Carsten Ahrens：高比例應用可再生能源開發(fā)利用技術(shù)

編者按：2022年7月20-21日，以“碳中和與全球產(chǎn)業(yè)融合”為主題的“第四屆未來能源大會”在北京召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，國際著名電力專家，德國雅德科學大學Carsten Ahrens教授，做了題為“高比例應用可再生能源開發(fā)利用技術(shù)”的視頻演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

Carsten Ahrens：女士們，先生們，大家早上好!我叫作Carsten Ahrens，我是德國雅德大學的教授。同時我也是德國能源委員會的成員，同時我也擔任了在能源方面相關(guān)的一些政策制定，我想今天給大家介紹一下關(guān)于可再生能源以及像氫能使用的技術(shù)。特別是在德國的應用，主要介紹一下市場的情況。

大家現(xiàn)在都知道全球變暖，在各種不同的情境假設情況下，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的總體目標，以及凈零的目標，各國提出了將來1.5度的目標，以及到2050年的時候如何能夠使得全球抑制升溫的趨勢。

我們?nèi)绾巫?我們可以看到現(xiàn)在在全球我們已經(jīng)把它的上線設在了2400極噸的二氧化碳，目前我們已經(jīng)排放到2400噸極噸，我們想把全球溫度的上升控制在2050年的1.5度范圍內(nèi)，我們剩下二氧化碳的產(chǎn)生量不能超過420極噸，這個時間比較緊迫了，我們怎么做?我們只能減少在大氣當中的二氧化碳的排放量的增長速度，我們就需要來尋找可替代能源，或者可再生能源來減少二氧化碳的排放。

在中國和德國，各國政府還有氣候?qū)＜叶继岢隽私ㄗh，去年我們舉行了一次會議，我們也知道中國提出了雙碳目標，在2030實現(xiàn)碳達峰，2060實現(xiàn)碳中和的目標。德國的目標是希望能夠提前5年實現(xiàn)碳中和的目標，當然這需要德國停止火電的使用，使用像氫能或者其他的可再生能源的方式進行替代。

如果我們按照1.5度的情境假設來探索有什么樣的政策選擇，首先我們可以看到在A的選項中它的碳價格是比較高的，也就是使用碳稅或者其他的方式來減少大氣當中的二氧化碳的排放。

B這個政策選項它的碳價格并沒有太高，也就是碳稅的價格是比較合理的，但是我們需要更多的進行全球能源和氣候方面的合作才能夠?qū)崿F(xiàn)減排的目標。如何來實現(xiàn)，我們可以看到目前現(xiàn)在有大概6-7個技術(shù)的替代路線，包括使用可再生能源，提高能效，提高電氣化的水平，這些每一個技術(shù)路線可以實現(xiàn)25%的碳的減排。另外還可以考慮使用氫能，或者說碳捕捉和封存的技術(shù)，在這些技術(shù)路線的選擇和平衡的取舍過程中，我們可以看到可再生能源，包括還有電氣化等等，這些是可以幫助我們來實現(xiàn)2050年的目標，同時在這個過程當中它實際上可以通過比如說像提高能效的方式，包括對于家庭的住宅，或者建筑來進行更新改造。

另外還有使用電氣化的水平，比如說鼓勵使用電動車等方式來實現(xiàn)，還可以使用氫能的方式，以及CCUS，這些技術(shù)需要不斷的加快。我們使用氫能技術(shù)能不能實現(xiàn)?我們可以生產(chǎn)氫能，但是必須保證是綠色的，也就是我們所說的綠氫的路線。

如果和其他的技術(shù)比較，像太陽能，過去的這些年當中它的單位價格下降的速度是非?？斓模瑫r還有包括陸上風電，這也是很重要的生產(chǎn)綠氫的來源，像集中式的太陽能和海上風電也可以，但是不管怎么樣這些生產(chǎn)綠氫的方式都從2010年開始使得整個成本下降了大概85%。

這些可再生能源的路線就是我們所說的一個去碳化的過程，同時它在未來實現(xiàn)二氧化碳的減排過程當中它可以達到90%，比如說像在2030年的時候可再生能源會占到76%，到2050年的時候可能達到92%等等，也就是說通過可再生能源或者通過其他的方式發(fā)電，我們可以看到按照不同的技術(shù)路線，最多的就是來自于太陽能，之后還有海上的風電以及潮汐能和氫能，這些在整個發(fā)電量方面會達到3萬GW，這個會達到我們目前發(fā)電量的90%。

