德国“西海岸100”氢项目对海南氢能源产业发展的借鉴意义

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。

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。

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。

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Ørsted，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。

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。

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。

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。

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。

参考资料：

[1] Frauenhofer Institute. Eine Wasserstoff-Roadmap für Deutschland[R]. Karlsruhe und Freiburg: Frauenhofer ISE. 2019.

[2] 可再生能源发电制氢 能源转型的技术前景. IRENA. 2018(9).

[3] 珊克瑞·斯里尼瓦桑，周希舟，张东杰.欧洲氢能发展现状前景及对中国的启示[J]. 国际石油经济.2019，27(4).

[4] 中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2018).中国标准研究院.2018(10).

[5] 中国氢能产业发展报告2020.中国电动汽车百人会.2020(10).

[6] 中德能源与能效数据：https://www.energypartnership.cn/zh/home/