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德国“西海岸100”氢项目对海南氢能源产业发展的借鉴意义

日期:2021-03-15    来源:海南省绿色金融研究院  作者:史英哲 赵盈盈

国际新能源网

2021
03/15
11:32
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关键词: 氢能源项目 海南氢能源项目 德国氢能源产业

2020年6月,德国政府通过了国家氢能战略(NWS),为德国未来有关发电、交通运输和氢能源的可持续利用等方面的创新和投资制定了行动框架。8月,“西海岸100”项目(WESTK?STE100)获得德国联邦经济事务和能源部的批准,成为国家氢能源战略的第一个氢项目,被纳入“促进能源转型的真实世界实验室”计划。该项目的总投资额为8900万欧元,获批的启动资金额为3000万欧元。

同年12月,中央经济工作会议将2021年作为“碳达峰、碳中和”工作的起点年,提出了“我国CO2排放力争2030年前达到峰值,力争2060年前实现碳中和”的总目标。这就要求我国必须加快推进产业结构和能源结构优化,大力发展新能源,为我国统筹经济社会的平稳健康和可持续发展添薪助力。在低碳转型的战略背景下,习近平总书记“4·13”重要讲话和中央12号文件为海南明确了包括国家级生态文明试验区在内的“三区一中心”战略定位。基于海南的区位优势、资源禀赋及更高程度的开放政策,抢抓战略机遇、推进能源综合改革、加快清洁能源岛的建设是海南完成国家战略使命、因地制宜建设国家级生态文明试验区的迫切需求。基于此背景,本文将探讨德国以“西海岸100”为代表的氢能源项目对海南未来氢能源布局的借鉴意义。

氢能发展背景

1、氢经济前景广泛

氢是一种清洁高效的二次能源载体,应用场景丰富,用氢替代化石燃料的氢经济被广泛认为是未来能源安全和可持续发展的解决方案。常用的制氢方式包括以煤炭、天然气为代表的化石燃料制氢,以焦炉气制氢和氯碱制氢的工业副产制氢,以及电解水制氢。其中生产规模最广、技术成熟度最高的是化石燃料制氢。目前,全球约95%的氢气生产来自化石燃料。以化石燃料为原料的传统制氢工业,生产过程中会排放大量CO2,虽然通过碳捕集和封存技术可以将制氢过程中产生的CO2封存到海底或地下,但这种存储方式存在风险,且成本高昂。并且通过化石燃料制得的氢气中普遍含有硫、磷等杂质,需要进一步提纯才可以利用。而制氢纯度较高的电解水方式,随着太阳能光伏发电和风能发电等可再生能源电力成本的不断下降,被认为是未来最具潜力的绿色氢能供应方式。根据《中国氢能产业发展报告2020》,中国2019年氢气产量为2000万吨,是世界第一产氢大国。如果可以实现绿色氢能在难以电气化的行业如交通运输、工业、建筑行业等的大规模应用,经济社会的深度脱碳也将指日可待。

2、能源发展现状

英国石油公司发布的《BP世界能源统计年鉴2020》显示,2019年全球碳排放量再一次达到了历史新高。从一次能源消费总量上看,石油、天然气和煤炭分别占一次能源消耗的33.1%、24.2%和27.0%,水电、核能和可再生能源仅占一次能源消耗的15.7%。要实现《巴黎气候协定》和联合国可持续发展目标(SDGs) 所希冀的深刻变革,各国需要将气候承诺和可持续发展目标纳入政策立场和国家发展计划,创造大幅减排和能源转型的解决方案。在此背景下,美国、欧盟、日本、韩国等国家和地区纷纷将氢能纳入国家能源战略规划,逐步制定氢能在国家经济发展和能源转型战略的相关政策。2020年6月,德国联邦政府通过了《国家氢战略》,其首要目标是使德国成为氢能源技术的全球领先者,并计划在2030年前将电解绿氢产能提高至5GW,2040年达到10GW。目前,德国生产的氢能约占全球总量的20%,是带动全球氢能市场发展的主要国家之一;区别于重视氢能在氢燃料电池汽车领域应用的日本和韩国,德国更重视氢能在航空、重型货物运输、船运等领域的应用。

德国氢能发展---氢技术的真实试验

2020年6月,德国政府通过了《国家氢战略》,并计划投资90亿欧元发展氢经济,其中有20亿欧元将用于发展国际氢能合作伙伴关系。《国家氢战略》的确定,体现了德国成为全球绿色氢能技术引领者的决心,政府希望通过政策推动能源的整体利用效率,增加氢能供应以及让氢的利用价值最大化。“西海岸100”是德国国家氢能源战略的先锋项目,政府将陆续投入更多资金以工业规模测试氢能技术,在氢能示范地区创造出完整的氢能价值链条。2021年1月德国还宣布将投资约7亿欧元支持三个氢能重点研究项目,分别探索解决水电解器批量生产、海上风能制氢和氢气安全运输问题,推进德国氢能战略的实施。