在氫能技術(shù)選擇過程中，我們除了電氣化之外，我們現(xiàn)在知道有一些車輛，有一些飛機等等現(xiàn)在也可以使用氫能作為燃料，但是范圍不是非常的廣泛，這是我們列出來的未來如何來使用氫能，讓氫能把它引入到化學行業(yè)，包括物流、海運、空運，還有包括鋼鐵行業(yè)等等，都可以使用氫能，另外包括水泥行業(yè)，以及像長途的航運等。

氫能的需求在2050年是多少?大概每年800兆公噸，可以看到通過這張圖顯示綠色的就是綠氫的比例，按照現(xiàn)在綠氫的這部分幾乎很少，可以忽略不計，在綠氫的使用或者發(fā)展的過程中我們可以看到目前像輕載的運輸車輛使用綠氫，包括重載運輸以及航運和海運，這些都可以使用氫能和綠氫作為燃料，包括一些建筑等等，同時把能源從一個領(lǐng)域轉(zhuǎn)換到另外一個領(lǐng)域，這也都需要氫能，包括氫能的運輸，另外其他的一些行業(yè)，像水泥、鋼鐵行業(yè)，這些也都對于綠氫有著比較大的市場需求。

同時還有包括像化學品加工行業(yè)等等，這些也不能夠把它忽略掉。同時還有其他的一些化學品，比如說像氨和甲烷的生產(chǎn)?，F(xiàn)在全球有很多的國家都制定了自己的氫能發(fā)展的目標，比如說很多國家政府出臺了相應的一些氫能的路線，到2050年的時候如何使用這個9000噸的氫能，我們可以看到這是德國的氫能使用，現(xiàn)在它的數(shù)字只是55，但是到2050年的時候可以翻一番。

在氫能的過程中還需要很多的國際需求，比如說像日本、印尼、新西蘭等等，另外韓國也對于自己的氫能使用進行了全球的部署，即使是德國，我們自己有一個小的氫能的網(wǎng)絡，摩洛哥，還有剛果，還有烏克蘭等等。

但是現(xiàn)在由于國際形勢的不確定性，所以在氫能的使用這方面的用途也發(fā)生了一些變化，現(xiàn)在對于歐洲有一些國家開始恢復使用煤補充天然氣和其他燃料的使用，在德國我們可以看到我們的經(jīng)濟部長和副總理原來是德國綠黨前任的黨魁，也宣布了未來對天然氣的使用，因此德國今年由于國際形勢，有一些經(jīng)濟增速的放緩，但是我們希望對于可再生能源，特別是氫能以及其他能源的增長使用可以補充到我們目前在能源方面所面臨的一些緊張的趨勢。

除了德國，還有其他的一些國家，目前也提出來能源自主，能源發(fā)展這樣的一個總體戰(zhàn)略目標，下面我再簡單的談一下德國在天然氣方面原來的一些對外依存度，比如說像我們每年原來包括像使用從俄羅斯進口的天然氣，包括它的整個發(fā)電量，以及我們對于未來可再生能源進行發(fā)電的增長，目前我們制定了未來的能源自主的戰(zhàn)略。

另外我這邊還有對于氫能發(fā)展在德國的前景做一個展望，主要它是在德國的西北部，目前在德國建立了一個聯(lián)盟，包括天然氣的生產(chǎn)者，包括一些消費者，還有電網(wǎng)公司，電力公司以及輸配電的公司，這個聯(lián)盟希望打造氫能經(jīng)濟，希望引入不同的行業(yè)，不同領(lǐng)域的利益相關(guān)方共同來制定未來氫能發(fā)展的目標，同時還有來進行氫能的一些儲存設施的開發(fā)，這也是去年在大會發(fā)言中談到的一點。

在氫能發(fā)展的計劃當中，我們希望能夠把一些像化工廠能夠來進行轉(zhuǎn)換升級，讓它們使用綠氫，比如說有一家公司，在德國它是一家很大的天然氣生產(chǎn)商，這家公司目前也正在建設他們自己新的氫能的基礎(chǔ)設施，進行技術(shù)的創(chuàng)新，同時也成為了在德國氫能整個價值鏈當中最大的參與者，這家公司的位置在德國的洛伊那，他們的目標希望能夠打造全球最大的PEM電解槽的生產(chǎn)廠設施，大概設計的容量是24兆瓦，如果這個PEM電解槽建成之后將成為德國最大的綠氫市場擁有者，也是由于目前國際形勢的不確定性，這家公司在今年進行他的設施起動和建設。

