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    德國氫能和燃料電池發展

    發布日期: 2019-01-16
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    前段時間12月7日到8日,于德國漢堡舉行的德國大政黨基du教民主聯盟(CDU)的第31屆黨代hui上,基民盟秘書長安妮格雷特·克蘭普-卡倫鮑爾(Annegret Kramp-Karrenbauer)被選舉為新一屆黨主席,接替默克爾的職位。按照CDU黨內傳統,黨主席與聯邦總理通常由一人擔任,因此,卡倫鮑爾也被視作德國下一任總理的熱門人選。這樣的變革會為德國政治以及整個歐盟乃至世界格局帶來怎樣的變化讓各界人士拭目以待。作為世界GDP*四的國家,德國從戰后的廢墟上迅速崛起,是當今世界zui發達的幾個資本主義國家之一。做為歐盟內作為“*”,其經濟實力和政治影響舉足輕重。

     

    然而縱使作為di四大經濟體,德國的能源自給率嚴重不足,簡言之是一個“貧油少氣”的國家,在能源作為國民經濟命脈的當代,德國早在上世紀90年代就鍵能源轉型的目標鎖定在清潔可再生能源上?,F如今,德國在可再生能源領域已經走到了世界的前列,據德國經濟能源部(BMWI)統計,可再生能源在2017年已經占據到總能量消費的15.6%,這一比例在今年的統計中預估將會達到18%;除此之外在可再生能源領域投入的設備資金達到157億歐元,而其收益則有162億歐元。與此相比美國的可再生能源僅占11.0%(且大部分來自已建設多年的水電),結合2017年德國對《可再生能源法案》的修訂和完善,可以說德國在可再生能源領域成為世界di一的決心已讓世人皆知。尤其在氫能和燃料電池方向,德國的研究機構和工業公司一直以來都處于領xian地位。

    (德國可再生能源占比變化趨勢  來源:德國聯邦經濟能源部2017年年度能源統計報告)

     

    專項機構

     

    德國在氫能和燃料電池領域專門成立了國家氫能與燃料電池技術組織(德語: Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie-Gmbh;縮寫:NOW-Gmbh)以進行相關領域的工作。2006年,德國政府,工業和科學界達成戰略聯盟,啟動稱為氫和燃料電池技術國家創新計劃(NIP)的長達10年的重大項目,并已取得了的成就:

    ·NIP為750個項目總計投入約7.1億歐元;

    ·此外受資助項目自籌資金6.9億歐元,第三方資助2千萬歐元;

    ·共240家企業,50家科研和教育機構以及公共部門得到NIP的資助;

     

    NIP階段的工作成功確保了德國在氫能和燃料電池領域的領xian地位,大多數燃料電池類型(低、高溫聚合物電解質膜燃料電池LT、HT-PEMFC:30%~40%、固體氧化物燃料電池SOFC40%)和相關應用(家庭固定能源應用領域33%,熱電聯產總效率85%~90%)的效率皆已經達到預期目標。NIP計劃宏觀層面上講使德國氫能和燃料電池工業的增值產業鏈鏈得到加強——德國在燃料電池的供應和制造方面排名di三(位于日本和美國之后);而在固定應用方面,德國有14燃料電池個制造商(其中9家是供暖),是相關領域企業多的國家。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展:2006-2016年間獲得NIP支持的公司銷售額增加了3倍,總量達到每年2.6億歐元;德國已開發并銷售固定家用燃料電池產品,是目前歐洲燃料驅動家用供暖設備的主要市場,截止2016年共安裝了大約2000臺設備;但盡管NIP對移動應用方面有大力的支持,市場仍然開發較平穩緩慢,并沒有實現移動燃料電池應用,直到近兩年的2017/2018年才有小批量燃料電動汽車投入市場。隨著日本的豐田和本田以及韓國的現代已經生產了批量生產的燃料電池汽車,德國自然不甘落后:戴姆勒相應計劃在2020年發布一款車型,寶馬BMW則計劃2021年發布自己的車型,在氫氣的制造儲存等方面,德國Linde 公司則是三大加氫站制造商之一,移動交通領域氫能與燃料電池的運用已經被提上了日程。

