Carsten Ahrens：高比例應用可再生能源開(kāi)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(lái)能源大會(huì )”在北京召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，國際著(zhù)名電力專(zhuān)家，德國雅德科學(xué)大學(xué)Carsten Ahrens教授，做了題為“高比例應用可再生能源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)”的視頻演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)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(xué)的教授。同時(shí)我也是德國能源委員會(huì )的成員，同時(shí)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(chǎng)的情況。

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

我們如何做?我們可以看到現在在全球我們已經(jīng)把它的上線(xiàn)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，我們剩下二氧化碳的產(chǎn)生量不能超過(guò)420極噸，這個(gè)時(shí)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(cháng)速度，我們就需要來(lái)尋找可替代能源，或者可再生能源來(lái)減少二氧化碳的排放。

在中國和德國，各國政府還有氣候專(zhuān)家都提出了建議，去年我們舉行了一次會(huì )議，我們也知道中國提出了雙碳目標，在2030實(shí)現碳達峰，2060實(shí)現碳中和的目標。德國的目標是希望能夠提前5年實(shí)現碳中和的目標，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(jìn)行替代。

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

B這個(gè)政策選項它的碳價(jià)格并沒(méi)有太高，也就是碳稅的價(jià)格是比較合理的，但是我們需要更多的進(jìn)行全球能源和氣候方面的合作才能夠實(shí)現減排的目標。如何來(lái)實(shí)現，我們可以看到目前現在有大概6-7個(gè)技術(shù)的替代路線(xiàn)，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(gè)技術(shù)路線(xiàn)可以實(shí)現25%的碳的減排。另外還可以考慮使用氫能，或者說(shuō)碳捕捉和封存的技術(shù)，在這些技術(shù)路線(xiàn)的選擇和平衡的取舍過(guò)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(lái)實(shí)現2050年的目標，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程當中它實(shí)際上可以通過(guò)比如說(shuō)像提高能效的方式，包括對于家庭的住宅，或者建筑來(lái)進(jìn)行更新改造。

另外還有使用電氣化的水平，比如說(shuō)鼓勵使用電動(dòng)車(chē)等方式來(lái)實(shí)現，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(shí)現?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(shuō)的綠氫的路線(xiàn)。

如果和其他的技術(shù)比較，像太陽(yáng)能，過(guò)去的這些年當中它的單位價(jià)格下降的速度是非?？斓?，同時(shí)還有包括陸上風(fēng)電，這也是很重要的生產(chǎn)綠氫的來(lái)源，像集中式的太陽(yáng)能和海上風(fēng)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(kāi)始使得整個(gè)成本下降了大概85%。

這些可再生能源的路線(xiàn)就是我們所說(shuō)的一個(gè)去碳化的過(guò)程，同時(shí)它在未來(lái)實(shí)現二氧化碳的減排過(guò)程當中它可以達到90%，比如說(shuō)像在2030年的時(shí)候可再生能源會(huì )占到76%，到2050年的時(shí)候可能達到92%等等，也就是說(shuō)通過(guò)可再生能源或者通過(guò)其他的方式發(fā)電，我們可以看到按照不同的技術(shù)路線(xiàn)，最多的就是來(lái)自于太陽(yáng)能，之后還有海上的風(fēng)電以及潮汐能和氫能，這些在整個(gè)發(fā)電量方面會(huì )達到3萬(wàn)GW，這個(gè)會(huì )達到我們目前發(fā)電量的90%。

在氫能技術(shù)選擇過(guò)程中，我們除了電氣化之外，我們現在知道有一些車(chē)輛，有一些飛機等等現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(lái)的未來(lái)如何來(lái)使用氫能，讓氫能把它引入到化學(xué)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(cháng)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(guò)這張圖顯示綠色的就是綠氫的比例，按照現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(guò)程中我們可以看到目前像輕載的運輸車(chē)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(shí)把能源從一個(gè)領(lǐng)域轉換到另外一個(gè)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(zhù)比較大的市場(chǎng)需求。

同時(shí)還有包括像化學(xué)品加工行業(yè)等等，這些也不能夠把它忽略掉。同時(shí)還有其他的一些化學(xué)品，比如說(shuō)像氨和甲烷的生產(chǎn)?，F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(shuō)很多國家政府出臺了相應的一些氫能的路線(xiàn)，到2050年的時(shí)候如何使用這個(gè)9000噸的氫能，我們可以看到這是德國的氫能使用，現在它的數字只是55，但是到2050年的時(shí)候可以翻一番。

在氫能的過(guò)程中還需要很多的國際需求，比如說(shuō)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(jìn)行了全球的部署，即使是德國，我們自己有一個(gè)小的氫能的網(wǎng)絡(luò )，摩洛哥，還有剛果，還有烏克蘭等等。

但是現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，現在對于歐洲有一些國家開(kāi)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(cháng)和副總理原來(lái)是德國綠黨前任的黨魁，也宣布了未來(lái)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(cháng)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(lái)能源自主，能源發(fā)展這樣的一個(gè)總體戰略目標，下面我再簡(jiǎn)單的談一下德國在天然氣方面原來(lái)的一些對外依存度，比如說(shuō)像我們每年原來(lái)包括像使用從俄羅斯進(jìn)口的天然氣，包括它的整個(gè)發(fā)電量，以及我們對于未來(lái)可再生能源進(jìn)行發(fā)電的增長(cháng)，目前我們制定了未來(lái)的能源自主的戰略。