另外還有包括像港口，這個在黑海，原來是能源港口，同時在德國傳統(tǒng)上的一個很大的儲煤區(qū)基礎(chǔ)上建設的，在未來它打造的這個綠氫的生產(chǎn)設施將會達到100兆瓦這樣的容量，同時在港口它的目標希望每年實現(xiàn)650萬噸的生產(chǎn)，以及在整個地區(qū)之內(nèi)來通過氫氣的基礎(chǔ)設施，來支持它的經(jīng)濟的發(fā)展。這個位置主要是在德國的東部。

另外我們可以看到在像其他的一些港口，還有德國的城市，也都來進行綠氫的基礎(chǔ)設施的生產(chǎn)和打造，比如說像德國鋼鐵公司也都提出了自己綠氫的發(fā)展計劃，今年德國的副總理也和其他的國家簽署了相關(guān)的一些合作協(xié)議，和德國各個州簽署協(xié)議，鼓勵德國各個州進行綠氫的建設。另外在北海的德國灣進行海上風電的打造，北海的海上風電廠包括了5個2GW的發(fā)電廠，同時是深海風電廠，所以距離陸地比較遠，計劃生產(chǎn)氫能的速度每年100萬噸的產(chǎn)量，通過管道的方式把生產(chǎn)出的綠氫運輸?shù)降聡木硟?nèi)陸上，目前存儲量可以超過50萬立方米的存儲設施。

在這個項目當中有各種不同的子項目，大家可以看到，我列出來4個，這些子項目如果看名字都是通過拉丁文起的名字，有的代表發(fā)電的意思，有的代表電解站，還有一個項目，這個主要是來進行電網(wǎng)的并網(wǎng)建設，通過綠氫的電解槽和電解技術(shù)把氫能運輸?shù)桨渡稀?/p>

按照時間的分布，在2023年大家可以看到下面的時間點當中認為我們計劃是生產(chǎn)1400噸，到2028年的時候這個產(chǎn)量將會達到3萬噸，到2033年或者說2030年結(jié)束的時候，將會達到10萬噸的綠氫產(chǎn)能。另外到下一個階段之后，除了氫能在海上的生產(chǎn)之外，我們希望建立氫能的運輸和分布的網(wǎng)絡，比如說大家在這張圖當中看到的是德國地圖，綠色的這條線當中實現(xiàn)的綠色線是我們現(xiàn)在目前已有的運輸?shù)墓艿?，主要集中在德國的西北部，在氫能目前的使用和生產(chǎn)，綠色的實線進行運輸，綠色的虛線是我們計劃建設的，我前面提到的4個新項目未來運輸?shù)木W(wǎng)絡，實際上把海上風電廠和德國境內(nèi)的運輸網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)在一起，在這個過程中可以建立一個德國遍布全境的綠氫網(wǎng)絡。

同時在德國西北部將有大量存儲的設施，比如說像我們可以看到在西部有羅格比，在東部它的網(wǎng)絡基本上是以國營為中心的，同時它還連接了北部周圍的化工廠和煉油廠，包括像南部，法蘭克福，以及斯圖加特等等，它可以通過這個網(wǎng)絡把德國境內(nèi)聯(lián)系在一起，我們希望和化學公司，化工企業(yè)合作，在西北部BP還有包括巴斯夫等等，還有包括德國傳統(tǒng)的產(chǎn)煤區(qū)，也有很多的化工廠，也可以使用綠氫作為他們的生產(chǎn)。

同時德國鋼鐵行業(yè)可以利用這些管道運輸?shù)臍淠?，包括像漢堡，斯圖加特等等，包括我們在西部和法國接近的地區(qū)等等，總體這樣的一個氫能的網(wǎng)絡將會由剛才我前面說的BP，巴斯夫，林德公司，還有德國最大的包括傳統(tǒng)的一些核能的生產(chǎn)企業(yè)，能夠把他們聯(lián)系在一起，在這個過程中還有包括像慕尼黑一系列很近的研發(fā)中心在一起，德國目前很多的企業(yè)開始建立。

我們目前氫能網(wǎng)絡有135公里，這是很小的一部分，將來這個網(wǎng)絡完成之后大概有2000公里的綠氫運輸網(wǎng)絡，也非常感謝大家聆聽我的介紹。

我認為能源的未來是綠氫的應用和大規(guī)模的使用，謝謝大家。