭并進，以期實現以漢堡港為中心的跨行業(yè)、多方位聯動的分布式“漢堡氫能網絡”。這之中，德國對于傳統燃煤電廠關停實行招標式漸進并加以資金扶持，傳統燃煤電廠改造制氫，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)展等諸多細節(jié)，都對我國氫能轉型有重要借鑒意義。
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]漢堡聯絡處. 漢堡氫氣管道網將從45公里擴建至60公里. 漢堡聯絡處公眾號, 20210415.
[6]漢堡聯絡處. 漢堡燃煤電廠將改建為超級綠氫工廠. 漢堡聯絡處公眾號, 20210204.
[7]中國電動汽車百人會. 中國氫能產業(yè)發(fā)展報告2020[R]. 中國電動汽車百人會, 202010.
