氫集群（Hydrogen clusters，此概念在歐盟委員會(huì)中表示為“Hydrogen valley”，在美國(guó)表示為“Hydrogen hub”）通常被定義為由氫生產(chǎn)者（有時(shí)包括可再生電力的生產(chǎn)）、潛在用戶(hù)和連接前兩者的基礎(chǔ)設(shè)施所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計(jì)氫集群將在供應(yīng)氫和需求氫的先行示范區(qū)域及周?chē)貐^(qū)首先完成部署。其中包括工業(yè)集群、港口、城市和其他已經(jīng)在進(jìn)行試點(diǎn)項(xiàng)目和商業(yè)氫氣開(kāi)發(fā)的地點(diǎn)。

氫集群將有效的促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，并且在與港口相連時(shí)會(huì)促進(jìn)大規(guī)模的氫貿(mào)易。在起步階段，氫集群對(duì)于氫生產(chǎn)的方式不做限制。但是使用通過(guò)低排放技術(shù)生產(chǎn)或全生命周期排放值低于規(guī)定的氫，可以有效獲得公眾的支持。

氫集群歐盟示范項(xiàng)目

01 "BIG HIT"

——示范項(xiàng)目的初步嘗試

2015年，歐盟委員會(huì)（EC）在氫聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目（FCH JU）中首次提出“氫集群”概念。當(dāng)時(shí)，使用了“氫領(lǐng)土”（hydrogen territories）一詞，后續(xù)逐漸演變?yōu)?ldquo;氫谷”（hydrogen valleys）。這一呼吁在蘇格蘭的奧克尼（Orkney）區(qū)域創(chuàng)造了名為“BIG HIT”的項(xiàng)目（見(jiàn)圖1），該項(xiàng)目建立在Orkney Surf 'n' Turf計(jì)劃奠定的基礎(chǔ)上。Orkney Surf 'n' Turf 計(jì)劃將使用風(fēng)能和潮汐能在 Eday 和 Shapinsay 島上生產(chǎn)氫氣。

首先，使用 Eday 和 Shapinsay 島上產(chǎn)生的可再生電力通過(guò)電解槽制取氫氣，項(xiàng)目中部署了兩個(gè)先進(jìn)的質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽。Shapinsay島上的電解槽的容量為1MW，Eday島上的電解槽的容量為0.5MW，兩者都位于可再生能源發(fā)電設(shè)備附近。然后將氫氣作為高壓氣體儲(chǔ)存在管式拖車(chē)中，并運(yùn)輸?shù)綂W克尼大陸進(jìn)行使用。

這兩臺(tái)PEM電解槽每年產(chǎn)生約50噸氫氣。這種“零碳”氫氣可用于為當(dāng)?shù)亟ㄖ锕┡?，也將通過(guò)海上渡輪用5輛氫氣管拖車(chē)運(yùn)輸?shù)娇驴宋譅?。在柯克沃爾，一個(gè)75千瓦的氫燃料電池為柯克沃爾的幾座港口建筑、一個(gè)碼頭和3艘渡輪（?？繒r(shí)）提供熱量和電力。最后，柯克沃爾的加氫站為奧克尼群島議會(huì)的5輛Symbio氫燃料電池公路車(chē)輛提供燃料。

圖1 奧克尼氫集群運(yùn)作示意圖

（圖片來(lái)源：BIG HIT官網(wǎng)，https://www.bighit.eu/about）

02 "HEAVENN"——與現(xiàn)有電力天然氣系統(tǒng)的耦合示范

2019年，歐盟通過(guò)“聯(lián)合承諾”（the Joint Undertaking）發(fā)起了與氫集群相關(guān)的另一項(xiàng)呼吁。歐盟為 "HEAVENN" 項(xiàng)目提供了2000萬(wàn)歐元（2400萬(wàn)美元）的支持，并輔以7000萬(wàn)至8000萬(wàn)歐元（8300-9500萬(wàn)美元）公私合作資金，以連接荷蘭北部的整個(gè)氫供應(yīng)鏈。