    (氫能和燃料電池在未來綜合能源系統中的角色  來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    根據階段的實踐總結與經驗,德國又提出了第二階段即2016至2026年的氫和燃料電池技術計劃(NIP2)以確保研究和開發的繼續,聯邦政府預計在接下來十年內提供14億歐元左右公共扶持資金的資助?,F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,氫氣運輸,住宅能源供應,工業應用,燃料電池特殊應用等各個領域中的基礎持續提供政策經濟上的支持,。 兩大政府部門BMVI和BMWI負責為NIP計劃提供政策支持,而NOW組織則進行計劃實施與協調。

    聯邦運輸和數字基礎設施部(BMVI德語:BundesministeriumfürVerkehrund digitale Infrastruktur)計劃在2019年前撥款2.5億歐元(約19.54億人民幣)以支持氫和燃料電池技術。其主要運用在為氫能基礎設施如加氫站的建設,氫能燃料電池交通工具如FCV和氫燃料客運列車等的開發,燃料電池系統發電設施等提供補助與投資。

    聯邦經濟事務和能源部(BMWi  - BundesministeriumfürWirtschaftund Energie)在NIP2中將繼續對氫能和燃料電池技術應用的研究和開發提供支持,根據在第六屆能源研究計劃中提出的計劃每年提供約2500萬歐元(約1.9億人民幣)到相關領域。比如,2016年8月,BMWi在國家行動計劃能源效率(NAPE-Nationaler Aktionsplan Energieeffizienz)范圍內啟動了一項資助計劃,旨在為私人客戶采購燃料電池加熱設備。

    除此之外,其他部門如德國聯邦環境部以及教育和研究部也將通過NOW GmbH組織來積極參與國家實施計劃的戰略發展,正如NIP在2006年-2016年階段計劃實施時那樣,政府部門間通力合作達成德國在其《可再生能源法》中提出的“2050年之前減少95%的二氧化碳排放;德國終的能源結構50%來自可再生能源”的遠大目標。

     

     

    (德國NIP2016~2026年第二階段規劃示意圖  來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    氫區建設

    德國政府為了促進氫能和燃料電池在區域內的實際應用,從2018年6月起至2019年1月,氫能區域建設的想法設計,具體的計劃和制定或實施這些計劃都可以申請聯邦政府的考核以得到支持,政府將視情況提供資金補助。因此,利益相關者及項目發起人或組織(HyStarter)從項目申報,到通過建立的綜合性的分析和規劃(HyExperts),直到實際應用以實現氫區的建設與運行(HyPerformer)都會得到政府的鼓勵。

    HyStarter

    德國政府預計將選擇六個地區和/或市政當局建立氫能區域。聯合各界的積極需求并結合其資源(政治,市級,工業,商業,社會)提供技術建議和支持,共同制定有關氫能和燃料電池為基礎的運輸,供熱,發電儲能等領域可實施的發展計劃;

    HyExperts

    區域的名額將會在競賽中決定,對項目的規劃分析將會在2019年春進行評比,勝出的區域將能夠獲得總金額為100萬歐元的投資補助,以進一步推進概念和規劃的發展,直到其實施。

    HyPerformer:

    潛在的氫區建設與運行商可以申請評比,以在進一步競爭的范圍內實施現有概念。評委會將從所有參賽作品中選出獲勝者, HyPerformers的總獎金總額為2000萬歐元,終將以采購的投資補助形式提供。

    氫區的建設工作在近日又被再次強調,12月6日 - BMWI國務秘書Steffen Bilger在國家創新計劃氫和燃料電池技術大會上提出了一種新的籌資辦法:“德國的任何地區都可以成為氫能區域——無論其以前是否有可再生能源運行的經驗。作為一個多階段的長期工作,我們會現場考察具體的需求,資源和發展潛力。我們能夠為這個項目提供從提升公眾認知水平,到考察規劃信息采集,到采購建設以實施氫區概念的多種支持“。

    (氫區概念示意圖  來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    氫能燃料電池交通

    據統計,德國在交通上消費的能源占終端能源消費的1/3,而德國政府設立了在2020年達成減少10%(與2005年相比)終端能源消費的目標,因此便為氫能燃料電池在汽車,公共汽車,重型車輛,叉車,列車,船舶等等交通工具上的應用與商業化,投入了大量的資源。德國希望不僅僅是通過示范項目而是真正通過基礎設施與交通工具的齊頭并進的開發而進行大規模運行。

     

    (德國目前(2018年)的加氫站分布地圖  來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    加氫站建設

