清洁氢气共享基础设施
清洁氢能共享基础设施 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。 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 作者身份 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。 基础设施为什么重要？ 基础设施规划是可再生氢和氨增长的关键 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。 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）。 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。 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）。1 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 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、钢铁、铁和陶瓷工厂，以及与国家电力电网（PECEM 2021, 2023）的连接。扩建计划包括在2号码头建设新的氨出口泊位，以及在一个多功能终端建设用于进口项目设备（如电解槽和光伏及风电项目设备）的设施。 我们更仔细地看一下好吗？ 五个案例研究突出了基础设施在可再生氢气枢纽中的重要性 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。2 案例研究1：PECEM氢能枢纽，巴西东北部 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 共用共用基础设施承诺重要效益。在PECEM，这体现在以下共用计划中：氢及其衍生物的储存；装卸设施；管道和水（废水再利用、海水淡化和原水）；以及一座500千伏的变电站，提供3吉瓦的电网连接。 PECEM的雄心是成为巴西的主要可再生能源氢气枢纽，并通过鹿特丹成为对欧洲的主要出口商。港口综合体已与国家和国际清洁氢气开发商签署了谅解备忘录，以投资工业区，以及该区内的几项土地租赁预合同，这些预合同可能释放高达100亿美元的私人资本，用于未来十年清洁氢气和衍生品的投资。预计首批项目将于2026年达到财务 closure，并于2029年投入运营。 南半球，能够容纳和服务各种船舰。它位于开普敦以北约60海里处。该地区通过海运、陆运、铁路和空中运输均可轻松获得。自由港萨尔达尼亚由国家贸易、工业和竞争部以及西开普省政府共同支持和资助（自由港萨尔达尼亚 2023，2024）。 该区域的主要优势包括： 3太阳能和风能资源非常好，并且有大量可用的土地3一个海洋和能源服务及工程中心3已建立且潜在高度适合的港口基础设施，以支持氢及其衍生物的出口，并为船舶提供燃料加注地点3萨尔丹哈湾市政当局在港口10公里范围内建设并运营海水反渗透海水淡化厂的许可，日处理量为25,000公吨或年处理量为870万公吨3本地内需与出口需求潜力3其氢气生产的潜在下游用户，包括阿塞勒米塔尔南非公司、MyCity公交、港口设备和国土车辆3获取专业技能人才。 世界银行的贷款为2号泊位的两个新专用泊位和多用途码头提供资金，以及一条连接出口加工区氨气生产与港口2号泊位（约12公里）的公用事业走廊和管道。 PECEM 成功的关键决定因素包括： 3可再生能源的可用性和电网接入43可用于发展发电和氢气生产、储存和运输的基础设施的用地可用性3税收政策与激励措施，包括一个出口加工区3一个预先批准的环境许可证3熟练劳动力 萨尔达纳呈现了与PECEM相似的早期优势。这是一个绝佳的地点，具有转化价值潜力（位于制造业集群的中心），拥有多个市场和支援性的公共部门生态系统。 本地市场机会，包括使用可再生氢气制造氨、甲醇、可持续航空燃料、燃料、钢铁、化工产品、肥料和大豆。 可行性研究将集中于催化投资者、为公共部门准备性提供的共享基础设施解决方案，以及私营部门和公共部门发展的协调（Freeport Saldanha 2023）。 案例研究 2：南非弗里波特萨尔达纳 弗里波特萨兰德拉工业开发区是南非首个包含商业港内空间的特殊经济区，而非邻港。5港口是最大的和最深的天然港口 案例研究 3：苏伊士运河经济区 (SCZONE)，埃及 4. 近几个月来，由于电网容量不足，巴西东北部的所有氢能项目都被拒绝接入电网。正在评估需要哪些投资来增加容量。这个案例说明了基础设施规划和投资对及时推广氢能的重要性。 战略性地位于苏伊士运河，SCZONE包罗6索恩娜穿过四个工业园区和六个海港。集群位于红海的西侧，可再生H2 5. https://www.thedtic.gov.za/sectors-and-services-2/industrial-develop-ment/special-economic-zones/。该案例研究总结了Patrick Lakabane在2023年10月24日在智利圣地亚哥举行的第二次H4D伙伴关系会议上所介绍的信息。 案例研究4：毛里塔尼亚氢能枢纽 图4. 埃及索科纳的SCZONE 拥有大西洋的入海口，优异的太阳能和风能潜力，以及靠近欧洲主要市场，将毛里塔尼亚置于发展大规模可再生能源和氢能项目的有利地位。开发这一潜力可以多样化该国的经济，创造就业机会，并使毛里塔尼亚成为可再生氢能和可持续能源领域的重要参与者。 氢气生产集群和港口的潜在布局，展示潜在共享设施，包括中央变电站的使用 该国计划发展可再生氢能项目，以生产用于出口和国内使用的氢气和氨(ESMAP/JESA 2025)。据称有四个正在开发的项目需要电解装置容量近 10 吉瓦，可再生资源容量与电解装置的比例约为 2:1，预计年产量可达近 600 万吨氨。 在这个规模上建设和运营项目将需要广泛的基础设施建设。政府、私营投资者和国际股东之间密切合作的必要性意味着其中大部分基础设施需要共享使用。正如最近一项研究（ESMAP/JESA 2025）所言： 毛里塔尼亚绿色氢能战略所需的基础设施是其雄心勃勃的能源转型骨干。努瓦克肖特和努阿迪布等港口需要进行重大升级以适应大规模氢能出口，而公路和铁路网络必须发展以高效连接生产区与出口枢纽。为了满足氢能生产的工业规模需求，关键设施如供水的海水淡化厂和用于可再生能源集成的扩展现有电网至关重要。 在苏伊士运河入口以南。与索昆纳SCZONE工业区共同规划的设施可能包括（图4）： 3具有第一阶段产能的苦咸水淡化厂3到2026年每天，计划扩大四倍250,000 m3电解槽公共区域3功能走廊，其运行模型考虑了三种场景，基于开发者的偏好和可行性3液體散貨碼頭和浮筒3储油库，与公用走廊具有相似的所有权和运营模式3基于初始需求或多个小型变电站的单一可扩展变电站3天然气网络，液化空气准备好提供共享气体解决方案，专注于氮气生产和对氨生产的集成。 支持在此规模下生产氢气和氨气所需的关键活动包括：（1）延长努瓦克肖特和努阿迪布港口的码头长度并加深泊位和/或进港航道的吃水深度；（2）加强、拓宽和延伸公路网络，以允许卡车运输可再生氢能装置的关键部件；（3）扩大铁路网络，将氢气生产设施与出口港口连接起来；（4）提升电网容量并扩大可再生能源的整合规模，以满足氢气生产的需求；（5）建设海水淡化设施，以确保可靠的水供应（ESMAP/JESA 2025）。 一个以里程碑为导向的方法将优先考虑近期投资，用于升级道路和港口基础设施、与氨气出口相关的建设项目，以及公私合作伙伴关系以利用投资并降低财务风险。该方法将强调生态友好型建设和社区参与（ESMAP/JESA 2025）的重要性。 智利的绿色氢能国家战略旨在到2030年创建至少两个氢谷，部署250吉瓦的电解槽产能（智利能源部2020年）。一项最新研究（LBST 2
