歐洲好的可再生能源

在歐洲，良好的可再生能源資源是按地域分布的。然而，這些能源在歐盟成員國之間的分布并不均勻，因此大規(guī)模的泛歐洲能源運輸、貿(mào)易和儲存是必要的。

在歐洲的一些地區(qū)，大規(guī)模的海上風(fēng)力發(fā)電可以在沒有補貼的情況下以有競爭力的價格進(jìn)行（Vattenfall， 2019）（Guardian， 2019）。在北海、愛爾蘭海、波羅的海和地中海部分地區(qū)，大型海上風(fēng)力發(fā)電具有巨大的潛力。在希臘、英國、愛爾蘭以及葡萄牙、波蘭和德國等許多歐洲沿海地區(qū)，都可以發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的陸上風(fēng)能潛力。如今，大型太陽能光伏發(fā)電也可以無補貼、有競爭力地建造（Energylivenews， 2019），最顯著的例子是在南歐，如西班牙、葡萄牙、意大利和希臘。

此外，在冰島、挪威、瑞典、奧地利和瑞士等國可以進(jìn)行低成本的水力發(fā)電，在冰島、意大利、波蘭和匈牙利也可以進(jìn)行地?zé)岚l(fā)電。雖然水力發(fā)電和地?zé)岚l(fā)電的潛力有限，但將來引進(jìn)海洋／潮汐能源轉(zhuǎn)換設(shè)備可以進(jìn)一步增加英國、葡萄牙、挪威和冰島可再生電力和氫氣的產(chǎn)量。烏克蘭擁有良好的風(fēng)能資源和巨大的生物質(zhì)潛力。這些資源既可以用于綠氫生產(chǎn)，也可以用于生物質(zhì)生產(chǎn)綠色二氧化碳（UkrainianHydrogenCouncil， 2019）。

圖3歐洲上空80米高度的太陽輻射（左）和風(fēng)速（右）

北非和中東突出的可再生能源資源

北非的太陽能資源比南歐要好得多，也豐富得多。撒哈拉沙漠是世界上全年陽光最充足的地區(qū)。這是一個面積很大的地區(qū)（940萬平方公里，是歐盟面積的兩倍多），平均每年有3600小時的日照，一些地區(qū)有4000小時（Varadi， Wouters， ＆ Hoffmann， 2018）。這意味著每年每平方米的日照水平為2500 － 3000 kwh。一小部分（撒哈拉沙漠8－10％）的面積就可以產(chǎn)生全球的全部能源需求（van Wijk， van der Roest，＆ Boere， 2017年《人類太陽能》）

應(yīng)該指出的是，撒哈拉沙漠也是地球上風(fēng)力最大的地區(qū)之一，尤其是在西海岸。沙漠大部分地區(qū)地面平均年風(fēng)速超過5 m／s，西部沿海地區(qū)達(dá)到8－9 m／s。風(fēng)速隨著地面高度的增加而增加，而撒哈拉沙漠的風(fēng)全年都很穩(wěn)定。此外，埃及的扎法拉納地區(qū)與摩洛哥的大西洋海岸相當(dāng)，風(fēng)速高且穩(wěn)定（van Wijk A．， Wouters， Rachidi， ＆ Ikken， 2019）。在摩洛哥、阿爾及利亞、突尼斯、利比亞和埃及，某些陸地地區(qū)的風(fēng)速與地中海、波羅的海和北海部分地區(qū)的離岸風(fēng)速相當(dāng)。

圖4歐洲和北非的太陽輻射和風(fēng)速資源（Dii ＆ FraunhoferISI， 2012）

北非不僅有豐富的太陽能和風(fēng)能資源，中東也有很好的太陽能資源，在一些地方也有很好的風(fēng)能資源。土耳其、阿曼、沙特阿拉伯、約旦、阿聯(lián)酋等本地區(qū)國家有可能成為主要的綠氫出口國（van Son ＆ Isenburg， 2019）。