    在2016年階段NIP結束后,德國在柏林,漢堡,杜塞爾多夫,法蘭克福,斯圖加特和慕尼黑等大都市區以及連接高速公路上根據計劃建立了接近50個加氫站(第五十個加氫站2018年9月7日建成于波茨坦),能夠為起始階段氫燃料電池汽車提供基本道路條件。而根據NOW發布的路線圖,在2018年*個加氫站將無條件建造,即無論車輛的實際銷售數量如何,加氫站都會得到建設。目標是在漢堡,柏林,萊茵 - 魯爾,法蘭克福,斯圖加特和慕尼黑的六個城市地區,以及其相連接高速公路上建立所謂的“氫氣走廊”——每90公里至少有一個加氫站,大都市區內至少有10個加氫站。NIP2屆時將根據德國燃料電池車輛登記的數量對加氫站的總數目和選址進行定位。

    早在2012年,瑞典大瀑布電力公司(Vattenfall)斥資六百萬歐元建起了這座“加油站”參與到了諸如漢堡港口新城加氫站可再生能源存儲-氫能汽車示范項目的建設當中,漢堡是德國第二大城市,擁有德國繁忙的港口。政府的巨額投入幫助該市建立起不少氫燃料加油站,使其構成了小型網絡。同時政府還鼓勵使用氫能源的城市公交車進行公路實地測試,并對研發工作給予資金支持。

     

    (德國漢堡——港口新城氫能交通網絡示意圖  來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    除了數年前對漢堡這樣的城市進行支持之外,在德國本土普及加氫站建設的過程當中對*個站中的大多數站的資金技術支持將分別來自國家創新計劃氫和燃料電池技術以及歐洲燃料電池和氫聯合承諾委員會;預計到2023年,400個加氫站的落地將確保在德國建立完整的國家氫能基礎設施網絡,2030年,德國將具有1000座加氫站和50萬輛燃料電池汽車的規模,加氫站的網絡化分布還會進一步完善和擴展。對于這些潛在的400個加氫站,由TOTAL和液化空氣控股合資的企業—氫交通H2 MOBILITY項目將承擔所有運營任務,包括網絡規劃,授權,采購,建設和運營;支付系統以及氫氣采購,且保證盡可能多的使用可再生資源來生產氫氣作為能源。

    氫能巴士

    德國非常重視氫能乘用車的開發;在城市巴士應用氫能動力模塊是達成減少顆粒物和氮氧化物的排放,終實現社區*目標的重要一環。根據德國國家氫能與燃料電池技術組織主席Klaus Bonhoff2017年的發言,目前以歐盟委員會牽頭進行投資,已有51臺清潔巴士正在德國境內運營。巴士的采購和運營采用聯合投資機制,確保其成本在可接受范圍之內:2018年初舉行的氫動力汽車歐洲聯合倡議項目(Joint Initiative for Hydrogen Vehicles across Europe,JIVE)提出歐盟將在未來為此項目提供約3700萬歐元,旨在為歐洲汽車制造商提供經濟支持,以削減各整車廠商制造燃料電池汽車所需費用。

    (氫能巴士示意圖 來源自網絡)

    乘用車研發

    乘用車是推進燃料電池汽車商業化的領域,由于現階段氫能燃料電池汽車的成本,決定了其現階段僅能在公共交通領域或重型動力車輛領域應用;目前,德國境內僅有大約 260 輛氫能源家用汽車。但2017年在德國漢堡和慕尼黑等地,已經有燃料電池轎車在共享出租車的公司旗下提供租賃服務,只需要在手機上就可以進行預約。德國政府同時也在加大宣傳力度以確保服務越來越被公眾接受。德國政府對本國的寶馬,奔馳,奧迪等汽車制造商和供應商在氫能和燃料電池乘用車的開發也投入了大量的支持,紛紛推出了自己的FCV概念車:

    德國奔馳公司推出了B級燃料電池車(B-Class F-cell),并于今年推出了新款 FCV 版 GLC, 2017年IAA上GLC F-Cell得到了展示,作為插電式混合動力車,除了燃料電池外,還有一個緩沖電池,可以像任何電動汽車一樣在外部充電。目前該款車僅以每月799歐元的價格出租給德國和日本的大城市的客戶。 所謂的服務租賃模式包括所有維護和可能的維修以及保修包等。預計將會在2022年的正式市場推出。

    (奔馳F-cell燃料電池汽車 來源:汽車之家)

    寶馬在 2015 年發布了基于 i8 和 5 系 GT 車型的 FCV 原型車,并宣布于 2020 年發布量產版。

    (寶馬氫能源FCV 來源:汽車之家)

