《巴黎协定》制定了“将21世纪全球平均气温上升幅度控制在2℃以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1.5℃以内”的目标。为了达成此目标，欧盟需要大量增加可再生能源的发电量，并提高终端用户的电气化率。未来欧盟的风能和太阳能将占总发电量的30%~60%，电气化率到2050年将提高至50%~65%。这就要求未来的能源供给系统在低碳化趋势中能够满足不同行业领域的需求，能够承受大规模可再生能源对电网平稳运行带来的冲击，还能够高效地将能源从供应中心输送到需求中心，而利用氢能来应对这些挑战在欧洲已被公认为是最具可行性的解决方案。

 

根据欧盟的氢能利用方案，在制氢方面，主要通过PtG技术来****限度地解决欧洲可再生能源利用和运输问题。PtG技术即利用富余的可再生能源电解水，将电能转化为氢气，以化学能的形式实现可再生能源的利用与长期储存。电解得到的氢气可直接多样化应用于交通运输、工业利用或燃气发电等领域，也可将氢气混入天然气管网后进行储运，此外，还可将氢和二氧化碳相结合，转化为甲烷后再输入天然气管网。

 

碳中和｜氢能利用现状及关键技术展望

 

欧洲可再生能源资源通常远离需求中心，如北非或南欧的产能远远超过地区的能源需求，虽可通过远距离输电网将电力输送到需求地区，但由于涉及各国的政策和规划问题，成本高昂，难以实现。可再生能源就地转化为氢气后再进行运输被认为是一种解决可再生能源远距离运输问题更可行的方法。

 

目前，全欧洲已有超过128个各类型PtG示范项目正在德国、英国、西班牙、荷兰、丹麦等欧洲多地广泛开展。此外，德国计划于2022年建成一座100MW规模的PtG项目；欧洲能源宏伟计划(100GW北海风电枢纽计划)也将在枢纽人工岛上配建PtG项目，2030年建成后将有约10000台风力发电机组向电解制氢装置供能。

 

除了氢能燃料电池汽车外，欧盟正在发展将氢气混入欧洲天然气管网中形成混合气的技术。将混合气通过天然气管网直接输送至居民用户作为燃料，是欧洲氢能利用的主要发展方向之一。建筑物能耗占欧洲总能源消费的第二位，占二氧化碳总排放量的15%。为实现《巴黎协定》目标，该部分的碳排放量需在现有水平下降低57%。建筑节能有多种手段，但利用氢气为天然气“脱碳”在欧洲已被认为是在改造难度和成本效益上更具竞争力的方式。天然气是欧洲建筑物供暖的最主要燃料，占所有家庭用能的42%。欧洲天然气管网为大约9000万家庭提供天然气。

 

FCHJU研究表明：现有天然气管道网络可以容纳最高20%氢气的混合气体(按体积计算)，且无需进行重大升级。同时，在储氢方面同样可以利用现有天然气基础设施和技术实现大规模的高效存储。欧洲天然气管网的存储能力为360亿m3，若按10%比例混合，则可储存的氢能折合成电量高达100TW·h。

 

欧盟还筹划将天然气管道网络升级改造成纯氢的供气管道系统。英国的示范研究表明：除了技术可行外，将天然气管道升级为纯氢供气管道，单位投资成本只需100~120英镑，而升级家庭热泵系统以达到同样降碳效果的单位投资成本为270~320英镑。氢混合气管道系统与纯氢管道系统对比如表2所示。

 

 

碳中和｜氢能利用现状及关键技术展望

目前，欧洲的示范项目包括混入氢气体积分数为20%的法国敦克尔刻GRHYD项目和英国HyDeploy项目。此外，H21LeedsCityGate项目计划到2028年将英国利兹市建成一座使用100%氢燃料的城市。该项目作为英国将氢能源向全国推广的示范项目，已完成将现有天然气管网升级成100%氢气管网的技术与经济可行性研究。在FCHJU等组织的支持下，欧洲正在开展66个示范项目，涉及投资4.26亿欧元。