氫集群示范項目的全球進展

氫集群（Hydrogen clusters，此概念在歐盟委員會中表示為“Hydrogen valley”，在美國表示為“Hydrogen hub”）通常被定義為由氫生產(chǎn)者（有時包括可再生電力的生產(chǎn)）、潛在用戶和連接前兩者的基礎設施所構(gòu)成的網(wǎng)絡。預計氫集群將在供應氫和需求氫的先行示范區(qū)域及周圍地區(qū)首先完成部署。其中包括工業(yè)集群、港口、城市和其他已經(jīng)在進行試點項目和商業(yè)氫氣開發(fā)的地點。

氫集群將有效的促進基礎設施發(fā)展，并且在與港口相連時會促進大規(guī)模的氫貿(mào)易。在起步階段，氫集群對于氫生產(chǎn)的方式不做限制。但是使用通過低排放技術(shù)生產(chǎn)或全生命周期排放值低于規(guī)定的氫，可以有效獲得公眾的支持。

氫集群歐盟示范項目

01 "BIG HIT"

——示范項目的初步嘗試

2015年，歐盟委員會（EC）在氫聯(lián)合行動計劃項目（FCH JU）中首次提出“氫集群”概念。當時，使用了“氫領土”（hydrogen territories）一詞，后續(xù)逐漸演變?yōu)?ldquo;氫谷”（hydrogen valleys）。這一呼吁在蘇格蘭的奧克尼（Orkney）區(qū)域創(chuàng)造了名為“BIG HIT”的項目（見圖1），該項目建立在Orkney Surf 'n' Turf計劃奠定的基礎上。Orkney Surf 'n' Turf 計劃將使用風能和潮汐能在 Eday 和 Shapinsay 島上生產(chǎn)氫氣。

首先，使用 Eday 和 Shapinsay 島上產(chǎn)生的可再生電力通過電解槽制取氫氣，項目中部署了兩個先進的質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽。Shapinsay島上的電解槽的容量為1MW，Eday島上的電解槽的容量為0.5MW，兩者都位于可再生能源發(fā)電設備附近。然后將氫氣作為高壓氣體儲存在管式拖車中，并運輸?shù)綂W克尼大陸進行使用。

這兩臺PEM電解槽每年產(chǎn)生約50噸氫氣。這種“零碳”氫氣可用于為當?shù)亟ㄖ锕┡矊⑼ㄟ^海上渡輪用5輛氫氣管拖車運輸?shù)娇驴宋譅枴Ｔ诳驴宋譅枺粋€75千瓦的氫燃料電池為柯克沃爾的幾座港口建筑、一個碼頭和3艘渡輪（停靠時）提供熱量和電力。最后，柯克沃爾的加氫站為奧克尼群島議會的5輛Symbio氫燃料電池公路車輛提供燃料。

圖1 奧克尼氫集群運作示意圖

（圖片來源：BIG HIT官網(wǎng)，https://www.bighit.eu/about）

02 "HEAVENN"——與現(xiàn)有電力天然氣系統(tǒng)的耦合示范

2019年，歐盟通過“聯(lián)合承諾”（the Joint Undertaking）發(fā)起了與氫集群相關的另一項呼吁。歐盟為 "HEAVENN" 項目提供了2000萬歐元（2400萬美元）的支持，并輔以7000萬至8000萬歐元（8300-9500萬美元）公私合作資金，以連接荷蘭北部的整個氫供應鏈。

"HEAVENN" 是一個大型示范項目計劃，將氫的生產(chǎn)、分銷、儲存和本地最終使用等核心要素匯集到一個完全集成和運作良好的“氫集群”中，可以作為整個歐洲及其他地區(qū)復制的藍圖（見圖2）。該概念基于整合在荷蘭北部的六個地區(qū)中（即Eemshaven，Delfzijl，Zuidwending，Emmen，Hoogeveen和Groningen）現(xiàn)有的和計劃中的項目集群以完成部署。

項目的主要目標是在整個價值鏈中大規(guī)模的利用綠色氫，并同時開發(fā)可復制的商業(yè)模式。HEAVENN旨在最大限度地整合該地區(qū)豐富的可再生能源，包括陸上（風能和太陽能）和海上風能，使用氫作為：

（i）一種存儲介質(zhì)，用于管理電網(wǎng)中間歇性和受限的可再生能源輸入;

