清洁能源行业：清洁氢气共享基础设施

清洁氢能共享基础设施公开披露授权作者身份多尔夫·吉伦，世界银行能效与气候变化部门（ESMAP）氢能负责人，以及托马斯·詹金，世界银行能效与气候变化部门（ESMAP）顾问和约翰霍普金斯大学兼职讲师。到2050年，全球与氢能基础设施相关的投资总额可能在1.5万亿至5万亿美元之间（氢能委员会 2022年；帕拉迪诺 2023年；ESMAP等人 2024年）。公开披露2025年8月2025/145能源与采掘全球业务知识笔记系列公开披露授权因此，世界银行正收到越来越多的与氢能基础设施和氢能枢纽相关的请求。这包括为出口氢或氢衍生物（如氨）而扩建或开发港口或港口码头，以及巴西、印度、毛里塔尼亚、纳米比亚、巴拿马和南非的相关基础设施。公开披露授权非洲。活动范围从法律和监管框架的评估到技术经济研究和基础设施投资的融资。到2050年的氢气整体投资需求高度不确定，因为其规模和时间取决于许多因素。这些因素包括电解槽、光伏和风电项目、储能和运输基础设施、以及终端用资产的单位资本成本如何随着部署和规模下降；全球生产和需求如何以及在哪里随时间增长；以及不同应用之间的分配——所有这些都带有重大的不确定性。这期快讯由世界银行的能源部门管理援助计划编制，以支持氢能发展伙伴关系。H4D对清洁氢发展问题的研究通常集中于 底线。生产端。为储存和运输而建设和使用的基建需要更多关注。需要评估的议题包括系统设计、运营、集成和所有权；市场设计和治理；以及规划。本篇Live Wire考察了关于氢能枢纽基建的案例研究和文献，重点强调了共享基建的优势。考虑到氢能生产和基建的广泛性，重点放在可再生氢能的生产上，用于国内使用，以及转化为氨气后用于出口。这个Live Wire使用“可再生氢”和“低碳氢”这两个术语来指代人们有时称之为“绿色”和“蓝色”的氢气。可再生氢由可再生电源生产。低碳氢由化石燃料生产，并结合了碳捕获与封存（CCS）。“清洁氢”则用于统称两者。它由来自全球近50家合作伙伴组织组成。它协助将低碳氢纳入其长期脱碳战略的国家。作者为ESMAP的一名能源专家拉斐尔·本。2 清洁氢共享基础设施基础设施为什么重要？图1。使用可再生电力生产氢气和氨场景A展示了远程光伏和风力项目将电力传输到附近的港口设施以生产氢气和氨，而场景B中，氢气在VRE发电场附近生产，然后通过管道以压缩气体的形式转运到港口。场景B还可能需要现场存储来平衡供需，以及从近海附近的脱盐工厂输水的管道。在场景C中，氢气在VRE发电场附近转化为氨；然后以液态形式通过管道或铁路转运。这些场景的变体可能涉及接入电网以补充光伏和风能；港口或附近也可能提供电网接入。在某些情况下，如果盐洞或其他地下存储可用，场景可能会修改为包括季节性氢存储（Nayak-Luke 2020；DNV 2022）。用于将氢气转化为氨气的可再生能源项目通常由图1所示要素组成。可再生能源和氨气的生产及出口的关键组件包括这些组件，以及运输和港口相关的基础设施。这些设施包括发电站；电解装置，利用电将水分解为氢气和氧气；氢气储存设施，用于平衡可变氢气生产，从而为氨气装置提供稳定供应（图1）；海水淡化厂和供水管道，用于缺乏清洁水的地区；氨气装置，包括低温液氨储存罐（假设氢气被转化为氨气）；以及港口设施。基础设施规划是可再生氢和氨增长的关键这些氢气生产设施的具体配置、相对尺寸和位置将因项目而异，并根据考虑未来扩展的最低成本系统优化（Armijo and Philibert 2020; Campion et al. 2024）来确定。注意：储能和氢储存在红色中显示。在没有电网连接或无法获得所谓的基本负荷可再生能源——如地热或水力发电等持续可靠的能源来源的情况下，这些是必需的，以使氨厂能够以较高的容量因子运行。PV = 光伏。仅举一例，决策必须在以下两种方案中选择：将电解装置建于港口附近，并通过电力传输系统连接到可再生能源发电站；或者靠近可变可再生能源（VRE）源进行制氢，然后建设并使用氢气管道将氢气输送到港口附近的氨厂。图2展示了多种可能的配置方案。3 来源：改编自DNV 2022年和Chen等人2023年清洁氢共享基础设施在港口设施中，液氨（温度为–33ºC）可以被转移到码头或泊位的装卸臂上，或者转移到海上单个系泊点，该系泊点通过海底管道与岸边相连。具有实心码头或栈桥的码头更昂贵，但可以通过设计用于多种商品的进出口来提供灵活性。更高的利用率也可以降低装卸的平准化成本，因为泊位和其他港口设施的固定成本被分摊图2. 三种可能的可再生氢和氨生产及运输路线1. 该说明性示例遵循戈夫（2020）中类似的方法，但适用于一个年制氢和氨出口量较小的植物和港口。对于未并网的可再生氢能项目，光伏和风电项目的组合额定容量（兆瓦）相对于电解装置的容量可能经常过大。相对于电解装置容量的VRE（非常规可再生能源）过大的目的是通过提高电解装置的容量因子来降低氢气的交付成本。权衡之处在于消纳，除非多余电力被储存。过大的程度将取决于地点和资源，x1.2到x2.0的范围相当常见（Armijo和Philibert2020；LBST 2022）。在更大批量的货物（Salmon，Bañares-Alcántara，和Nayak-Luke 2021）上对于一个每年出口120万吨液氨的示范性港口码头（相当于每年210,000吨），冷藏液氨储存 公吨H2储罐的容量可设计为15至30天的储存量，并能容纳约与载运船舶相当的两倍体积（DNV 2022；Elishav等人2021；Goff 2020）。在这种情况下，基于平均日产量，15天的储存量将需要3 （关于 一个或多个总容积约为80,000立方米（55,000公吨液氨）的储罐)。此类出口终端可能由总容积为40,000立方米的承运船舶服务。3每周一次，或由约80,000吨的大型船舶运输3每两周出现一次（Goff 2020）。14 我们更仔细地看一下好吗？清洁氢共享基础设施图3. PECEM港口和港口基础设施案例研究1：PECEM氢能枢纽，巴西东北部在36个国家（Mission Innovation 2024）有超过90个氢能枢纽正在开发中。鉴于这些项目的具体设计细节各不相同且发展迅速，这里提供来自巴西、南非、埃及、毛里塔尼亚、智利北部和智利南部的研究案例并非全面，尽管它们具有启发性。22. 这些案例研究以及文献综述中提供的信息，代表了一个动态领域的一个快照。3. 本案例研究主要总结了Fabio Grandchamp（COO，巴西PECEM综合设施）在2023年10月24日在智利圣地亚哥举行的第二次“发展用氢”（H4D）合作伙伴会议上所提供的信息；https://www.complexodopecem.com.br/institucional/。佩塞姆工业和港口综合体（Complexo Industrial e Portuário do Pecém）包括一个工业区、深水港和出口加工区（图3）。3 The复杂的，面积达190平方公里（19,000公顷），是由巴西塞阿拉州（70%）和鹿特丹港（30%）合资拥有的。其商业优势包括靠近深水航道以处理大型船舶；现有的港口基础设施；扩建空间；铁路连接；以及地方工业基础，包括现有的水泥