    奧迪在 2014 年也推出了 A7 h-tron quattro 概念車:

    (奧迪h-tron概念車 來源:汽車之家)

    產業聯盟

    事實證明,氫能和燃料電池汽車的開發與商業化不僅是一家企業能夠完成的,而是需要整個業界聯合guo家資源進行開發合作,2017年,在聯邦交通和數字基礎設施部(BMVI)的領導下,德國政府組織本國汽車企業成立了一個6000萬歐元、為期三年的聯盟,以期研究汽車燃料電池堆的大批量生產。此聯盟名為“AutoStack-Industrie”,年投資金額為2130萬歐元,旨在2020年之前為德國和歐洲燃料電池汽車的商業引進提供技術、經濟和科技支持。這一聯盟由寶馬領導,還包括戴姆勒、德納、福特研究和創新中心、科德寶高性能材料、Greenerity、NuCellSys、燃料電池公司PowerCell Sweden AB、德國優美科、大眾集團和德國巴登符騰堡州太陽能和氫能研究中心。這些企業在汽車制造和燃料電池技術領域都有*的建樹,在德國政府領導之下齊心協力進行彼此聯合交流合作,以期達成德國能夠建立自己的燃料電池生產設施額目的。因為在目前,燃料電池堆仍然需要手工組裝。自動化裝配燃料電池堆可以減少大量的生產成本,從而是燃料電池汽車在市場廣泛投放的先決條件。ASI聯盟中的合作伙伴將創建一套通用的生產規范和標準,按照此規范生產電池堆并設計組件,然后構建出電池堆原型。與此同時,該聯盟成員也正在研究建造燃料電池工廠的可能性,階段的目標產能為每年3萬個燃料電池堆。

    氫能列車

    時至今日,德國的鐵路路線與高鐵遍布的我國相比,電氣化程度僅有41%,而德國政府尋求使用燃料電池火車來解決問題出路。在過去三年內,德國投資研發了氫能城際列車的樣車,并打算在清潔能源列車領域邁出領xian一步。2018年11月9日,作為鐵路運輸業創新和環保技術領域的領xian者阿爾斯通公司11月9日宣布,由他們生產的世界以氫為能源的火車將于2021年在德國正式開跑,采購數量為14輛氫燃料電池列車包括30年維護和能源供應的合同與德國下薩克森州地方交通局簽署。計劃從2021年12月起在庫克斯港,不來梅港,布雷梅爾沃德和布克斯特胡德之間運送旅客,在14條路線上使用燃料電池列車取代原先以柴油為動力的列車。該新能源列車高時速可達140公里每小時,儲氫里程可達1000公里,一次可乘坐多達300名乘客。這樣的燃料電池氫能列車在整個運行過程中都不會產生溫室氣體排放,其多余的能源則可以儲存在列車上安裝的鋰離子電池中供其他用途;因此預計使用燃料電池氫能列車與傳統的柴油列車相比能夠獲得高達30%的能源開支上的節約。

    (德國氫能列車運營路線規劃圖  來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    由國家氫能和燃料電池技術創新計劃即NIP2項目將會投資約840萬歐元資助這項燃料電池機動列車取代柴油列車的項目。隨著德國氫能基礎設施建設的完善,在性能表現上與柴油機車相當的燃料電池機車在鐵路運輸領域有著相當強勁的競爭力,BMVI議會國務秘書Enak Ferlemann也宣稱:“燃料電池機動列車技術在未來10至15年內在德國有很好的機會進行發展,柴油機車則會隨著時代的變遷慢慢退出市場”

    (德國氫能列車內部 來源:新浪科技)

    世界領xian的氣體和工程公司林德集團將提供新型燃料電池列車的氫氣供應,他們將在通往不萊梅的火車上建立首ge氫氣加注站。該項目由聯邦政府資助的投資成本估計約為1000萬歐元。

    *貨車

    隨著加氫站建設的完備,*商用車運輸同樣能享受其基礎設施的便利。2017年12月,德國大氫站運營商H2 MOBILITY與德國電動卡車公司streetscooter(街頭滑板公司)就氫動力商用車的開發使用上達成了合作共識。雙方的總經理于2017年11月30日簽訂了相應的諒解備忘錄。500輛streetscooter公司生產的燃料電池卡車,將從2018年中期逐步被德國郵政公司作為運輸車隊用車DHL投入使用,這些*燃料電池商用車將會在總計15個已經對外開放的由H2 MOBILITY進行運營的加氫站進行加氫補給。這個項目是在杜塞爾多夫舉辦的“北威州能源署燃料電池與氫能網絡”年會的框架下進行簽署的。

