欧洲好的可再生能源

在欧洲，良好的可再生能源资源是按地域分布的。然而，这些能源在欧盟成员国之间的分布并不均匀，因此大规模的泛欧洲能源运输、贸易和储存是必要的。

在欧洲的一些地区，大规模的海上风力发电可以在没有补贴的情况下以有竞争力的价格进行（Vattenfall， 2019）（Guardian， 2019）。在北海、爱尔兰海、波罗的海和地中海部分地区，大型海上风力发电具有巨大的潜力。在希腊、英国、爱尔兰以及葡萄牙、波兰和德国等许多欧洲沿海地区，都可以发现大规模的陆上风能潜力。如今，大型太阳能光伏发电也可以无补贴、有竞争力地建造（Energylivenews， 2019），最显著的例子是在南欧，如西班牙、葡萄牙、意大利和希腊。

此外，在冰岛、挪威、瑞典、奥地利和瑞士等国可以进行低成本的水力发电，在冰岛、意大利、波兰和匈牙利也可以进行地热发电。虽然水力发电和地热发电的潜力有限，但将来引进海洋／潮汐能源转换设备可以进一步增加英国、葡萄牙、挪威和冰岛可再生电力和氢气的产量。乌克兰拥有良好的风能资源和巨大的生物质潜力。这些资源既可以用于绿氢生产，也可以用于生物质生产绿色二氧化碳（UkrainianHydrogenCouncil， 2019）。

图3欧洲上空80米高度的太阳辐射（左）和风速（右）

北非和中东突出的可再生能源资源

北非的太阳能资源比南欧要好得多，也丰富得多。撒哈拉沙漠是世界上全年阳光最充足的地区。这是一个面积很大的地区（940万平方公里，是欧盟面积的两倍多），平均每年有3600小时的日照，一些地区有4000小时（Varadi， Wouters， ＆ Hoffmann， 2018）。这意味着每年每平方米的日照水平为2500 － 3000 kwh。一小部分（撒哈拉沙漠8－10％）的面积就可以产生全球的全部能源需求（van Wijk， van der Roest，＆ Boere， 2017年《人类太阳能》）

应该指出的是，撒哈拉沙漠也是地球上风力最大的地区之一，尤其是在西海岸。沙漠大部分地区地面平均年风速超过5 m／s，西部沿海地区达到8－9 m／s。风速随着地面高度的增加而增加，而撒哈拉沙漠的风全年都很稳定。此外，埃及的扎法拉纳地区与摩洛哥的大西洋海岸相当，风速高且稳定（van Wijk A．， Wouters， Rachidi， ＆ Ikken， 2019）。在摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯、利比亚和埃及，某些陆地地区的风速与地中海、波罗的海和北海部分地区的离岸风速相当。

图4欧洲和北非的太阳辐射和风速资源（Dii ＆ FraunhoferISI， 2012）

北非不仅有丰富的太阳能和风能资源，中东也有很好的太阳能资源，在一些地方也有很好的风能资源。土耳其、阿曼、沙特阿拉伯、约旦、阿联酋等本地区国家有可能成为主要的绿氢出口国（van Son ＆ Isenburg， 2019）。

可再生资源通过氢运输、存储

这些丰富的在欧洲、北非和中东的可再生资源距离欧洲有能源需求的工业城市和位置非常远。在这些良好的可再生能地区，可以进行丰富、廉价、但间歇性的太阳能和风能发电。现在的挑战是如何以低成本和低损失运输和储存这些能源。将生产现场的太阳能和风能转化为氢气为这一挑战提供了解决方案，因为氢气的运输和储存成本远低于电力。

通过管道运输氢气的成本要比用电缆输送电力的成本便宜10－20倍（Vermeulen， 2017）。电缆输送电力和管道输送氢气的根本区别在于基础设施的容量。一条电力传输电缆的容量在1－2 GW之间，而一条氢管道的容量在15 － 30 GW之间。此外，通过电缆输送电力会产生损耗，而通过管道输送氢气则不会产生损耗。除了运输成本，储氢成本也很便宜。盐穴储氢的成本至少比电池储电成本低100倍（van Wijk ＆ Wouters， 2019）。

因此，在具有丰富太阳能和风能资源的地区，数GW的电能和风能发电厂是可以被实现用来生产电力并且通过水的电催化转化成为氢。这些不是太阳能和风能发电厂，而是太阳能和风能氢工厂。在数GW的太阳能和风力发电场生产廉价的氢，通过管道运输大规模的氢，并在盐穴储存氢，可以提供更低的整体能源系统成本，一个可靠的能源系统，最重要的是一个清洁的，脱碳的能源系统。