1、“西海岸100”氢能项目

位于德国北部的石勒苏益格-荷尔斯泰因州,面积为15,763平方公里,濒临波罗的海和北海,目前有282万居民。这里充足的风能和优良的地质储藏条件是开展氢能实验的理想地点。2020年6月,德国首个氢技术设施“西海岸100”实验项目在这里正式启用,项目名称中的“100”代表100%的可再生能源供应。通过这一项目,德国希望打造“绿色氢能”完整产业链:在五年项目期内建设30兆瓦的电解系统,海上风电厂为前期建设的电解水制氢设备提供电能,水解时产生的废热和氧气将分别应用到工业领域和用于当地水泥厂生产,以降低碳排放量;生产出的部分氢气将和水泥厂产生的二氧化碳一起用作生产甲醇,以及在炼油厂中用作生产燃料的原料;其他氢气将在天然气网络中运输,作为能源载体供各行业使用。项目的第二阶段是2025年建造700兆瓦的电解工厂,依靠海上风电场提供大规模且可靠的绿色电力。

十家公司组成的联合体是该项目的合作伙伴,它们将共同致力于氢的安全运输和存储,这些公司分别包括德国EDF公司(其母公司为法国电力集团),建筑材料制造商Holcim,传输系统运营商OGE,可再生能源公司?rsted,海德精炼厂,海德公用事业公司Stadtwerke Heide和德国最大的公用事业网络Thüga。该项目的特殊之处在于绿氢从生产到综合运用的整体过程使不同行业相互融合,在实现脱碳的前提下形成可持续的商业模式。合作伙伴们需要共同探讨例如绿氢如何整合到海德精炼厂的生产过程中、副产物氧气如何降低水泥厂燃烧过程的碳排放量、如何将氢气输送到天然气网络中并安全地存储到地下等实现可持续循环氢经济的问题。

2、氢能国际合作

德国发布氢能战略时,经济部长阿尔特·迈尔提到这一战略对全球的意义:“只有建立起全球绿氢市场,我们才能实现巴黎气候协定目标”。基于德国有限的可再生能源生产能力以及未来大幅增长的氢能需求,德国政府寻求和其他国家建立合作关系,以获得更多电解生产原料(如来自风能和太阳能的电力),同时增加电解槽机和其他氢技术的出口机会。2020年6月,德国与北非摩洛哥建立合作伙伴关系,宣布将投资3亿欧元在非洲建立第一个绿色氢生产工厂和研究平台。同年9月,富含风能和太阳能的澳大利亚宣布与德国建立合作关系,共同致力于整个氢气供应链(生产、储存、运输、回收和应用)的研究,项目重点是分析如何在德国和澳大利亚形成零排放的能源体系。澳大利亚将以该项目为基础和德国及欧洲国家建立长期的合作关系,发展一个完整的、跨区域的可再生氢气贸易和投资链条。

德国氢能项目对海南氢产业发展借鉴意义

对中国来说,实现碳达峰和碳中和的目标将倒逼能源结构和产业结构调整优化,需要不断提高清洁能源的利用比例,加大太阳能、风能等可再生能源的利用,布局氢能产业,推进能源结构清洁低碳化。中国作为世界第一产氢大国,在未来几年里将和德国及欧盟有大量的交流和合作机会,一起探讨和完善与绿色氢能发展相关的技术和国际准则及标准。海南依托其丰富的风能、太阳能等可再生能源以及水资源,应该把握当前能源转型和政策扶持的机遇,在氢技术交流、绿色融资、区域氢经济发展上积极寻求和德国及欧盟国家的深度合作。

1、中国政策环境

目前中国已启动氢能顶层规划工作并出台了一系列的产业政策,氢能产业发展已经成为中国能源战略布局的重要部分。2019年,氢能首次被写入政府工作报告,明确提出将推动充电、加氢等设施建设;2020年,氢能被纳入《能源法》(征求意见稿),列入可再生能源发展“十四五”规划编制重点任务。在国家启动氢能规划顶层设计工作的背景下,地方也在争相布局氢能产业,目前已有20多个省、46个城市开始规划氢产业的战略布局。2019年5月,中共中央、国务院办印发了《国家生态文明试验区(海南)实施方案》,意味着全面深化改革开放的海南不仅要在经济社会发展上改革创新、先行先试,也要在生态文明建设上积极创新、率先突破。2021年1月,国家发展改革委、财政部、税务总局等三部委正式印发《海南自由贸易港鼓励类产业目录 (2020年版本)》。本目录共包括两部分,一是国家现有产业目录中的鼓励类产业,二是海南自由贸易港新增鼓励类产业。值得注意的是,在正式目录的第二部分中明确鼓励发展“直供电、储能、氢能、LNG 中转站投资运营”,而2020年9月发布的目录征求意见稿中,并无氢能及储能的相关内容,这表明了国家层面对海南先行先试发展清洁能源、优化能源结构体系的政策支持。