    (德國與郵政使用的氫能燃料電池快運車 來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    氫能在航運航天領域的應用

    航運領域,德國于2009年實施為期八年名為“燈塔(lighthouse )”e4ships 的燃料電池船舶項目,利用燃料電池系統為郵輪、貨船和大型游船等提供輔助動力,總投資高達5130萬歐元,涉及全德國21家公司及科研機構。如“Alsterwasser”號游船再在2008年8月在德國漢堡的Alster 湖上即進行了首航,載客量超過100人,一直載客運行至今,截至2010年運送了14000多名乘客。游船推進動力功率為100kW 級,由德國Proton Motor 公司提供的2臺48kW 質子交換膜燃料電池模塊組成,采用35MPa 高壓儲氫技術,一次可攜帶氫燃料50kg ,游船可連續運行2~3天。氫能游船無尾氣排放,能源利用效率高達50%以上。2017年,NIP又通過了多個燃料電池系統在公??痛?、內陸游船、內陸運輸船上作為主要或備用供能系統進行應用的項目,為期兩年半,總額從155萬到1154萬歐元不等。

    (德國e4航運燃料電池項目規劃 來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    (2017-2019年NIP投資的航運領域燃料電池項目 來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    近年來,航空業設法減少溫室氣體排放,波音和空客也曾測試較小的燃料電池飛機。2016年9月29日,德國的飛機工程師成功測試di一架采用*混合燃料電池的4人座飛機。據報道,試飛地點在德國西南部斯圖加特機場,歷時10分鐘,當時機上有兩名飛行員和兩名乘客模型。這架雙艙飛機HY4由飛機制造商Pipistrel、燃料電池生產商Hydrogenics公司、烏爾姆大學和德國航空太空中心(DLR)共同研發。這架飛機飛行中利用氫產生電力,巡航速率每小時165公里,航程可達1500公里,起飛和降落則仰賴電池動力。這一壯舉展示了氫能和燃料電池在民用航空航天領域應用的可能性。此外,德國政府也投入了569萬歐元與空客集團、德國ZAL技術中心(先進空運應用研究中心)、德國航空航天中心合作,開發氫能燃料電池技術在飛機與機場的實際應用。

    (燃料電池航空航天領域資助項目 來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    氫能供熱供電

    德國為自己確立了2050年碳排放降低80%到95%的目標,而目前大約40%的二氧化碳排放仍來自于建筑物。而燃料電池也在產生電力的過程中產熱。將這些熱量充分應用,可實現排放和能源成本的可持續降低。與常規化石能源發電相比,使用燃料電池裝置,二氧化碳排放量可減少近50%。長遠來看,若氫能來自于可再生能源,現有建筑和新建筑的能源成本可以通過燃料電池系統降低多達35%。

    德國聯邦運輸和數字基礎設施部(BMVI)對使用燃料電池系統發電的廠家進行了一系列資助。使用燃料電池發電可以實現關鍵或離網基礎設施的獨立能源供應。這一舉措無疑會使得更多企業積極使用燃料電池系統發電。其主要可以用于安全機構和組織的數字無線電以及交通控制系統,功率需要達到20kW。與使用傳統技術相比,采用燃料電池技術的資助費用高可達新增投資成本的40%。該項資助基金的預算來自NIP2項目,金額為500萬歐元。因此終約有500到600個燃料電池項目的申請者,能夠獲得此項燃料電池補貼。

    家用燃料電池方面,德國尤利希研究中心開發的高溫燃料電池設計使用壽命高可以達到8萬小時。分兩節組成的高溫燃料電池采用氫燃料進行貢獻供熱,根據需要,燃料也可以換成天然氣或甲烷。從試驗開始到現在已供電3400千瓦小時,足夠一戶家庭一年的用電量。從經濟角度來看,這款電池已完全適用于家庭供電供熱。聯合太陽能電池板或風力發電等裝置進行耦合,將來或能實現完全來自可再生能源的獨立式家庭用電供熱。

    (太陽能供給燃料電池家用獨立式發電供熱系統示意圖 來源:中德城市網絡一體化低碳實施項目

    Power-to-Gas

    (power-to-gas概念圖 來源:搜狐)

