毕马威:氢能如何在整个欧洲大陆实现运输
氢能正在成为德国及欧洲能源转型的重要组成部分。它能够把电力系统和天然气系统连接起来。氢气便于储存。而且,用同样的投资,通过天然气管网输送的能量,是电网的10到20倍。也就是说,氢气可以更便宜、更安全地实现长距离、大容量的能量运输。
正因为这些特性,氢能可以帮助解决绿电生产和使用过程中所需的灵活性问题,而且效率很高。
在欧洲,最具成本优势的可再生能源资源分布在几个地方:挪威和阿尔卑斯山区的水电,北海和波罗的海的海上风电,还有南欧的太阳能。因此,在这些发电地点附近就地将电力转化为氢气,是比较合理的做法。
但问题是:氢气要怎么从生产地运到消费者手中?怎样才能实现氢气在全欧洲范围内的运输?
从试点项目到大规模工业化生产
目前氢气的需求量还比较有限,可持续生产的氢气尤其如此。针对现有的应用场景,市场上主要是一些孤立的解决方案。氢气大多在靠近消费端的地方生产,然后通过卡车高压压缩运输,或者通过管道在较短距离内以气态形式输送到使用地点。
未来几年,气候友好型氢气的大规模工业化生产有望逐步发展起来。虽然目前的重点是绿氢,但考虑到绿电需求量大幅降低的情况,蓝氢或紫氢的生产也应该被纳入考量范围。
氢气生产将主要集中在可再生能源和天然气资源丰富的地区。由于风能和太阳能的发电不受需求影响,把这些能量转化为氢气储存起来是一种理想方式。以德国为例,海上风电并网线路的终端附近,将会是氢气的生产地。随着用户数量增加,运输需求也会相应增长,不再局限于生产地附近的少数试点项目。
氢能有望成为像今天的天然气一样重要的能源
据估计,到2050年,德国的氢气需求量大约为600太瓦时。相比其他一些预测800太瓦时的研究,这已经算是比较保守的数字了。这个数字与目前天然气的一次能源需求量(约900太瓦时,含发电用量)大致相当。如果不算发电用量,天然气消耗量约为600太瓦时。
要运输如此大量的氢气,现实来看只有管道这一种方式可行。因此,未来需要建设一套高效的氢气运输和分配基础设施。从经济角度来说,理想的做法是尽可能利用现有的基础设施。
鲁尔区、德国中部和北部的氢能集群
基于目前的现状,可以大致勾勒出欧洲氢能管网的发展路径。德国目前有三个相对独立的氢气孤岛网络:鲁尔区、德国中部、德国北部。其中,埃姆登/林根、汉堡/下威悉河,以及莱比锡/哈勒这几个地区,有望成为德国未来实现全国氢能经济覆盖的先锋区域。
预计这些孤立网络将逐步发展成区域性集群,主要途径是对现有天然气管网进行改造。由于L气(低热值天然气)向H气(高热值天然气)的市场转换,德国北部和西部将有合适的天然气管道可供改造使用。
德国的氢能管网未来发展路径大致如下图所示。

与法国北部、比利时、荷兰的连接不断增强
在欧洲层面,法国北部、比利时和荷兰地区将形成一个值得关注的集群。和莱茵-鲁尔地区类似,这里也已经具备了一定的氢气管网基础。这个地区和莱茵-鲁尔区叠加在一起,将形成有利的发展条件,起到类似"孵化器"的作用,具体包括:绿电和天然气资源丰富、可以结合LNG(液化天然气)终端进口氢气、工业化程度高、经济实力强、人口密度大。
在未来几年内,一个欧洲氢能管网有望逐步成形。预计到2030年左右,国内氢气需求将超过国内产量,因此需要建立进口能力。这可以通过与比利时或荷兰管网的连接来实现,也可以结合LNG终端来完成。到那个时候,埃姆登/林根、汉堡/下威悉河这几个区域集群,很可能会连接成一个统一的网络。从这里出发,氢气将逐步输送到南部和东部的主要消费区域。
欧洲其他联通网络也在形成
其他欧洲国家的氢能集群预计也会不断扩展:
法国:氢气管网将从法国北部向南延伸。与此同时,从南部马赛-里昂一线出发的管网,也会向北和向西扩展。
南欧地区:地中海沿岸具备发展氢能的良好条件,因为太阳能和风能资源都很充足。因此,西班牙和意大利的管网预计会呈现从南向北发展的趋势。如果能够额外从北非进口绿氢,这一发展趋势可能会进一步加强。通过法国或奥地利和瑞士,这些氢气有可能一路输送到德国。
北海沿岸国家:由于海上风电场提供的可再生能源资源,北海沿岸国家也可能成为一个重要的发展重点。北海风电枢纽甚至有可能直接在海上生产氢气。这些氢气产量可以重点供应法国北部、比利时、荷兰和德国地区。
英国:赫尔、利兹、利物浦、曼彻斯特一带有望形成一个氢能集群。海上风电制取的蓝氢,主要可通过蒸汽重整技术获得,北海枯竭的天然气田可以用作二氧化碳封存场所。伦敦周边也可能成为另一个氢能基础设施发展核心。此外,南威尔士、南安普顿,以及格拉斯哥和爱丁堡这些工业集群,未来也有望实现互联互通。
爱尔兰及波罗的海、北欧国家:来自爱尔兰海和波罗的海的海上风电,可以为氢气生产提供更多潜力,从而成为爱尔兰以及波罗的海和北欧国家氢能管网的起点。
要实现欧洲绿色新政和能源转型的目标,未来将有更多电能通过电动汽车、热泵或工业流程改造等方式被直接使用。但在一些无法直接用电的领域,我们仍然需要一种清洁的能源载体,能够广泛应用且实现气候中和。可持续生产的氢气正好能够承担这一角色。为了建立一个高效运转的市场,未来需要建设这样一个泛欧氢能管网——具体路径,我们已经在下图中为大家做了勾勒和展示。

信息来源:kpmg