可再生資源通過氫運輸、存儲

這些豐富的在歐洲、北非和中東的可再生資源距離歐洲有能源需求的工業(yè)城市和位置非常遠(yuǎn)。在這些良好的可再生能地區(qū)，可以進(jìn)行豐富、廉價、但間歇性的太陽能和風(fēng)能發(fā)電�，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是如何以低成本和低損失運輸和儲存這些能源。將生產(chǎn)現(xiàn)場的太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化為氫氣為這一挑戰(zhàn)提供了解決方案，因為氫氣的運輸和儲存成本遠(yuǎn)低于電力。

通過管道運輸氫氣的成本要比用電纜輸送電力的成本便宜10－20倍（Vermeulen， 2017）。電纜輸送電力和管道輸送氫氣的根本區(qū)別在于基礎(chǔ)設(shè)施的容量。一條電力傳輸電纜的容量在1－2 GW之間，而一條氫管道的容量在15 － 30 GW之間。此外，通過電纜輸送電力會產(chǎn)生損耗，而通過管道輸送氫氣則不會產(chǎn)生損耗。除了運輸成本，儲氫成本也很便宜。鹽穴儲氫的成本至少比電池儲電成本低100倍（van Wijk ＆ Wouters， 2019）。

因此，在具有豐富太陽能和風(fēng)能資源的地區(qū)，數(shù)GW的電能和風(fēng)能發(fā)電廠是可以被實現(xiàn)用來生產(chǎn)電力并且通過水的電催化轉(zhuǎn)化成為氫。這些不是太陽能和風(fēng)能發(fā)電廠，而是太陽能和風(fēng)能氫工廠。在數(shù)GW的太陽能和風(fēng)力發(fā)電場生產(chǎn)廉價的氫，通過管道運輸大規(guī)模的氫，并在鹽穴儲存氫，可以提供更低的整體能源系統(tǒng)成本，一個可靠的能源系統(tǒng)，最重要的是一個清潔的，脫碳的能源系統(tǒng)。

歐洲可以用它的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施去運送和存儲氫

對于快速擴(kuò)大的歐洲可再生電的容量的一個挑戰(zhàn)是有限的電網(wǎng)容量。在2018，德國可再生在和海上風(fēng)力發(fā)電的接近十億歐元的減少是因為2019年電網(wǎng) （Bundesnetzagentur）容量約束。

在不需要大規(guī)模電網(wǎng)升級的情況下，將大量可再生能源整合到能源系統(tǒng)的解決方案的一部分是轉(zhuǎn)換成氫氣。

一個發(fā)達(dá)的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)就位，連接著歐洲（北海、挪威和荷蘭）和歐洲以外（俄羅斯、阿爾及利亞、利比亞）的天然氣生產(chǎn)地區(qū)。天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的能源傳輸能力至少比電網(wǎng)的能力大10倍。

再利用天然氣管道運輸氫

現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施可以相對容易和快速轉(zhuǎn)換，以適當(dāng)?shù)某杀救菁{氫（DNV－GL， 2017） （Kiwa， 2018）。此外，建設(shè)“新的”天然氣基礎(chǔ)設(shè)施比建設(shè)與“新的”電力基礎(chǔ)設(shè)施相同的能源運輸能力便宜10－20倍（Vermeulen， 2017）。然而，為了開發(fā)波羅的海的風(fēng)能資源和希臘的風(fēng)能和太陽能資源，需要新的氫管道基礎(chǔ)設(shè)施。

歐洲天然氣基礎(chǔ)設(shè)施公司Gasunie通過改造天然氣管道，已開始在荷蘭建設(shè)氫主干管道基礎(chǔ)設(shè)施。這個氫主干連接了從北海海上風(fēng)能到鹽穴儲氫和工業(yè)集群的需求等氫生產(chǎn)站點，見圖5。Gasunie已經(jīng)將一條12公里長的天然氣管道改造成一條氫管道，該管道自2018年11月開始運行（Gasunie， 2018）。

