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    氫能商業(yè)化的德國(guó)模式

    2019-12-11 02:44:32范珊珊發(fā)自法蘭克福
    能源 2019年6期
    關(guān)鍵詞:德國(guó)政府氫能制氫

    文 | 本刊記者 范珊珊 發(fā)自法蘭克福

    在去碳的道路上,德國(guó)一直試圖保持領(lǐng)先位置,因而氫能成為德國(guó)政府和業(yè)界倚重的未來(lái)能源形式之一。

    近些年來(lái),德國(guó)從研發(fā)機(jī)構(gòu)到企業(yè)圍繞氫能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了更多的嘗試和探索,通過(guò)示范項(xiàng)目加快氫能制造和利用商業(yè)化的步伐。

    去年9月,世界上第一輛氫動(dòng)力列車(chē)在德國(guó)北部100公里長(zhǎng)的軌道上運(yùn)行。雖然比現(xiàn)有的柴油機(jī)車(chē)昂貴,但新的零排放發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)環(huán)境更加友善。

    氫列車(chē)配備了燃料電池,通過(guò)氫和氧的結(jié)合發(fā)電,這一過(guò)程只排放蒸汽和水,而不是有害的二氧化碳。多余的能量?jī)?chǔ)存在火車(chē)上的鋰離子電池中。這列名為Coradia iLint的列車(chē)僅用一箱氫氣就能行駛1000公里。

    在成功運(yùn)行第一趟列車(chē)后,列車(chē)制造商阿爾斯計(jì)劃在2021年之前向下薩克森州提供14臺(tái)氫動(dòng)力列車(chē)。

    除了氫動(dòng)力列車(chē),德國(guó)在發(fā)展氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面也不遺余力。據(jù)H2stations.org對(duì)外公布的數(shù)據(jù)顯示,截至2018年底,德國(guó)擁有60座加氫站。2018年,全球共計(jì)新增48座加氫站投入運(yùn)營(yíng),其中德國(guó)增長(zhǎng)最多,達(dá)17個(gè)公共加氫站。

    過(guò)去以來(lái),雖然德國(guó)在能源轉(zhuǎn)型方面取得了巨大的成功,可再生能源比例不斷提高,而在國(guó)際社會(huì)中,近些年來(lái)遞增的碳排放一直受到詬病,氫能的開(kāi)發(fā)和利用也就成為了近些年來(lái)德國(guó)能源工業(yè)以及交通領(lǐng)域研發(fā)的重點(diǎn)方向之一。

    政府扶持

    德國(guó)政府以及產(chǎn)業(yè)界對(duì)于氫能和燃料電池的扶持,始于2006年。彼時(shí),德國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)資本為了積極推動(dòng)氫能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和建設(shè),牽頭成立了國(guó)家全資公司(NOWGmbH),以支持氫能經(jīng)濟(jì)的初期發(fā)展。該公司的管理層由德國(guó)聯(lián)通署、建筑與城市發(fā)展部等5個(gè)部門(mén)組成。

    為推動(dòng)氫能發(fā)展項(xiàng)目的實(shí)施,NOW啟動(dòng)了“國(guó)家氫和氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃(NIP)”。通過(guò)NIP計(jì)劃,共募集14億歐元的專(zhuān)項(xiàng)資金,用于2007-2016年的氫能項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。募集資金中的7億歐元由德國(guó)政府出資,扶持750個(gè)相關(guān)項(xiàng)目。剩余資金則按項(xiàng)目合作制度由產(chǎn)業(yè)成員提供。

    在第一階段扶持計(jì)劃實(shí)施之后,NIP計(jì)劃宏觀層面上使德國(guó)氫能和燃料電池工業(yè)的增值產(chǎn)業(yè)鏈得到加強(qiáng),德國(guó)在燃料電池的供應(yīng)和制造方面排名全球第三(位于日本和美國(guó)之后)。除此之外,NIP項(xiàng)目也極大地推動(dòng)了氫能和燃料電池市場(chǎng)在德國(guó)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),2006-2016年間獲得NIP支持的公司銷(xiāo)售額增加了3倍。

    在汽車(chē)行業(yè),汽車(chē)巨頭戴姆勒和寶馬也加大了對(duì)燃料電池汽車(chē)研發(fā)的投入,加快批量生產(chǎn)的步伐。隨著電氣自動(dòng)化和互聯(lián)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展,汽車(chē)行業(yè)面臨著自汽車(chē)發(fā)明以來(lái)最大的機(jī)動(dòng)性革命,燃料電池是這一發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