（ii）能源載體，用于進一步整合可再生能源投入和電力以外的其他能源部門（即工業(yè)、熱力和運輸）的脫碳。

圖2 HEAVENN氫集群運作示意圖

（圖片來源：HEAVENN官網(wǎng)，https://heavenn.org/storage-and-built-environment/）

該計劃促進了氫集群中氫燃料電池在終端應用時的多樣化發(fā)展，同時確保了它們之間的互連。綠氫從供給端到應用端的運輸將通過現(xiàn)有天然氣基礎設施的運輸和分配網(wǎng)絡實現(xiàn)。通過這種方式，HEAVENN將大規(guī)模展示現(xiàn)有電力和天然氣基礎設施的耦合示范，使整個地區(qū)的工業(yè)，電力，運輸和供熱脫碳。

"HEAVENN" 項目的部署規(guī)模足以在整個價值鏈中實現(xiàn)顯著的規(guī)模經(jīng)濟和改進的商業(yè)模式。

03 "Green Hysland"——島嶼經(jīng)濟脫碳的藍圖

2020年，“the Joint Undertaking” 組織將其氫谷工作重點放在島嶼上，向馬洛卡島（西班牙）的 "Green Hysland" 項目撥款1000萬歐元（1100萬美元）。"Green Hysland" 電解槽于2022年3月落成，氫分配管道預計將于2022年底投入運行。"Green Hysland" 的目標是在西班牙馬洛卡島部署一個功能齊全的氫生態(tài)系統(tǒng)，使該島成為歐洲在南歐的第一個氫集群（見圖3）。

該計劃將通過從太陽能中生產(chǎn)綠色氫并將其交付給最終用戶，例如該島的旅游，運輸，工業(yè)和能源部門（包括向天燃氣管網(wǎng)中注入氫氣以實現(xiàn)綠色供暖和為其他終端部門提供電力和熱量供應）來實現(xiàn)。

圖3 馬洛卡島氫集群運作示意圖

（圖片來源：Green Hysland官網(wǎng)，https://greenhysland.eu/about-green-hysland/）

"Green Hysland" 示范將為歐洲提供島嶼經(jīng)濟脫碳的藍圖，以及H2對實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和2050年凈零目標的貢獻的運營示例。包括馬德拉（葡萄牙）、特內(nèi)里費（西班牙）、阿蘭（愛爾蘭）、希臘群島、阿梅蘭（荷蘭）、智利（智利）和摩洛哥在內(nèi)的島嶼也將參與 "Green Hysland" 項目，并將復制馬洛卡島的開發(fā)經(jīng)驗和商業(yè)模式。

氫集群的全球推廣

氫谷的概念已經(jīng)不僅限于歐洲，在Mission Innovation（MI）組織的帶領下，通過“清潔氫使命”（Clean Hydrogen Mission）在全球范圍內(nèi)推廣氫集群概念。

清潔氫使命將通過到2030年將端到端的清潔氫成本降低到每公斤2美元來加速全球清潔氫經(jīng)濟的建設。這代表了使清潔氫成本與生產(chǎn)、運輸、儲存和最終使用等不同行業(yè)中的其他能源載體具有競爭力的轉(zhuǎn)折點。

為了實現(xiàn)這一目標，組織內(nèi)的成員共同承諾到2030年在全球范圍內(nèi)提供至少100個大型綜合清潔氫谷。這將產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟，壓低清潔氫成本，促進全球清潔氫經(jīng)濟的發(fā)展。

每位成員將滿足以下條件：

制定和實施國家氫能戰(zhàn)略。

在整個價值鏈上進行開創(chuàng)性的氫能研究、開發(fā)和技術(shù)示范。

開發(fā)至少三個氫谷，通過公共部門或私人部門的投資。

每年制作各自清潔氫研究、開發(fā)和示范工作的研究目錄。

01 歐盟

2022年，清潔氫聯(lián)合事業(yè)組織（ the Clean Hydrogen Joint Undertaking）通過“歐洲地平線”計劃（Horizon Europe）發(fā)起了一項高達2500萬歐元（2600萬美元）的項目投資，主要用于建設一個可再生氫年產(chǎn)量超過5千噸的大型氫谷，氫谷生產(chǎn)的氫氣中的80%將用于工業(yè)使用。并且該氫谷將與其地理邊界以外的地區(qū)在氫生產(chǎn)、需求和存儲上建立合作關系。此外，歐盟委員會還呼吁在沒有氫谷的歐洲地區(qū)（如中歐或東歐國家）資助一個小規(guī)模氫谷（每年可再生氫超過500噸），資金高達800萬歐元（800萬美元）。