"HEAVENN" 是一個(gè)大型示范項(xiàng)目計(jì)劃，將氫的生產(chǎn)、分銷(xiāo)、儲(chǔ)存和本地最終使用等核心要素匯集到一個(gè)完全集成和運(yùn)作良好的“氫集群”中，可以作為整個(gè)歐洲及其他地區(qū)復(fù)制的藍(lán)圖（見(jiàn)圖2）。該概念基于整合在荷蘭北部的六個(gè)地區(qū)中（即Eemshaven，Delfzijl，Zuidwending，Emmen，Hoogeveen和Groningen）現(xiàn)有的和計(jì)劃中的項(xiàng)目集群以完成部署。

項(xiàng)目的主要目標(biāo)是在整個(gè)價(jià)值鏈中大規(guī)模的利用綠色氫，并同時(shí)開(kāi)發(fā)可復(fù)制的商業(yè)模式。HEAVENN旨在最大限度地整合該地區(qū)豐富的可再生能源，包括陸上（風(fēng)能和太陽(yáng)能）和海上風(fēng)能，使用氫作為：

（i）一種存儲(chǔ)介質(zhì)，用于管理電網(wǎng)中間歇性和受限的可再生能源輸入;

（ii）能源載體，用于進(jìn)一步整合可再生能源投入和電力以外的其他能源部門(mén)（即工業(yè)、熱力和運(yùn)輸）的脫碳。

圖2 HEAVENN氫集群運(yùn)作示意圖

（圖片來(lái)源：HEAVENN官網(wǎng)，https://heavenn.org/storage-and-built-environment/）

該計(jì)劃促進(jìn)了氫集群中氫燃料電池在終端應(yīng)用時(shí)的多樣化發(fā)展，同時(shí)確保了它們之間的互連。綠氫從供給端到應(yīng)用端的運(yùn)輸將通過(guò)現(xiàn)有天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)輸和分配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這種方式，HEAVENN將大規(guī)模展示現(xiàn)有電力和天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的耦合示范，使整個(gè)地區(qū)的工業(yè)，電力，運(yùn)輸和供熱脫碳。

"HEAVENN" 項(xiàng)目的部署規(guī)模足以在整個(gè)價(jià)值鏈中實(shí)現(xiàn)顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和改進(jìn)的商業(yè)模式。

03 "Green Hysland"——島嶼經(jīng)濟(jì)脫碳的藍(lán)圖

2020年，“the Joint Undertaking” 組織將其氫谷工作重點(diǎn)放在島嶼上，向馬洛卡島（西班牙）的 "Green Hysland" 項(xiàng)目撥款1000萬(wàn)歐元（1100萬(wàn)美元）。"Green Hysland" 電解槽于2022年3月落成，氫分配管道預(yù)計(jì)將于2022年底投入運(yùn)行。"Green Hysland" 的目標(biāo)是在西班牙馬洛卡島部署一個(gè)功能齊全的氫生態(tài)系統(tǒng)，使該島成為歐洲在南歐的第一個(gè)氫集群（見(jiàn)圖3）。

該計(jì)劃將通過(guò)從太陽(yáng)能中生產(chǎn)綠色氫并將其交付給最終用戶(hù)，例如該島的旅游，運(yùn)輸，工業(yè)和能源部門(mén)（包括向天燃?xì)夤芫W(wǎng)中注入氫氣以實(shí)現(xiàn)綠色供暖和為其他終端部門(mén)提供電力和熱量供應(yīng)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3 馬洛卡島氫集群運(yùn)作示意圖