    為此,聯(lián)邦政府批準(zhǔn)了支持氫和燃料電池技術(shù)的第二階段計(jì)劃(NIP2)。現(xiàn)階段主要注重于解決市場(chǎng)開(kāi)拓的問(wèn)題,建立相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施,為未來(lái)在氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、住宅能源供應(yīng)、工業(yè)應(yīng)用、燃料電池特殊應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)持續(xù)提供政策經(jīng)濟(jì)上的支持。

    從2016年到2019年,該計(jì)劃提供近2.5億歐元來(lái)支持該領(lǐng)域的創(chuàng)新,預(yù)計(jì)2016-2026年共提供14億歐元左右公共扶持資金的資助。

    商業(yè)化探索

    對(duì)于下一階段氫能商業(yè)化的探索,德國(guó)進(jìn)行的是一場(chǎng)自上而下的活動(dòng)。政府對(duì)于研發(fā)的扶持,激發(fā)了下游市場(chǎng)的活力。近些年來(lái),特別是圍繞大城市基礎(chǔ)設(shè)施的布局,對(duì)于氫能的應(yīng)用嘗試也愈加廣泛,除了傳統(tǒng)的大公司,也出現(xiàn)了眾多小型的初創(chuàng)公司。

    產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是其推動(dòng)氫能發(fā)展的商業(yè)化力量之一。由AirLiquide、戴姆勒、林德集團(tuán)、OMV、殼牌和道達(dá)爾六家氫能產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)結(jié)成了H2Mobility聯(lián)盟,以社會(huì)產(chǎn)業(yè)資本的身份一同支持德國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

    寶馬提議成立了AutoStack-Industrie聯(lián)盟,該聯(lián)盟旨在為德國(guó)及歐洲其他燃料電池供應(yīng)商提供技術(shù)經(jīng)濟(jì)方法的支持,該聯(lián)盟吸引到包括戴姆勒、大眾集團(tuán)、福特、Greenerity、NuCellSys、優(yōu)美科等在內(nèi)的眾多企業(yè)加入。

    除了大公司研發(fā),初創(chuàng)公司的加入也給氫能商業(yè)化應(yīng)用添加了更多的可能性。

    據(jù)報(bào)道,幾乎所有的全球氫氣(96%)都是通過(guò)蒸汽重整甲烷(CH4)生產(chǎn)的,但是過(guò)程最終產(chǎn)生二氧化碳。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,這種生產(chǎn)方法需要采用碳捕獲和儲(chǔ)存,CCS技術(shù)本身也不夠成熟,需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

    可再生能源電解水制氫,能避免碳排放的問(wèn)題。然而,使用這種方法生產(chǎn)的氫氣量取決于可再生能源的電力成本和可用性。目前這一技術(shù)占全球總?cè)萘恐茪浔壤邢薏⑶页杀靖甙骸4蠖鄶?shù)行業(yè)專(zhuān)家預(yù)計(jì),電解能力的顯著提高將在未來(lái)10年內(nèi)將成本降低約70%。

    然而,綠色氫氣成本的最關(guān)鍵因素是電解過(guò)程中使用的綠色電力的價(jià)格。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的一份報(bào)告表明,電解可能更適合移動(dòng)交通和離網(wǎng)部分,而不是大規(guī)模集中制氫。

    不久前,殼牌、西門(mén)子和TenneT公司聯(lián)合呼吁德國(guó)政府加速利用海上風(fēng)電制氫的技術(shù)研究,并建議考慮開(kāi)展海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目招標(biāo)。

    風(fēng)電制氫和其他制氫路線(xiàn)一樣,如何使得制氫成本降低,是氫能商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙之一。

    Sunfire是德國(guó)一家正在研發(fā)固體氧化物電解池(SOEC技術(shù))的初創(chuàng)公司,并希望將其大規(guī)模商業(yè)化。該公司正在研發(fā)生產(chǎn)可再生合成燃料的解決方案,并為不同的行業(yè)應(yīng)用提供能源系統(tǒng)解決方案。

    該公司稱(chēng),利用Sunfire的模塊化電解槽集成到鋼廠的生產(chǎn)過(guò)程中,可增加至兆瓦級(jí)??赡骐p模系統(tǒng)可用電解槽生產(chǎn)80%綠色氫氣,也可作為燃料電池,系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量可反饋到鋼廠,用于穩(wěn)定電網(wǎng)的電力。

    除了產(chǎn)業(yè)鏈前段制氫,氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)存也是德國(guó)一些初創(chuàng)公司的研發(fā)重心。政府在前期氫能基礎(chǔ)設(shè)施方面的投入,給他們提供了更多可以試驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)景,比如固態(tài)儲(chǔ)氫,天氣管網(wǎng)中制氫、儲(chǔ)氫等。

    毫無(wú)疑問(wèn),邁向氫能世界不會(huì)在一夜之間發(fā)生,旅程將是艱難的。

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