2、海南能源资源优势

可再生电力制氢意味着发展绿色氢能需要大量的可再生能源及充足的水资源。自2010年以来,陆地风能发电成本下降了39%,海上风能发电成本下降了29%,风电成本越来越低廉。海南省是岛屿海洋大省,气候资源多样,受权管辖的海域面积有210多万平方公里,具有发展海上风电的资源禀赋,是全国风能资源最好的地区之一。从水资源角度来说,现有的电解水制氢技术大都依赖纯净水,会增加制氢产业所在地的用水压力。海南岛多年平均水资源总量为320.26亿立方米,人均约3400立方米,远高于全国2300立方米的人均水平。海南不仅河流众多,拥有丰沛的地表水资源,也蕴藏着丰富的地下淡水资源,是全国水资源量最丰富的省份之一。此外,通过海水淡化技术也可以为制氢提供水源,目前澳大利亚的电解生产模型就是依靠海水淡化处理厂将海水净化为淡水。海南海域广阔,水质优良,具有发展海水淡化产业的先天优势。

3、对海南布局氢能产业的建议

(1)寻求国际能源合作——实现技术和贸易的双向交流

在氢能产业方面,我国有部分技术处于国际领先地位,如光催化制氢。但在氢气制备、储备、运输及加氢站环节与国外先进技术差距较大。从全球氢能技术发展来看,德国在氢技术领域已初步确立领先地位,近中期也将投入大量资金用于氢能技术和应用型能源研究。鉴于氢能技术要求高、产业链复杂、投资需求大,海南要布局氢能产业、实现规模效应的良性循环不仅需要政府主导,各行业协力推动氢产业发展,也需要寻求国际先进氢技术的指导、借鉴德国在氢能经济领域领先的技术和经验,这样海南在氢能产业的布局中才能加快创新成果转化,更高效地促进能源转型。

据德国弗劳恩霍夫研究所测算,到2050年德国的氢气年需求量将在250至800兆瓦时(TWh)之间,这意味着届时德国必须进口大量绿色氢能以满足需求。未来在工业、交通运输、供热等领域对氢能的需求都将增长,无论是对德国还是其他国家来说,氢能作为一种稀有资源的属性会持续存在。德国政府目前正在研究氢技术领域中可以建立能源合作伙伴关系的国家和地区,并将目光投向了南欧、澳大利亚、南美、加拿大、非洲等富含太阳能和风能的国家和地区。与德国和欧盟展开合作,不仅可以形成氢技术和可再生能源的优势互补,也是为了在发展合作的框架下系统地开拓氢能生产和抢抓未来能源市场的可能性。

(2) 完善上下游协同发展的氢能产业链

海南布局氢能产业,需要设立氢能产业园,参考德国经验布局氢能的相关项目。以“西海岸100”项目为例,德国探索的是氢能全产业链上下游协同发展,并展开长期的合作模式。来自不同行业的参与方都能参与到绿色氢能的生产乃至综合利用中,构建可持续发展的商业模式。此外,海南需要考虑未来氢能市场的发展趋势,除燃料电池汽车外,可以参考德国的战略布局,注重氢能的实际应用,在非道路交通运输、储能、工业、建筑领域拓展更多可能性。在制氢方面,以海上风电为基础支持工业电解槽,探索电解槽运营商和天然气或电网运营商的合作模式;在基础设施方面,加快加氢站的网络布局;在应用方面,结合重型货物运输、工业领域的用氢需求,拓展绿色氢能的实际应用。

(3) 寻求国内外绿色金融支持

中国氢能产业仍处于早期发展阶段,具有投资金额大且回报周期长的特点。在氢能发展产生规模效益之前,需要获得大量资金的支持。除了国家财政扶持,海南需要建立健全绿色金融体系,引导金融机构树立绿色理念;鼓励绿色企业创新资本运作模式,支持利用绿色债券的国内国际两个市场为有潜力的绿色项目提供融资;吸引社会资本投资绿色产业,由政府牵头设立投融资平台,发展和创新绿色金融,吸引社会资本尤其是上市公司设立各类氢产业子基金,围绕海南氢能产业布局项目,支持海南基础设施建设,助推能源结构转型。

(4) 加大人才引进,设立氢产业研究院,促进相关学术研究与交流

氢能产业链的发展包含从氢能制取、储存、运输、应用等多个环节的技术和应用研究,需要依靠科研人员、专业技术人才的不懈钻研和付出。海南企业和研究机构在氢能技术方面不存在优势,需要引进相关人才投入到海南氢产业的开发和布局中,设立氢产业研究院,加大政府对氢能科研项目的扶持力度。同时,海南要促进国内外学术交流和合作,搭建权威专业的国际合作交流平台,推动海南当地的氢产业企业与氢能领域国际知名院校和研究机构展开合作,促进技术和市场的融合,构建产学研用的协同机制。


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