    為了實現真正的*,氫能的終來源必須來自于太陽能或風能等可再生能源,可再生能源由于具有時效性和區域性,因此將其儲存為化學形式的氫能加以利用能夠解決諸如棄風棄光這些問題。氫氣可以進入到現有的天然氣網絡中并儲存在那里,然后可以將進入電網的氣體再轉化為電,或者可以將其用于其他目的(例如,加熱,氫能車輛),即Power-to-Gas。為此,德國聯邦政府正在實施“儲能研究計劃”。德國的天然氣工業非常發達,其全國天然氣管道總長度超過505,000公里,并且已經運輸了比整個電網多一倍的能源。其未來的計劃是利用天然氣管道網絡作為一個復合系統,其中天然氣,沼氣以及由可再生電力生產的氫氣和合成甲烷結合在一起形成一個巨大的能源網絡進行可調控額網絡化供應。

    誠然,多次能量轉換會導致高水平的能量損失但從中期來看,電力-燃氣技術仍然可以提供一種經濟實惠的解決方案,隨著技術的發展,很可能達成以經濟可行的方式存儲大量電力。德國目前已經開始初步探索power-to-gas的可再生能源網絡形式:

    早在2011年,奧迪便在德國綠色之都漢堡發布了具有開創性意義的e-gas項目,作為核心項目,e-gas項目經過了為期3年的密集研究,現已進入實際應用階段。與其他汽車企業完全依靠第三方提供新能源不同,奧迪品牌是首jia建立起全套可持續發展能源系統即直接參與到可再生能源的生產過程當中的汽車制造商。奧迪參與了位于北海的離岸風渦輪機組的建設,該機組產生的綠色能源將被并入公共電網中。奧迪希望在工廠中使用綠色能源進行生產,并在未來使用綠色能源來為奧迪旗下e-tron電動車型提供動力。同時,風能發電的一部分電被用于電解制氫,產生的氫氣在未來可作為燃料電池車輛的能源,或者用于制造甲烷。這種甲烷在奧迪被稱為e-gas,可以為內燃機提供動力。當時這一項目主要是為了配合奧迪旗下TCNG(Turbocharged Compress Natural Gas)渦輪增壓壓縮天然氣車型系列,由e-gas提供動力。該項目為如何地存儲和轉化綠色能源這一難題提供了解決方案。例如,如果海風強勁,那么多余的能源可以被轉化為e-gas,存儲在公共天然氣網絡中。到有必要的時候,能源又可以隨時從天然氣網絡中回流到電力網絡中。

     

    (德國漢堡奧迪E-Gas項目中心示意圖 來源:汽車之家-車家號)

    到今年2018年,德國輸電系統運營商Tennet,Gasunie Deutschland和Thyssengas希望將電力和天然氣網絡耦合用于能源轉型。目前這三家電網運營商已簽訂具體計劃,在德國西北部的下薩克森州建設一座100兆瓦的power-to-gas試驗工廠,并計劃于2022年逐步接入能源網絡。該項目的兩個變電站主要是收集和重新分配來自德國北部北海的海上風電。這種電力將由實驗工廠轉換為天然氣,以便在可再生能源的新儲存潛力中作為能源轉型的一部分。據該項目負責人稱,該項目還會涉及能源,運輸和工業部門的全面耦合。生成的綠色氣體可通過現有的天然氣運輸管道從北海輸送到德國大工業區魯爾區的消費者手中去進行能量供給。當然,它也可以在未來直接通到建立在德國各地的加氫站進行供氫,再通過儲氫設備運送到其他能源需求場合如工廠等。該項目也得到了德國聯邦運輸和數字基礎設施部(BMVI)的資金支持,下薩克森州環境與能源部長Olaf lies認為,儲存大量可再生電力的能力將減少電網的負荷,反過來,這有助于降低風力發電的成本并提升其供電穩定性,與此同時,擁有更多的儲能選項也可以節省未來能源網絡擴展和建設的成本。

    (德國西北部power-to-gas項目概念圖

    除了上述的各方面,NIP還對諸如水電解制氫,氫氣質量監控測驗,燃料電池部件流水線生產及其質量監控等方面的項目也進行了投資,力圖搭建起完整的氫能產業鏈,在這一領域快速發展實現真正的研發技術產業一體。

    (NIP投資的燃料電池部件與制氫生產與質量監控項目 來源:德國國家氫能燃料電池組織NOW-gmbh)