（圖片來(lái)源：Green Hysland官網(wǎng)，https://greenhysland.eu/about-green-hysland/）

"Green Hysland" 示范將為歐洲提供島嶼經(jīng)濟(jì)脫碳的藍(lán)圖，以及H2對(duì)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和2050年凈零目標(biāo)的貢獻(xiàn)的運(yùn)營(yíng)示例。包括馬德拉（葡萄牙）、特內(nèi)里費(fèi)（西班牙）、阿蘭（愛(ài)爾蘭）、希臘群島、阿梅蘭（荷蘭）、智利（智利）和摩洛哥在內(nèi)的島嶼也將參與 "Green Hysland" 項(xiàng)目，并將復(fù)制馬洛卡島的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和商業(yè)模式。

氫集群的全球推廣

氫谷的概念已經(jīng)不僅限于歐洲，在Mission Innovation（MI）組織的帶領(lǐng)下，通過(guò)“清潔氫使命”（Clean Hydrogen Mission）在全球范圍內(nèi)推廣氫集群概念。

清潔氫使命將通過(guò)到2030年將端到端的清潔氫成本降低到每公斤2美元來(lái)加速全球清潔氫經(jīng)濟(jì)的建設(shè)。這代表了使清潔氫成本與生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和最終使用等不同行業(yè)中的其他能源載體具有競(jìng)爭(zhēng)力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，組織內(nèi)的成員共同承諾到2030年在全球范圍內(nèi)提供至少100個(gè)大型綜合清潔氫谷。這將產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)，壓低清潔氫成本，促進(jìn)全球清潔氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

每位成員將滿足以下條件：

制定和實(shí)施國(guó)家氫能戰(zhàn)略。

在整個(gè)價(jià)值鏈上進(jìn)行開(kāi)創(chuàng)性的氫能研究、開(kāi)發(fā)和技術(shù)示范。

開(kāi)發(fā)至少三個(gè)氫谷，通過(guò)公共部門(mén)或私人部門(mén)的投資。

每年制作各自清潔氫研究、開(kāi)發(fā)和示范工作的研究目錄。

01 歐盟

2022年，清潔氫聯(lián)合事業(yè)組織（ the Clean Hydrogen Joint Undertaking）通過(guò)“歐洲地平線”計(jì)劃（Horizon Europe）發(fā)起了一項(xiàng)高達(dá)2500萬(wàn)歐元（2600萬(wàn)美元）的項(xiàng)目投資，主要用于建設(shè)一個(gè)可再生氫年產(chǎn)量超過(guò)5千噸的大型氫谷，氫谷生產(chǎn)的氫氣中的80%將用于工業(yè)使用。并且該氫谷將與其地理邊界以外的地區(qū)在氫生產(chǎn)、需求和存儲(chǔ)上建立合作關(guān)系。此外，歐盟委員會(huì)還呼吁在沒(méi)有氫谷的歐洲地區(qū)（如中歐或東歐國(guó)家）資助一個(gè)小規(guī)模氫谷（每年可再生氫超過(guò)500噸），資金高達(dá)800萬(wàn)歐元（800萬(wàn)美元）。

2022年5月，歐盟委員會(huì)在布魯塞爾提出 "REPowerEU" 計(jì)劃。旨在通過(guò)發(fā)展能源供應(yīng)多樣化、節(jié)能、清潔能源快速部署，以應(yīng)對(duì)地緣政治沖突帶來(lái)的全球能源市場(chǎng)波動(dòng)，降低歐洲對(duì)不可靠能源供應(yīng)商和不穩(wěn)定化石燃料的依賴(lài)。提升歐洲的能源獨(dú)立性。由于氫能部署是該計(jì)劃的重要組成部分，歐盟委員會(huì)將通過(guò) "REPowerEU" 計(jì)劃補(bǔ)充對(duì)清潔氫聯(lián)合事業(yè)組織的投資，目標(biāo)是在2025年前將現(xiàn)有氫谷的數(shù)量增加一倍。

02 德國(guó)

