利用绿氢的工业集群可推动欧洲和中国的清洁能源转型

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  • 以可再生资源生产的氢气,到2030年将在多种应用领域比化石燃料更便宜。

  • 绿氢将用于替代难以减排行业中的化石燃料。

  • 中欧氢能工业集群合作,可助力推动清洁能源转型议程向前发展。

经过多年的研究、开发和倡导,氢经济正逐渐成形。这一势头源于人们的预期:以可再生资源生产的“绿色”氢,到2030年将在多种应用领域比化石燃料更便宜。虽然大多数研究认为,能源应用中的大部分化石燃料分子将被清洁电子取代,而非绿色分子,但越来越明显的是,将一切直接电气化在技术上不切实际,在经济上也负担沉重。

欧盟以及德国、法国、荷兰、波兰、葡萄牙和西班牙等个别成员国,在推动氢能规模化方面走在前列,已经提交了各自的氢能战略文件,且仍有更多文件在制定中。欧盟氢能战略的核心是大规模部署电解槽,并需要从境外进口绿氢。为此,欧盟正在考虑“氢能主干网”项目,计划将23000公里(约占当前天然气管网的10%)改造为专门输送纯氢。

主干网中,75%将基于改造后的天然气管道,25%将基于新建的专用氢气管道。但对未来氢能需求的估计可能相差近一个数量级,因此,如果不对未来需求进行审慎评估,欧盟可能会以搁浅的天然气基础设施换取搁浅的氢能资产。

中国是全球最大的氢气生产国和消费国。中央政府于2019年国务院政府工作报告中首次明确支持氢能发展。此后,中国至少有31个省级行政区中的23个已发布氢能和燃料电池汽车发展规划,其中10多个省份已将氢能发展纳入其《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》。

世界经济论坛在推动清洁能源转型方面有哪些举措?

中国各级政府全面认同氢能工业集群的理念,并已着手建设:从华东地区(上海及周边地区)到华中地区(武汉及周边),再到华南地区(广东及周边),以及京津冀地区。即便在省级(如河北)及更低层级的地方政府(如广东佛山),工业集群理念也已纳入氢能规划。

中国积极拥抱氢能工业集群,很大程度上源于其通过工业集群显著降低单位制造成本的能力。自1978年开启快速工业化进程以来,中国已形成完整的现代工业体系,涵盖41个工业大类、207个中类和666个小类,是世界上唯一拥有联合国工业分类中全部工业门类的国家。以碱性电解制氢系统和燃煤电厂的资本支出为例,中国制造商和承包商相较于西方国家的同行具有显著的成本优势。工业集群在实现规模经济方面的重要性不言而喻。

中国制造商和承包商的成本优势

具有中国特色的氢经济前景(法国国际关系研究所,巴黎)。Kevin Tu(2020)

与欧盟类似,中国目前也正经历一股氢能热潮。与欧盟不同的是,中国氢经济的国家层面统筹协调明显不足;中国尚未发布国家氢能战略。因此,中国可从欧洲(尤其是德国)的相关讨论中获益良多。理想情况下,中欧之间在氢能工业集群方面开展互利共赢的国际合作,有助于推动清洁能源转型议程向前发展。

量化欧洲氢能需求并梳理工业集群

假设电力将取代当前大部分天然气需求,总部位于柏林的能源转型智库Agora Energiewende,与其合作伙伴AFRY管理咨询公司,承担了估算不可避免的工业氢能需求的任务。这部分需求来自在可预见的未来电力并非可行方案的应用领域。换言之,我们有意假设,在直接电气化可行的子行业,出于效率考虑,将选择这些技术。

首先,我们计算了此类氢能需求至2050年的变化轨迹。届时,炼油厂(目前最大的氢气买家)将在欧盟逐步淘汰。到本世纪中叶,预计三大消费领域将是钢铁、氨和塑料,这些应用中氢主要作为原料而非能源载体使用。

接下来,我们绘制了截至2050年的这些需求中心分布图。最大的需求枢纽位于德国北莱茵-威斯特法伦州、比利时佛兰德地区和荷兰,那里已聚集了大量化工和石化设施,以及钢铁厂。由于其他较小的集群可能被视为相对分散,我们随后研究了这些需求水平是否足以支撑氢气管道连接。

基于预期的氢气原料及化学试剂需求,Agora确定了四个工业集群,在这些地方,改造或建设氢气管网具有明确且无需后悔的理由。这些集群非常适合作为氢能需求的锚点,未来若氢能赢得消费者青睐,可能由此延伸出纵横交错的氢气管道网络。

若将电力、航空和航运等其他难以减排领域的潜在氢能需求考虑在内,很可能会进一步支撑建设规模更大的氢气管网。

然而,到2050年,欧洲所有行业对绿氢的总需求量可能约为每年1000至2000太瓦时,仅相当于当前4600太瓦时天然气消费量的一小部分。因此,为在本世纪中叶实现气候中和,欧盟应重点推进本研究所确定的早期机遇走廊沿线的发展。相比之下,中国应开始梳理其未来清洁氢能需求可能的走廊,这些需求以强调电气化为基础,氢能则在2060年前填补通往碳中和的缺口。

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