    歐盟聯合發展氫能

    由于地緣政治的因素,歐洲對石油進口的持續依賴使得歐洲各國的能源自給率常年不足。歐洲目前每天的原油進口量稍低于100億桶,其中有80%的原油都來自于歐佩克國家和俄羅斯。如何擺脫這種“枷鎖”?在歐洲內部逐漸實行一體化的今天,在德國的領導下,歐盟內部針對氫能和燃料電池技術的發展也已經達成了共識以尋求出路。歐盟積極與各行業開展創新項目合作,共同開發一些創新解決方案,進而促進整個行業的技術、產品和商業模式變革。

    目前為止,歐盟已經投資8億歐元 用于氫能燃料電池商業化的200多個項目,其中主要包括未來能源以及未來交通運輸方式,推動建設綠色 歐洲,以實現整個歐盟2020年前節能減排的目標:

    (歐盟燃料電池和氫能發展聯合承諾 來源:中國氫能源網 

    在過去十年中,歐盟委員會和私營部門共同資助了15億歐元,用于通過聯合承諾(FCHJU)共同發展歐洲氫能和燃料電池技術。FCHJU每年向示范和研發項目投入大量資金,支持它們的運行。當前的在歐洲氫能體系下,私營資本和公共資金的比例為3.5:1,歐洲各國政府也在提供相應支持。

    2018年9月19日,歐洲25個國家能源部門的官員奧地利林茨簽署一項非約束性協議,表示支持氫能源的大規模應用,以減少歐洲大陸的碳排放量。各國家代表官員表示,將加大對氫能技術的研究,并加速其在工廠、汽車和家庭中的日常使用。

    歐洲城市清潔氫能項目CHIC(Clean Hydrogen in European Cities project)。這個項目是歐盟向展示*公交車的大型項目,該項目在歐洲許多城市以及加拿大一個地區設立了燃料電池公交車車隊及加氫站。CHIC項目總預算為8180萬歐元,于2010年啟動,已于2016年12月結束,共示范54輛燃料電池公交車,分別運行于瑞士阿爾高州小鎮,德國的柏林、科隆和漢堡,意大利東北部城市博爾扎諾、英國倫敦、意大利米蘭等城市。在該項目的激勵下,到2017年底,歐洲有100輛燃料電池大巴投入使用,預計2020年這一數字將增加到1000輛。

    德國氫能發展給我們的啟示

    到2030年,中國的城市將接近10億或70%的人口。雖然中國過去幾十年的城市化進程在很大程度上有助于改善數百萬公民的生活條件,但它也大大增加了我國的碳排放量,我國三分之一的溫室氣體排放量可以追溯到建筑物及其能源使用情況。因此,建筑行業為緩解氣候變化提供了巨大的機遇。從高能耗高污染發展到節能減排,實現*低排放經濟轉型是國家十分重視的,正如*所說:“綠水青山既是金山銀山”。德國從政府部門的資金投入,成立專項機構組織,建立完整的計劃,到整條產業鏈的開發與保護都是我們值得借鑒的。因此我們需要學習借鑒,制定氫能產業發展路線圖,明確氫能發展戰略定位、目標和任務;同時也要注意推動和高校以及研究機構的合作,建立研發基地;再者還需要開展一批示范工程,推動氫能與可再生能源結合、燃料電池分布式發電、氫儲能以及氫燃料電池交通等多元化應用;從而搭建起一條完整的氫能產業鏈,快速抓住新時代的發展機遇。

    實際上,德國和中國在可再生能源領域一直有借鑒與合作。自2005年以來,GesellschaftfürInternationaleZusammenarbeit(GIZ)-GmbH(德語合作協會)與我國發展和改革委員會不斷嘗試,尋求合作,致力于中國的低碳城市發展。通過德國已有的發展經驗與模式,初主要關注技術方面以改善中國城市的能源效率狀況,尋求發展低碳城市。而目前的項目特別關注城市和城區的綜合能效解決方案,以協助中國實施低碳城市發展政策。目前運行中的中德合作項目有:江蘇城市網絡一體化低碳實施項目,中德可持續建筑中心、新型節能綠色建筑業勞動力培訓等。相信我國能借鑒德國已有的發展經驗,結合我國的實際國情,走出自己的綠色氫能之路!

    (中德江蘇城市網絡一體化低碳實施項目部分企劃

     

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