圖5荷蘭現(xiàn)有的氫氣主干輸送管道將是天然氣管道轉(zhuǎn)化為連接氫供應(yīng)和氫儲存的氫輸送管道產(chǎn)業(yè)集群的需求（Gasunie，2019）

還在德國，F(xiàn)NB氣體，該協(xié)會的大型天然氣運輸公司在德國，已經(jīng)做好了計劃建設(shè)5900公里氫輸網(wǎng)，部分通過轉(zhuǎn)換現(xiàn)有的天然氣管道，連接未來在德國北部的氫生產(chǎn)中心，與大型儲氫鹽洞和在西部和南部的大客戶，參見圖6。

圖6德國氫骨干網(wǎng)——由FNB氣體提出，與規(guī)模較大德國國家天然氣運輸公司合作，開發(fā)了一個5900公里長的氫氣運輸網(wǎng)貫穿整個德國（數(shù)據(jù)取自德國《商報》28－1－2020）

圖7概述了一個跨國的歐洲氫氣基礎(chǔ)設(shè)施主干，它可以從整個歐洲（包括烏克蘭）的太陽能和風(fēng)能資源區(qū)域運輸大量的氫氣。除了綠氫，藍(lán)氫（氫來自化石燃料，二氧化碳捕獲和存儲）也可以插入這個支柱氫基礎(chǔ)設(shè)施，即大量創(chuàng)造的氫可以是藍(lán)氫，以相應(yīng)大規(guī)模的需求中心和快速轉(zhuǎn)換到氫基礎(chǔ)設(shè)施中的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施。

        連接非洲和歐洲，提供綠色能源

北非的太陽能資源甚至比歐洲還要好、豐富，還有有吸引力的風(fēng)能資源。這些太陽能和風(fēng)能資源足以滿足其自身的能源需求，事實上，它可以很容易地滿足世界上所有的能源需求。到目前為止，北非從阿爾及利亞和利比亞出口天然氣，有幾條通往西班牙和意大利的管道。這些管道有能力連接超過60 GW （Timmerberg ＆ Kaltschmitt，2019）的容量。此外，摩洛哥和西班牙之間還有兩條電力運輸電纜，每條都有0．7GW的容量。摩洛哥和西班牙在2019年簽署了一份諒解備忘錄，以實現(xiàn)第三個0．7GW的電力互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Tsagas，2019），這也將用于從摩洛哥向西班牙出口太陽能電力。然而，這些電力互連的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣體互連的容量。因此，對非洲和歐洲來說，開發(fā)北非的可再生能源出口潛力將是一件非常有吸引力的事情，因為北非國家將這些電力轉(zhuǎn)化為氫氣，并通過管道將這些能源輸送到歐洲。部分天然氣網(wǎng)格可以轉(zhuǎn)換為容納氫氣（van Wijk A．， Wouters， Rachidi， ＆ Ikken， 2019）。但是同樣，與建造電纜相比，建造新的氫管道將是一個成本效益好的選擇，可以將可再生能源運輸?shù)綒W洲，見圖8。

圖8與歐洲相連的非洲潛在的氫基礎(chǔ)設(shè)施

天然氣、石油和天然氣化學(xué)運輸管道，有可能用于氫的運輸。在北非和歐洲之間的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，有可能被用于運輸氫氣（Oldenbroek ＆ Huegemann， 2019）。一種“新的”專用氫運輸管道可以從意大利到希臘，穿越地中海到埃及是可以被建造的并最終擴(kuò)展到埃塞俄比亞和中東地區(qū)（van Wijk A．， Wouters， Rachidi， ＆ Ikken，2019）。而從希臘到黑海，沿伊比利亞半島的南海岸而行專用氫氣管道也必須建造。