邁向無碳社會，西門子能源的氫能愿景
來源：氫云鏈 2020-10-27
能源和信息是人類科技發展史的主線，世界能源結構變革或將引發第四次工業革命。縱觀世界能源發展史，每次能源變革都伴隨著一場工業革命。全球能源產業正向脫碳加氫發展，為“氫能經濟”崛起提供了邏輯起點。《能源生產和消費革命戰略（2016-2030）》提出必須加快推進我國的能源革命，發展能源科技，調整能源結構，保障國家能源安全。
圖1 能源與工業革命， 資料來源：氫云鏈整理
由于氫能在去碳化和可再生能源銜接方面優勢明顯，所以發達國家十分重視氫能產業。如日、韓、德、澳等國已將發展氫能產業作為國家戰略，并紛紛出臺國家氫能規劃，以搶占產業先發優勢和能源科技的制高點。同時，西門子能源氫能白皮書《邁向無碳未來 — 氫能引領去碳化進程》中提到，氫能同時具備環保價值和經濟價值：
（1） 環保方面，無論氫氣或是轉化成低碳的含氫化合物都能替代化石能源，成為助力減排的主要手段；
（2） 經濟方面，2020年氫能市場規模將達到2000億元以上并持續擴大，相關核心技術的突破能外溢至其他行業，發揮經濟發展的乘數效應。
西門子能源氫能白皮書中，還通過介紹氫能產業發展前沿與市場前景、發展零碳綠氫的必要性與競爭力展望和Power-to-X（多維能源轉換體系）技術方案，論述了氫能產業在成本、技術、模式等方面的可行性，描繪了通往“氫能社會”的產業路徑。為加快推動國內氫能產業的發展和解決氫能產業發展難題，國內企業需汲取知名能源企業的經驗、技術和產業協作能力。
西門子能源的氫能愿景
西門子能源，作為世界上唯一一家能夠為整體能源轉換鏈提供完整的產品、解決方案和服務的供應商，憑借其眾多領先的關鍵技術和產品涵蓋整個能源價值鏈。其技術廣泛應用于能源的開采、加工和運輸，集中式與分布式發電和供熱，輸電領域以及包括儲能與行業耦合解決方案在內的清潔能源轉型技術。
西門子能源大中華區業務負責人姚振國曾表示：“西門子能源公司在清潔能源領域擁有先進的技術和豐富的經驗，我們正在從技術創新、解決方案、數字化服務等方面積極推動和提升氫能應用的深度和廣度，助力清潔能源的供應和消費占比及使用效率的提高，從而為應對全球氣候變化及碳排放的降低做出切實的貢獻。以清潔能源驅動經濟的發展和生態的平衡，是我們企業的責任，也是西門子能源的使命。”
引領全球能源體系的去碳化是西門子能源的主要目標之一，西門子能源已經有超過50%的業務整合實現了去碳化。西門子能源認為，未來的氣候友好型能源系統需要配備高效的儲能系統，以平衡可再生能源的波動，使之成為去碳化的關鍵驅動力。
氫能兼備了去碳化和與可再生能源高度契合的雙重優點。氫能具備極高的環保價值，同時作為綜合智慧能源圖譜中的重要一環，氫能可以解決未來能源生產、存儲和運輸環節中的諸多挑戰。氫能及衍生燃料可以實現大規模長周期、具備經濟性的儲能。可再生能源，如風電、光伏等往往具有隨機性、波動性、階段性等問題，通過氫儲能的方式可以解決大規模可再生能源的消納問題。此外，氫能還可以與不同類型能源相互轉換，能夠作為能源間轉換的橋梁，成為能源互聯網的關鍵節點。
圖2 氫能來源， 資料來源：氫云鏈整理
西門子能源的氫能方案
“從油氣到發電、輸配電再到相關服務業務和新能源，將這幾塊業務整合并作為能源公司上市，意義在于打通了能源產業鏈，實現能源整體轉型的能力隨之提高。”姚振國先生如此表示。西門子能源將以Power-to-X（多維能源轉換體系）作為工具，打破不同能源體系和業務板塊間的隔閡，構建一個新的能源互聯網帝國。氫能就是實現不同能源間轉換的綠色、高效轉換的關鍵，是整合區域內煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實現多種能源子系統之間相互轉換的紐帶和橋梁。
圖3 西門子能源Power-to-X解決方案， 來源：《西門子能源氫能白皮書》
