德國模式的氫能商業(yè)化

【電車資源 行業(yè)資訊】

在去碳的道路上,德國一直試圖保持領先位置,因而氫能成為德國政府和業(yè)界倚重的未來能源形式之一。

近些年來,德國從研發(fā)機構(gòu)到企業(yè)圍繞氫能的開發(fā)和應用進行了更多的嘗試和探索,通過示范項目加快氫能制造和利用商業(yè)化的步伐。

去年9月,世界上第一輛氫動力列車在德國北部100公里長的軌道上運行。雖然比現(xiàn)有的柴油機車昂貴,但新的零排放發(fā)動機對環(huán)境更加友善。

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

在成功運行第一趟列車后,列車制造商阿爾斯計劃在2021年之前向下薩克森州提供14臺氫動力列車。

除了氫動力列車,德國在發(fā)展氫能基礎設施方面也不遺余力。據(jù)H2stations.org對外公布的數(shù)據(jù)顯示,截至2018年底,德國擁有60座加氫站。2018年,全球共計新增48座加氫站投入運營,其中德國增長最多,達17個公共加氫站。

過去以來,雖然德國在能源轉(zhuǎn)型方面取得了巨大的成功,可再生能源比例不斷提高,而在國際社會中,近些年來遞增的碳排放一直受到詬病,氫能的開發(fā)和利用也就成為了近些年來德國能源工業(yè)以及交通領域研發(fā)的重點方向之一。

政府扶持

德國政府以及產(chǎn)業(yè)界對于氫能和燃料電池的扶持,始于2006年。彼時,德國政府和產(chǎn)業(yè)資本為了積極推動氫能基礎設施的發(fā)展和建設,牽頭成立了國家全資公司(NOWGmbH),以支持氫能經(jīng)濟的初期發(fā)展。該公司的管理層由德國聯(lián)通署、建筑與城市發(fā)展部等5個部門組成。

為推動氫能發(fā)展項目的實施,NOW啟動了“國家氫和氫燃料電池技術(shù)創(chuàng)新計劃(NIP)”。通過NIP計劃,共募集14億歐元的專項資金,用于2007-2016年的氫能項目開發(fā)。募集資金中的7億歐元由德國政府出資,扶持750個相關項目。剩余資金則按項目合作制度由產(chǎn)業(yè)成員提供。

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

在汽車行業(yè),汽車巨頭戴姆勒和寶馬也加大了對燃料電池汽車研發(fā)的投入,加快批量生產(chǎn)的步伐。隨著電氣自動化和互聯(lián)驅(qū)動技術(shù)發(fā)展,汽車行業(yè)面臨著自汽車發(fā)明以來最大的機動性革命,燃料電池是這一發(fā)展的關鍵技術(shù)。

為此,聯(lián)邦政府批準了支持氫和燃料電池技術(shù)的第二階段計劃(NIP2)?，F(xiàn)階段主要注重于解決市場開拓的問題,建立相應的基礎設施,為未來在氫氣生產(chǎn)、運輸、住宅能源供應、工業(yè)應用、燃料電池特殊應用等各個領域中的基礎持續(xù)提供政策經(jīng)濟上的支持。

從2016年到2019年,該計劃提供近2.5億歐元來支持該領域的創(chuàng)新,預計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

對于下一階段氫能商業(yè)化的探索,德國進行的是一場自上而下的活動。政府對于研發(fā)的扶持,激發(fā)了下游市場的活力。近些年來,特別是圍繞大城市基礎設施的布局,對于氫能的應用嘗試也愈加廣泛,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)盟是其推動氫能發(fā)展的商業(yè)化力量之一。由AirLiquide、戴姆勒、林德集團、OMV、殼牌和道達爾六家氫能產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)結(jié)成了H2Mobility聯(lián)盟,以社會產(chǎn)業(yè)資本的身份一同支持德國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

寶馬提議成立了AutoStack-Industrie聯(lián)盟,該聯(lián)盟旨在為德國及歐洲其他燃料電池供應商提供技術(shù)經(jīng)濟方法的支持,該聯(lián)盟吸引到包括戴姆勒、大眾集團、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)化應用添加了更多的可能性。

據(jù)報道,幾乎所有的全球氫氣(96%)都是通過蒸汽重整甲烷(CH4)生產(chǎn)的,但是過程最終產(chǎn)生二氧化碳。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,這種生產(chǎn)方法需要采用碳捕獲和儲存,CCS技術(shù)本身也不夠成熟,需要進一步開發(fā)。

可再生能源電解水制氫,能避免碳排放的問題。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)專家預計,電解能力的顯著提高將在未來10年內(nèi)將成本降低約70%。

然而,綠色氫氣成本的最關鍵因素是電解過程中使用的綠色電力的價格。英國皇家學會的一份報告表明,電解可能更適合移動交通和離網(wǎng)部分,而不是大規(guī)模集中制氫。

不久前,殼牌、西門子和TenneT公司聯(lián)合呼吁德國政府加速利用海上風電制氫的技術(shù)研究,并建議考慮開展海上風電制氫項目招標。

風電制氫和其他制氫路線一樣,如何使得制氫成本降低,是氫能商業(yè)化應用的主要障礙之一。

Sunfire是德國一家正在研發(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)應用提供能源系統(tǒng)解決方案。

該公司稱,利用Sunfire的模塊化電解槽集成到鋼廠的生產(chǎn)過程中,可增加至兆瓦級?？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,氫的運輸和儲存也是德國一些初創(chuàng)公司的研發(fā)重心。政府在前期氫能基礎設施方面的投入,給他們提供了更多可以試驗的應用場景,比如固態(tài)儲氫,天氣管網(wǎng)中制氫、儲氫等。

毫無疑問,邁向氫能世界不會在一夜之間發(fā)生,旅程將是艱難的。