2021 年 9 月，德國(guó)有 30 個(gè)城市和地區(qū)在第二輪 "HyLand" 競(jìng)賽期間獲得了資助。其中15個(gè)地區(qū)獲得了40萬(wàn)歐元（50萬(wàn)美元）的資助，用于深化其區(qū)域氫集群概念，另外15個(gè)地區(qū)獲得支持，用于發(fā)展氫集群概念并初步創(chuàng)建氫集群網(wǎng)絡(luò)。

03 英國(guó)

在英國(guó)的格蘭奇茅斯（蘇格蘭）、東海岸（蒂賽德、亨伯）、南安普敦、Hynet西北和南威爾士集群等地區(qū)，已有數(shù)個(gè)氫工業(yè)集群正在計(jì)劃部署。項(xiàng)目聯(lián)盟計(jì)劃通過(guò)重新利用現(xiàn)有天然氣管道和建設(shè)新的專(zhuān)用管道，將這些地區(qū)的氫工業(yè)集群連接起來(lái)。此外，英國(guó)還制定了到2020年代中期在兩個(gè)產(chǎn)業(yè)集群中大規(guī)模部署CCUS（carbon capture, utilisation and storage）的計(jì)劃，發(fā)展至2030年再在兩個(gè)產(chǎn)業(yè)集群中大規(guī)模部署CCUS。其中位于東海岸和Hynet區(qū)域的工業(yè)集群將優(yōu)先進(jìn)行部署，蘇格蘭集群作為備選方案。

04 美國(guó)

美國(guó)能源部于2022年6月發(fā)布了一份意向通知，為兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法中80億美元的項(xiàng)目提供資金。并且，能源部希望支持區(qū)域氫中心（H2Hub）的發(fā)展。該方案包括多樣化的低排放氫生產(chǎn)途徑和最終用途、地理多樣性、就業(yè)機(jī)會(huì)和社會(huì)參與。

05 澳大利亞

在澳大利亞，政府資助 “清潔氫工業(yè)中心計(jì)劃”（the Clean Hydrogen Industrial Hubs）4.64億澳元（3.2億美元），旨在支持多達(dá)七個(gè)氫工業(yè)中心的發(fā)展。政府確定了七個(gè)優(yōu)先樞紐地區(qū)：貝爾灣（塔斯馬尼亞）、皮爾巴拉（西澳大利亞）、格萊斯頓（昆士蘭）、拉特羅布谷（維多利亞）、艾爾半島（南澳大利亞）、獵人谷（新南威爾士州）和達(dá)溫（北領(lǐng)地）。2022年期間發(fā)布了一系列相關(guān)的資助公告。

06 日本

在日本，高排放量的工業(yè)集群多數(shù)位于港口附近。為此政府啟動(dòng)了港口碳中和倡議，主要通過(guò)港口設(shè)施大量進(jìn)口氫或氫的衍生燃料，以促進(jìn)港口日常運(yùn)營(yíng)和周邊地區(qū)的產(chǎn)業(yè)集群脫碳。例如在大阪港，新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）資助了兩個(gè)研究項(xiàng)目，一個(gè)在名古屋港（愛(ài)知），另一個(gè)在小沼港（福島），以此評(píng)估當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的氫需求。橫濱市則與引能仕株式會(huì)社（ENEOS Corporation）簽署了一份備忘錄，以分析濱水區(qū)域通過(guò)氫能管道網(wǎng)絡(luò)連接港口和各個(gè)終端用戶(hù)的可行性。

07 印度

印度氫能聯(lián)盟（IH2A），提出了 “25/25國(guó)家綠色氫能中心發(fā)展計(jì)劃”（the 25/25 National Green Hydrogen Hub Development Plan），并正在尋求公眾支持。該計(jì)劃預(yù)期到2025年，在古吉拉特邦，卡納塔克邦，馬哈拉施特拉邦，喀拉拉邦和安得拉邦等地區(qū)建設(shè)5個(gè)氫能中心，并開(kāi)展25個(gè)氫能相關(guān)項(xiàng)目。