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氢能商业化的德国模式

来源:能源杂志   更新时间:2019-06-13 14:12:32    

  在去碳的道路上,德国一直试图保持领先位置,因而氢能成为德国政府和业界倚重的未来能源形式之一。

  近些年来,德国从研发机构到企业围绕氢能的开发和应用进行了更多的尝试和探索,通过示范项目加快氢能制造和利用商业化的步伐。

  去年9月,世界上第一辆氢动力列车在德国北部100公里长的轨道上运行。虽然比现有的柴油机车昂贵,但新的零排放发动机对环境更加友善。

  氢列车配备了燃料电池,通过氢和氧的结合发电,这一过程只排放蒸汽和水,而不是有害的二氧化碳。多余的能量储存在火车上的锂离子电池中。这列名为Coradia iLint的列车仅用一箱氢气就能行驶1000公里。

  在成功运行第一趟列车后,列车制造商阿尔斯计划在2021年之前向下萨克森州提供14台氢动力列车。

  除了氢动力列车,德国在发展氢能基础设施方面也不遗余力。据H2stations.org对外公布的数据显示,截至2018年底,德国拥有60座加氢站。2018年,全球共计新增48座加氢站投入运营,其中德国增长最多,达17个公共加氢站。

  过去以来,虽然德国在能源转型方面取得了巨大的成功,可再生能源比例不断提高,而在国际社会中,近些年来递增的碳排放一直受到诟病,氢能的开发和利用也就成为了近些年来德国能源工业以及交通领域研发的重点方向之一。

  政府扶持

  德国政府以及产业界对于氢能和燃料电池的扶持,始于2006年。彼时,德国政府和产业资本为了积极推动氢能基础设施的发展和建设,牵头成立了国家全资公司(NOWGmbH),以支持氢能经济的初期发展。该公司的管理层由德国联通署、建筑与城市发展部等5个部门组成。

  为推动氢能发展项目的实施,NOW启动了“国家氢和氢燃料电池技术创新计划(NIP)”。通过NIP计划,共募集14亿欧元的专项资金,用于2007-2016年的氢能项目开发。募集资金中的7亿欧元由德国政府出资,扶持750个相关项目。剩余资金则按项目合作制度由产业成员提供。

  在第一阶段扶持计划实施之后,NIP计划宏观层面上使德国氢能和燃料电池工业的增值产业链得到加强,德国在燃料电池的供应和制造方面排名全球第三(位于日本和美国之后)。除此之外,NIP项目也极大地推动了氢能和燃料电池市场在德国的发展。据统计,2006-2016年间获得NIP支持的公司销售额增加了3倍。

  在汽车行业,汽车巨头戴姆勒和宝马也加大了对燃料电池汽车研发的投入,加快批量生产的步伐。随着电气自动化和互联驱动技术发展,汽车行业面临着自汽车发明以来最大的机动性革命,燃料电池是这一发展的关键技术。

  为此,联邦政府批准了支持氢和燃料电池技术的第二阶段计划(NIP2)。现阶段主要注重于解决市场开拓的问题,建立相应的基础设施,为未来在氢气生产、运输、住宅能源供应、工业应用、燃料电池特殊应用等各个领域中的基础持续提供政策经济上的支持。

  从2016年到2019年,该计划提供近2.5亿欧元来支持该领域的创新,预计2016-2026年共提供14亿欧元左右公共扶持资金的资助。

  商业化探索

  对于下一阶段氢能商业化的探索,德国进行的是一场自上而下的活动。政府对于研发的扶持,激发了下游市场的活力。近些年来,特别是围绕大城市基础设施的布局,对于氢能的应用尝试也愈加广泛,除了传统的大公司,也出现了众多小型的初创公司。

  产业联盟是其推动氢能发展的商业化力量之一。由AirLiquide、戴姆勒、林德集团、OMV、壳牌和道达尔六家氢能产业的龙头企业结成了H2Mobility联盟,以社会产业资本的身份一同支持德国氢能产业发展。

  宝马提议成立了AutoStack-Industrie联盟,该联盟旨在为德国及欧洲其他燃料电池供应商提供技术经济方法的支持,该联盟吸引到包括戴姆勒、大众集团、福特、Greenerity、NuCellSys、优美科等在内的众多企业加入。

  除了大公司研发,初创公司的加入也给氢能商业化应用添加了更多的可能性。

  据报道,几乎所有的全球氢气(96%)都是通过蒸汽重整甲烷(CH4)生产的,但是过程最终产生二氧化碳。为了实现可持续发展,这种生产方法需要采用碳捕获和储存,CCS技术本身也不够成熟,需要进一步开发。

  可再生能源电解水制氢,能避免碳排放的问题。然而,使用这种方法生产的氢气量取决于可再生能源的电力成本和可用性。目前这一技术占全球总容量制氢比例有限并且成本高昂。大多数行业专家预计,电解能力的显著提高将在未来10年内将成本降低约70%。

  然而,绿色氢气成本的最关键因素是电解过程中使用的绿色电力的价格。英国皇家学会的一份报告表明,电解可能更适合移动交通和离网部分,而不是大规模集中制氢。

  不久前,壳牌、西门子和TenneT公司联合呼吁德国政府加速利用海上风电制氢的技术研究,并建议考虑开展海上风电制氢项目招标。

  风电制氢和其他制氢路线一样,如何使得制氢成本降低,是氢能商业化应用的主要障碍之一。

  Sunfire是德国一家正在研发固体氧化物电解池(SOEC技术)的初创公司,并希望将其大规模商业化。该公司正在研发生产可再生合成燃料的解决方案,并为不同的行业应用提供能源系统解决方案。

  该公司称,利用Sunfire的模块化电解槽集成到钢厂的生产过程中,可增加至兆瓦级。可逆双模系统可用电解槽生产80%绿色氢气,也可作为燃料电池,系统产生的热量可反馈到钢厂,用于稳定电网的电力。

  除了产业链前段制氢,氢的运输和储存也是德国一些初创公司的研发重心。政府在前期氢能基础设施方面的投入,给他们提供了更多可以试验的应用场景,比如固态储氢,天气管网中制氢、储氢等。

  毫无疑问,迈向氢能世界不会在一夜之间发生,旅程将是艰难的。(文 | 范珊珊)

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