2022年5月，歐盟委員會在布魯塞爾提出 "REPowerEU" 計劃。旨在通過發(fā)展能源供應多樣化、節(jié)能、清潔能源快速部署，以應對地緣政治沖突帶來的全球能源市場波動，降低歐洲對不可靠能源供應商和不穩(wěn)定化石燃料的依賴。提升歐洲的能源獨立性。由于氫能部署是該計劃的重要組成部分，歐盟委員會將通過 "REPowerEU" 計劃補充對清潔氫聯(lián)合事業(yè)組織的投資，目標是在2025年前將現(xiàn)有氫谷的數(shù)量增加一倍。

02 德國

2021 年 9 月，德國有 30 個城市和地區(qū)在第二輪 "HyLand" 競賽期間獲得了資助。其中15個地區(qū)獲得了40萬歐元（50萬美元）的資助，用于深化其區(qū)域氫集群概念，另外15個地區(qū)獲得支持，用于發(fā)展氫集群概念并初步創(chuàng)建氫集群網(wǎng)絡。

03 英國

在英國的格蘭奇茅斯（蘇格蘭）、東海岸（蒂賽德、亨伯）、南安普敦、Hynet西北和南威爾士集群等地區(qū)，已有數(shù)個氫工業(yè)集群正在計劃部署。項目聯(lián)盟計劃通過重新利用現(xiàn)有天然氣管道和建設新的專用管道，將這些地區(qū)的氫工業(yè)集群連接起來。此外，英國還制定了到2020年代中期在兩個產(chǎn)業(yè)集群中大規(guī)模部署CCUS（carbon capture, utilisation and storage）的計劃，發(fā)展至2030年再在兩個產(chǎn)業(yè)集群中大規(guī)模部署CCUS。其中位于東海岸和Hynet區(qū)域的工業(yè)集群將優(yōu)先進行部署，蘇格蘭集群作為備選方案。

04 美國

美國能源部于2022年6月發(fā)布了一份意向通知，為兩黨基礎設施法中80億美元的項目提供資金。并且，能源部希望支持區(qū)域氫中心（H2Hub）的發(fā)展。該方案包括多樣化的低排放氫生產(chǎn)途徑和最終用途、地理多樣性、就業(yè)機會和社會參與。

05 澳大利亞

在澳大利亞，政府資助 “清潔氫工業(yè)中心計劃”（the Clean Hydrogen Industrial Hubs）4.64億澳元（3.2億美元），旨在支持多達七個氫工業(yè)中心的發(fā)展。政府確定了七個優(yōu)先樞紐地區(qū)：貝爾灣（塔斯馬尼亞）、皮爾巴拉（西澳大利亞）、格萊斯頓（昆士蘭）、拉特羅布谷（維多利亞）、艾爾半島（南澳大利亞）、獵人谷（新南威爾士州）和達溫（北領地）。2022年期間發(fā)布了一系列相關的資助公告。

06 日本

在日本，高排放量的工業(yè)集群多數(shù)位于港口附近。為此政府啟動了港口碳中和倡議，主要通過港口設施大量進口氫或氫的衍生燃料，以促進港口日常運營和周邊地區(qū)的產(chǎn)業(yè)集群脫碳。例如在大阪港，新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）資助了兩個研究項目，一個在名古屋港（愛知），另一個在小沼港（福島），以此評估當?shù)禺a(chǎn)業(yè)的氫需求。橫濱市則與引能仕株式會社（ENEOS Corporation）簽署了一份備忘錄，以分析濱水區(qū)域通過氫能管道網(wǎng)絡連接港口和各個終端用戶的可行性。

07 印度

印度氫能聯(lián)盟（IH2A），提出了 “25/25國家綠色氫能中心發(fā)展計劃”（the 25/25 National Green Hydrogen Hub Development Plan），并正在尋求公眾支持。該計劃預期到2025年，在古吉拉特邦，卡納塔克邦，馬哈拉施特拉邦，喀拉拉邦和安得拉邦等地區(qū)建設5個氫能中心，并開展25個氫能相關項目。