早在十多年前，西門子能源已經開始對氫能的研究與應用，利用PEM水電解制氫技術以及Power-to-X解決方案在全球提供清潔、高質量的氫能源。如今，西門子能源已經能夠提供光伏電站、風力發電機、制氫電解器、氫燃料燃氣輪機、含氫電制燃料合成設備等各類產品，并進行一系列產品組合。
表1 西門子能源氫能產業技術布局情況， 資料來源：氫云鏈整理
雖然西門子能源所頒布的氫能白皮書標題為《邁向無碳未來 — 氫能引領去碳化進程》，但白皮書實際提供的不僅僅是氫能解決方案。基于Power-to-X，從可再生能源或燃氣發電廠的發電與供熱，到輸配電，到電解水制氫和化工合成，再到氫能應用的鏈條，形成了完整的去碳化能源產業鏈解決方案，已然是能源互聯網業務的雛形。
西門子能源的產業實踐
結合自身深厚的能源產業積淀和Power-to-X解決方案，西門子能源在氫能領域的各個環節進行了豐富的產業實踐。
（1） 示范項目：
“美茵茨能源園區”項目于2012年啟動，2015年建成投運，2017年進入商業化運營階段，其主要目標是開發，測試和應用可再生能源制氫的創新技術。該項目連接了市政公司的中壓電網及其4個風電場，將“過剩”風電通過三臺西門子能源PEM電解水裝置Silyzer200制氫并存儲。這是全球首個兆瓦級別的電解水制氫工廠，最大功率達6兆瓦。美因茨項目不僅涵蓋風電制氫-加氫站/天然氣管網全產業鏈示范，涉及電氫平衡、交通與工業平衡兩大核心問題，實現以氫為媒介打通電網和天然氣管網和可再生能源的充分利用。該項目在2018年已成功實現盈利。
（2） 發電領域：
2019年，西門子天然氣和發電公司公布了引領產業的燃氫路線圖，并計劃在2020年將燃氣輪機燃料中的氫含量提高到至少20%，到2030年提高到100%。
（3） 儲能領域：
2018年西門子能源啟動了第一家將電力、水和空氣無碳轉化為氨氣的工廠，將氨氣儲存在儲罐后，用于發電、車用燃料或工業制冷。通過該項目西門子證明了氨氣儲能系統的可行性及其在化工領域的技術優勢，展現了Power-to-X豐富的想象空間和氫能廣闊的應用空間。
（4） 交通領域
西門子能源在多個交通領域展開了氫能的嘗試。如在軌道交通領域，西門子能源與西門子交通將共同開發并提供氫動力體系；船運方面，西門子能源和Power Cell開展合作，共同開發基于燃料電池的船舶能源供應系統。
在海外地區，西門子能源與SPIC Brasil建立了合作伙伴關系，提供創新技術和管理方案以協助天然氣發電項目的運營。而在中國地區，雖然中國是目前最大的可再生能源投資國之一，但能源體系的去碳化仍是一項嚴峻的的挑戰。為協助中國建設更為清潔的現代化能源體系，西門子能源整合自身優勢，攜手政府和企業客戶做出重要貢獻。
2020年8月，西門子能源為中國電力氫能創新產業園提供一套橇裝式質子交換膜（PEM）純水電解制氫系統“Silyzer 200”，同時這也是西門子能源在中國落地的首個兆瓦級別綠色制氫項目。據了解，未來國家電投將持續和西門子能源不斷深化在清潔能源領域的務實合作，為全球清潔能源發展、共同應對氣候變化做出積極貢獻。
總結
雖然國內能源產業前景廣闊，但常面臨技術、成本、管理等基礎問題外，規格標準不全、責任不明更是當今國內氫能仍處于產業化初期的重要因素。所以作為行業的引領供應商，西門子能源進入中國不僅僅能夠為國內氫能產業帶來良好的示范效應和產業經驗，還能推動氫能產業管理體系的完善，加快國內氫能產業的產業化進程。
如今，西門子能源已在技術和管理方面提供了可以參考的案例，但真正打破能源體系間的隔閡，突破氫能安全管理問題，還需要進行更多的嘗試。而借助跨國巨頭的標桿效應，能夠幫助加快這一進程。能源發展是全人類社會發展最重要的任務。實現能源產業的清潔化、高效化和互聯互通，需要全球各國摒棄門戶之見，共同努力、共同參與。期待西門子能源攜手合作伙伴在中國的氫能事業能夠走上共贏之路。