欧洲可以用它的天然气基础设施去运送和存储氢

对于快速扩大的欧洲可再生电的容量的一个挑战是有限的电网容量。在2018，德国可再生在和海上风力发电的接近十亿欧元的减少是因为2019年电网 （Bundesnetzagentur）容量约束。

在不需要大规模电网升级的情况下，将大量可再生能源整合到能源系统的解决方案的一部分是转换成氢气。

一个发达的天然气基础设施已经就位，连接着欧洲（北海、挪威和荷兰）和欧洲以外（俄罗斯、阿尔及利亚、利比亚）的天然气生产地区。天然气基础设施的能源传输能力至少比电网的能力大10倍。

再利用天然气管道运输氢

现有的天然气基础设施可以相对容易和快速转换，以适当的成本容纳氢（DNV－GL， 2017） （Kiwa， 2018）。此外，建设“新的”天然气基础设施比建设与“新的”电力基础设施相同的能源运输能力便宜10－20倍（Vermeulen， 2017）。然而，为了开发波罗的海的风能资源和希腊的风能和太阳能资源，需要新的氢管道基础设施。

欧洲天然气基础设施公司Gasunie通过改造天然气管道，已开始在荷兰建设氢主干管道基础设施。这个氢主干连接了从北海海上风能到盐穴储氢和工业集群的需求等氢生产站点，见图5。Gasunie已经将一条12公里长的天然气管道改造成一条氢管道，该管道自2018年11月开始运行（Gasunie， 2018）。

图5荷兰现有的氢气主干输送管道将是天然气管道转化为连接氢供应和氢储存的氢输送管道产业集群的需求（Gasunie，2019）

还在德国，FNB气体，该协会的大型天然气运输公司在德国，已经做好了计划建设5900公里氢输网，部分通过转换现有的天然气管道，连接未来在德国北部的氢生产中心，与大型储氢盐洞和在西部和南部的大客户，参见图6。

图6德国氢骨干网——由FNB气体提出，与规模较大德国国家天然气运输公司合作，开发了一个5900公里长的氢气运输网贯穿整个德国（数据取自德国《商报》28－1－2020）

图7概述了一个跨国的欧洲氢气基础设施主干，它可以从整个欧洲（包括乌克兰）的太阳能和风能资源区域运输大量的氢气。除了绿氢，蓝氢（氢来自化石燃料，二氧化碳捕获和存储）也可以插入这个支柱氢基础设施，即大量创造的氢可以是蓝氢，以相应大规模的需求中心和快速转换到氢基础设施中的天然气基础设施。

        连接非洲和欧洲，提供绿色能源

北非的太阳能资源甚至比欧洲还要好、丰富，还有有吸引力的风能资源。这些太阳能和风能资源足以满足其自身的能源需求，事实上，它可以很容易地满足世界上所有的能源需求。到目前为止，北非从阿尔及利亚和利比亚出口天然气，有几条通往西班牙和意大利的管道。这些管道有能力连接超过60 GW （Timmerberg ＆ Kaltschmitt，2019）的容量。此外，摩洛哥和西班牙之间还有两条电力运输电缆，每条都有0．7GW的容量。摩洛哥和西班牙在2019年签署了一份谅解备忘录，以实现第三个0．7GW的电力互联网络（Tsagas，2019），这也将用于从摩洛哥向西班牙出口太阳能电力。然而，这些电力互连的容量远远小于气体互连的容量。因此，对非洲和欧洲来说，开发北非的可再生能源出口潜力将是一件非常有吸引力的事情，因为北非国家将这些电力转化为氢气，并通过管道将这些能源输送到欧洲。部分天然气网格可以转换为容纳氢气（van Wijk A．， Wouters， Rachidi， ＆ Ikken， 2019）。但是同样，与建造电缆相比，建造新的氢管道将是一个成本效益好的选择，可以将可再生能源运输到欧洲，见图8。

图8与欧洲相连的非洲潜在的氢基础设施

天然气、石油和天然气化学运输管道，有可能用于氢的运输。在北非和欧洲之间的天然气基础设施，有可能被用于运输氢气（Oldenbroek ＆ Huegemann， 2019）。一种“新的”专用氢运输管道可以从意大利到希腊，穿越地中海到埃及是可以被建造的并最终扩展到埃塞俄比亚和中东地区（van Wijk A．， Wouters， Rachidi， ＆ Ikken，2019）。而从希腊到黑海，沿伊比利亚半岛的南海岸而行专用氢气管道也必须建造。