2024年2月，德國總理舒爾茨、經(jīng)濟部長哈貝克和財政部長林德納就“電力凈零戰(zhàn)略”（Kraftwerksstrategie，以下簡稱“新電力戰(zhàn)略”）達成一致并提交歐盟委員會審批。該戰(zhàn)略 的核心內(nèi)容包括斥資160億歐元，建設10吉瓦的“氫就緒”燃氣發(fā)電廠（hydrogen-ready gas-fired power plant）作為調(diào)節(jié)性電源， 以確保高比例風光并網(wǎng)后電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。換言之，為實現(xiàn)電力行業(yè)的凈零排放，德國選擇了“可再生+綠氫”的路線。

 

為什么德國要出臺新的電力戰(zhàn)略？

 

2021年，德國對《氣候保護法》進行了修訂，將實現(xiàn)溫室氣體凈零排放即“氣候中和” 的時間從2050年提前到2045年。為了實現(xiàn)這一目標，電力行業(yè)需要在2022-2030年將可 再生能源發(fā)電量占比從44%提升到80%。

 

由于風力光伏發(fā)電出力具有間歇性、波動性的特點，可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)給德國的電 力系統(tǒng)來了嚴峻挑戰(zhàn)。德國目前的調(diào)峰資源以氣電為主 。 為了加速實現(xiàn)電力行業(yè)的碳中

和，迫切需要布局零排放的調(diào)節(jié)性電源，以實現(xiàn)跨區(qū)域、跨時段甚至跨季節(jié)調(diào)峰。同時還 需要優(yōu)化電力市場，通過容量機制等手段優(yōu)化資源配置，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)穩(wěn)定運行。

 

“新電力戰(zhàn)略”是德國為實現(xiàn)電力系統(tǒng)凈零排放提供的技術和市場解決方案。

 

什么是“氫就緒”燃氣發(fā)電廠？

 

“氫就緒”指目前設計和建設的天然氣電廠，具備在未來升級改造成為氫電廠的能力。改造  后的氫電廠，不僅能實現(xiàn)發(fā)電凈零排放，還具備燃氣輪機啟停靈活、發(fā)電爬坡速率快的優(yōu) 點 ，通過電網(wǎng)有效解決源荷空間錯配問題，支持全社會深度脫碳。

 

今年4月，德國黑泵煤電廠（Schwarze Pumpe）宣布將在原址建設“新電力戰(zhàn)略”下德國 首個“氫就緒”燃氣發(fā)電廠。未來，德國計劃在2035-2040年間陸續(xù)完成對所有燃氣電廠 的改造，實現(xiàn) 100%的綠氫發(fā)電。

 

德國為什么選擇氫能？

 

德國將綠氫作為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的終極解決方案，原因有三：

 

• 法律框架的約束：現(xiàn)有化石燃料電廠的靈活性改造在德國不具備法律基礎 。德國于 2020 年批準了《退煤法案》，要求所有的燃煤電廠必須在 2038 年之前關閉 。 同時，現(xiàn)行的《二氧化碳封存法》不允許電力行業(yè)（包括燃煤電廠和燃氣電廠）在德 國境內(nèi)開展碳捕集和封存活動。

 

• 電化學儲能無法滿足長時儲能需求：風光等可再生能源對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)主 要在于日內(nèi)（短時）和季節(jié)間（長時）出力的波動。由于其獨特的地理條件，德國 風光發(fā)電機組之間可以基本形成晝夜的日內(nèi)互補， 同時配合電力市場的調(diào)節(jié)優(yōu)化和 需求側(cè)響應解決日內(nèi)波動的問題。而要實現(xiàn)季節(jié)間的電力供需平衡，則必須依靠長 時儲能。

 

• 氫能在長時儲能領域的成本優(yōu)勢：在長時儲能領域，氫能的優(yōu)勢明顯大于抽水蓄能 和壓縮空氣儲能。美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究表明， 在 2025-2045 年間，如果儲能設施需要供電超過一周，氫能比抽水蓄能和壓縮空氣儲能更 便宜 。而在 2050 年以后，只要供電需求超過一天，氫能就具備明顯的成本優(yōu)勢。

 

此外，“氫就緒”燃氣發(fā)電廠的改造成本可控，且避開了昂貴和存在不確定性的碳捕集和封  存技術 。政府還為天然氣到綠氫的過渡設計了十余年的緩沖期， 以期技術進步和規(guī)模生產(chǎn) 進一步降低綠氫成本。

 

與其說“新電力戰(zhàn)略”的制定者選擇了氫能，不如說是德國基于國情選擇了面向未來的技術。預計在可再生能源發(fā)電量占比提高到80%之后，這批氫電廠每年將運行 1000 小時左 右，為德國的電力系統(tǒng)提供靈活性支撐服務。

 

德國經(jīng)驗對我國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的借鑒

 

德國根據(jù)其國情，選擇了一條和我國完全不同的電力系統(tǒng)碳中和路線。但其利用長時儲能 技術的氫能解決高比例可再生電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的做法值得討論和參考。2022年，我國發(fā)布了《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，要求結合各地區(qū)資源條件和能源需求，推動長時電儲能、氫儲能等新型儲能項目建設 。雖然目前電化學儲能還是新型儲能的主體，但隨著風光比例的逐漸提升，對長時儲能的需求將更為迫切。為了推進能源清潔低碳轉(zhuǎn)型、落實國家雙碳目標，以“氫就緒”燃氣發(fā)電廠為代表的技術解決方案，可能是下一步需要重點考慮的領域。