另外我這邊還有對于氫能發(fā)展在德國的前景做一個(gè)展望，主要它是在德國的西北部，目前在德國建立了一個(gè)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(gè)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(lái)制定未來(lái)氫能發(fā)展的目標，同時(shí)還有來(lái)進(jìn)行氫能的一些儲存設施的開(kāi)發(fā)，這也是去年在大會(huì )發(fā)言中談到的一點(diǎn)。

在氫能發(fā)展的計劃當中，我們希望能夠把一些像化工廠(chǎng)能夠來(lái)進(jìn)行轉換升級，讓它們使用綠氫，比如說(shuō)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設施，進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng )新，同時(shí)也成為了在德國氫能整個(gè)價(jià)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(chǎng)設施，大概設計的容量是24兆瓦，如果這個(gè)PEM電解槽建成之后將成為德國最大的綠氫市場(chǎng)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(jìn)行他的設施起動(dòng)和建設。

另外還有包括像港口，這個(gè)在黑海，原來(lái)是能源港口，同時(shí)在德國傳統上的一個(gè)很大的儲煤區基礎上建設的，在未來(lái)它打造的這個(gè)綠氫的生產(chǎn)設施將會(huì )達到100兆瓦這樣的容量，同時(shí)在港口它的目標希望每年實(shí)現650萬(wàn)噸的生產(chǎn)，以及在整個(gè)地區之內來(lái)通過(guò)氫氣的基礎設施，來(lái)支持它的經(jīng)濟的發(fā)展。這個(gè)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(lái)進(jìn)行綠氫的基礎設施的生產(chǎn)和打造，比如說(shuō)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(gè)州簽署協(xié)議，鼓勵德國各個(gè)州進(jìn)行綠氫的建設。另外在北海的德國灣進(jìn)行海上風(fēng)電的打造，北海的海上風(fēng)電廠(chǎng)包括了5個(gè)2GW的發(fā)電廠(chǎng)，同時(shí)是深海風(fēng)電廠(chǎng)，所以距離陸地比較遠，計劃生產(chǎn)氫能的速度每年100萬(wàn)噸的產(chǎn)量，通過(guò)管道的方式把生產(chǎn)出的綠氫運輸到德國的境內陸上，目前存儲量可以超過(guò)50萬(wàn)立方米的存儲設施。

在這個(gè)項目當中有各種不同的子項目，大家可以看到，我列出來(lái)4個(gè)，這些子項目如果看名字都是通過(guò)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(gè)項目，這個(gè)主要是來(lái)進(jìn)行電網(wǎng)的并網(wǎng)建設，通過(guò)綠氫的電解槽和電解技術(shù)把氫能運輸到岸上。

按照時(shí)間的分布，在2023年大家可以看到下面的時(shí)間點(diǎn)當中認為我們計劃是生產(chǎn)1400噸，到2028年的時(shí)候這個(gè)產(chǎn)量將會(huì )達到3萬(wàn)噸，到2033年或者說(shuō)2030年結束的時(shí)候，將會(huì )達到10萬(wàn)噸的綠氫產(chǎn)能。另外到下一個(gè)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(luò )，比如說(shuō)大家在這張圖當中看到的是德國地圖，綠色的這條線(xiàn)當中實(shí)現的綠色線(xiàn)是我們現在目前已有的運輸的管道，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(shí)線(xiàn)進(jìn)行運輸，綠色的虛線(xiàn)是我們計劃建設的，我前面提到的4個(gè)新項目未來(lái)運輸的網(wǎng)絡(luò )，實(shí)際上把海上風(fēng)電廠(chǎng)和德國境內的運輸網(wǎng)絡(luò )聯(lián)結在一起，在這個(gè)過(guò)程中可以建立一個(gè)德國遍布全境的綠氫網(wǎng)絡(luò )。

同時(shí)在德國西北部將有大量存儲的設施，比如說(shuō)像我們可以看到在西部有羅格比，在東部它的網(wǎng)絡(luò )基本上是以國營(yíng)為中心的，同時(shí)它還連接了北部周?chē)幕S(chǎng)和煉油廠(chǎng)，包括像南部，法蘭克福，以及斯圖加特等等，它可以通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò )把德國境內聯(lián)系在一起，我們希望和化學(xué)公司，化工企業(yè)合作，在西北部BP還有包括巴斯夫等等，還有包括德國傳統的產(chǎn)煤區，也有很多的化工廠(chǎng)，也可以使用綠氫作為他們的生產(chǎn)。

同時(shí)德國鋼鐵行業(yè)可以利用這些管道運輸的氫能，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等等，總體這樣的一個(gè)氫能的網(wǎng)絡(luò )將會(huì )由剛才我前面說(shuō)的BP，巴斯夫，林德公司，還有德國最大的包括傳統的一些核能的生產(chǎn)企業(yè)，能夠把他們聯(lián)系在一起，在這個(gè)過(guò)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(kāi)始建立。

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

我認為能源的未來(lái)是綠氫的應用和大規模的使用，謝謝大家。