海上制氫挑戰(zhàn)低成本模式

PosHYdon是海王星能源公司于2019年發(fā)起的海上綠氫試點(diǎn)項(xiàng)目。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，海上風(fēng)電場(chǎng)為Q13a-A油氣平臺(tái)的海水淡化/脫鹽設(shè)備以及電解水設(shè)備供電。電解水設(shè)備制造的氫氣（NEL提供1.25MW電解水設(shè)備，每日產(chǎn)氫量約400公斤）與天然氣混合后通過現(xiàn)有的天然氣管道輸送至陸地設(shè)施，氧氣則直接排放入大氣。項(xiàng)目預(yù)計(jì)2~3年內(nèi)投產(chǎn)。

PosHYdon項(xiàng)目是全球首個(gè)海上制氫項(xiàng)目，其目標(biāo)不僅是積累在海上環(huán)境制氫的經(jīng)驗(yàn)，還將成為創(chuàng)新電力轉(zhuǎn)氣(P2G)和集成技術(shù)的測(cè)試中心。除了獲得海上制氫安裝和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目還將測(cè)試油氣分離及處理，多相流管道混合氫氣等技術(shù)。

該項(xiàng)目總投資約1000萬歐元，其中荷蘭企業(yè)局（RVO）通過荷蘭示范能源和氣候創(chuàng)新計(jì)劃（DEI+）授予360萬歐元的資助，其余的預(yù)算由財(cái)團(tuán)合作伙伴提供，包括Nel Hydrogen、InVesta、Hatenboer、IV-Offshore & Energy、Emerson Automation Solutions、Nexstep、TNO、Neptune、Gasunie、Noordgastransport、NOGAT、DEME Offshore、Taqa和Eneco。

重新利用現(xiàn)有管道基礎(chǔ)設(shè)施降低成本。北海地區(qū)正在面臨能源轉(zhuǎn)型變局，油氣產(chǎn)量逐年下降的同時(shí)，大型海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)逐漸加速。根據(jù)目前北海油氣減產(chǎn)速度，未來十年北海地區(qū)將有一半的油氣設(shè)施資產(chǎn)面臨報(bào)廢和退役。因此PosHYdon項(xiàng)目的重要研究方向之一就是驗(yàn)證雙贏組合的可行性：重復(fù)利用北海油氣平臺(tái)及管道基礎(chǔ)設(shè)施，并實(shí)現(xiàn)低成本氫氣輸送至岸上應(yīng)用終端。目前根據(jù)管道設(shè)施供應(yīng)商索拉透平（Solar Turbine）的評(píng)估，現(xiàn)有設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)10%的摻氫輸送。由于綠氫可以直接輸送至工廠用于加氫、脫硫和氨生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，因此將有效幫助歐洲陸上大型工業(yè)部門脫碳。根據(jù)海王星公司的項(xiàng)目成本估算，項(xiàng)目初期約140~260萬歐元用于預(yù)研究（包括法律、安全、許可、運(yùn)營、人力等），175~325萬歐元用于Q13a-A平臺(tái)改造；另外PEM電解水設(shè)備和海水脫鹽系統(tǒng)的費(fèi)用月200~250萬歐元，電力供應(yīng)及輸送設(shè)備成本約50~100萬歐元。

借助現(xiàn)有電氣化平臺(tái)和附近海上風(fēng)電供電。PosHYdon選定Q13a-A海上平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施，主要原因是該平臺(tái)是荷蘭北海首個(gè)完全電氣化的海上油氣平臺(tái)。平臺(tái)上的能源全部來自海纜供電。目前項(xiàng)目并未明確綠氫制取過程中的電力是來自附近哪座海上風(fēng)電場(chǎng)。位于該平臺(tái)最近的海上風(fēng)電場(chǎng)是離岸距離24公里的Eneco luchterduinen（2015年投產(chǎn)，裝機(jī)容量129MW）。該海域附近還規(guī)劃有1.5GW的Hollandse Kust Zuid海上風(fēng)電場(chǎng)，HKZ項(xiàng)目預(yù)計(jì)2023年投產(chǎn)，屆時(shí)將成為全球第一個(gè)沒有得到政府補(bǔ)貼支持的完全商業(yè)化海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。

海上風(fēng)電制氫使遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)成為可能。綠氫系統(tǒng)增加了整個(gè)能源系統(tǒng)的靈活性和多樣性。對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)來說，海上制氫模型將不再需要建設(shè)很長的電力電纜設(shè)備和升壓站，也不受制于上網(wǎng)電價(jià)和陸地電網(wǎng)的消納情況。

全球海上風(fēng)電正在向深遠(yuǎn)海發(fā)展，這為電力輸送至陸上帶來了挑戰(zhàn)：通過特高壓交流輸電（HVAC）在離岸100公里以上時(shí)由于能量損失較高而不具備經(jīng)濟(jì)性；改用特高壓直流輸電（HVDC）可以減少電力損失，但會(huì)進(jìn)一步增加海上電力輸送的成本。而利用海上風(fēng)電直接將電力轉(zhuǎn)化成綠氫，再利用現(xiàn)有海上油氣基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行運(yùn)輸，這一方案將有效降低海上風(fēng)電項(xiàng)目的成本。海上風(fēng)電制氫還有效解決了風(fēng)電的波動(dòng)性問題。

加速推動(dòng)工業(yè)、建筑、交通等主要碳排放領(lǐng)域的電能替代是推動(dòng)能源消費(fèi)領(lǐng)域碳減排的根本舉措。其中，綠氫是連接可再生能源發(fā)電與部分難以電氣化用能領(lǐng)域的關(guān)鍵零碳紐帶。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）的估算，實(shí)現(xiàn)2050年將全球變暖限制在1.5℃，2050年綠氫在終端能源消費(fèi)占比達(dá)到7%以上，將需要至少500GW的電解水制氫設(shè)備裝機(jī)，而目前全球裝機(jī)量僅為0.3吉瓦。

歐盟為實(shí)現(xiàn)2030年減排55%，提出了一攬子減排方案“Fit for 55”，其中除了明確到2030年工業(yè)部門的氫能應(yīng)用中綠氫占比超過50%，還對(duì)航運(yùn)用燃料電池和加氫站建設(shè)提出了更加雄心勃勃的發(fā)展目標(biāo)。而要實(shí)現(xiàn)這些氫能戰(zhàn)略目標(biāo)，到2024年歐盟將至少安裝6GW的可再生能源制氫電解設(shè)備，綠氫產(chǎn)量達(dá)到100萬噸/年；2025-2030年，氫能將成為歐盟綜合能源系統(tǒng)的固定組成部分，歐盟需至少安裝40GW的可再生能源制氫電解設(shè)備，綠氫產(chǎn)量達(dá)到1000萬噸/年。

根據(jù)DNV針對(duì)能源領(lǐng)域機(jī)構(gòu)調(diào)研，接近1/3未參與氫能業(yè)務(wù)的機(jī)構(gòu)表示，缺乏氫能基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)專家是其不愿進(jìn)入氫能產(chǎn)業(yè)的首要原因；而已經(jīng)進(jìn)入氫能的企業(yè)則認(rèn)為缺乏氫能基礎(chǔ)設(shè)施投資是與綠氫/藍(lán)氫制取成本高、缺乏必要的政策框架支持并列重要的風(fēng)險(xiǎn)因素。可見基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也是制約氫能發(fā)展的重要因素。

同時(shí)相較電源投資、電解水和加氫站設(shè)施，氫氣管網(wǎng)的建設(shè)投資占比較小。高盛根據(jù)歐盟2050年500GW電解水設(shè)備裝機(jī)的規(guī)模估算，氫能上下游產(chǎn)業(yè)鏈將需要2.2萬億歐元的投資。由于1GW電解水設(shè)備約需要配置2GW裝機(jī)容量的可再生電源，這意味著配套的電源增量投資將達(dá)到總投資的65%左右（1.4萬億歐元）。另外電解槽系統(tǒng)和氫燃料發(fā)電廠建設(shè)/現(xiàn)有天然氣電站改造投資分別約占比15%。通過升級(jí)改造利用現(xiàn)有天然氣運(yùn)輸/存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施完成氫能儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資占比僅為5%，約1000億歐元。

從成本上估算改造天然氣管道建設(shè)輸氫管道所需的成本僅為新建天然氣管道所需建設(shè)成本的10%~40%；而新建輸氫管網(wǎng)的建設(shè)成本是新建天然氣管網(wǎng)的1.1~1.5倍。技術(shù)上講，借助現(xiàn)有設(shè)備摻氫比例可達(dá)到8%~10%，目前多家機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在論證天然氣管道摻氫輸送的比例達(dá)到20%以上的可行性及改造方案。

綜上所述，氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施方面的研究和投資在吸引企業(yè)進(jìn)入和降低投資風(fēng)險(xiǎn)方面都擁有超高的“性價(jià)比”。改造即將退役的油氣基礎(chǔ)設(shè)施，整合海上綜合能源平臺(tái)，在儲(chǔ)運(yùn)等方面實(shí)現(xiàn)降本，也是降低氫能系統(tǒng)總體成本值得研究的方向。荷蘭PostHYdon海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目啟動(dòng)也將為全球海上風(fēng)電制氫低成本帶來寶貴的經(jīng)驗(yàn)，值得我們進(jìn)一步跟蹤和學(xué)習(xí)。