东芝探索“完美能源”：以可再生能源制取绿氢，全程零碳排
“百年老店”、多元化电子电气产品制造商日本东芝集团（Toshiba）正在全力布局有“未来能源”之称的氢能，并将大规模可再生能源制取“绿氢”视为低碳能源时代的完美解决方案。
近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间，东芝多位高管对澎湃新闻表示，除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外，东芝非常看好氢能在中国的发展前景。
放眼全球，日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出，到2030年要确立国内可再生能源制氢技术，构建国际氢能供应链，长期目标是利用碳捕获（CCS）技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言，用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能，无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。
日本能源转型历程
“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发，进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品，已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝（中国）有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示，早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下，该公司内部近十年间全面提升氢能体系，东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。
据介绍，东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合，启动时间不到5分钟，高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。
东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上
典型场景如东芝的新氢能综合应用中心，利用太阳能电解水制备氢气，并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样，不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳，而且，因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料，从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。
当突发灾难时，这套小型分布式能源亦可大显身手，作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。
纯氢固然样样好，但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解，上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。
张童表示，全球可再生能源快速发展，但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国，风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大，弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来，在需要时再调取，就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来，制出来的氢完全是绿色的。”
他认为，在该领域，东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累，目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段，东芝呼吁政府对全行业予以政策支持，鼓励更多企业参与氢能产业链的完善，并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下，氢能成本才能随着规模化效应快速下降。
氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场，使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求，并联合中国合作伙伴一起开拓市场。
实际上，东芝对于“终极能源解决方案”的认识，在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者，旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因，东芝最终选择剥离核电资产。
今年10月，日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布，日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前，日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。
“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声，很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道，福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前，日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能，但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增，欧洲主要国家纷纷选择弃核。
宫崎洋一称，除了重点业务氢能之外，目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术，可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言，在水电领域，东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队，已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机；光伏领域，东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用，住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用；地热领域，东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备，以设备容量计处于全球第一。
福岛氢能研究基地（FH2R）
在日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头下，东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地（FH2R）已于今年2月底建成。
FH2R系统概览
该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置，正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统，还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。
校对：刘威
气候变化是人类面临的全球性问题，在2020年12月18日闭幕的中央经济工作会议上，“做好碳达峰、碳中和工作”被列为2021年的重点任务之一，环境的倒逼、消费升级、国家政策推动，也加速了能源产业的变革。
在2021 MWC上海大会期间，华为副总裁兼数字能源产品线总裁周桃园发布了数字能源零碳网络解决方案，旨在助力运营商实现零碳网络战略，并加速世界绿色可持续发展进程。
“零碳网络已成为全球领先运营商的重要战略目标。”周桃园表示，在碳中和的大背景下，全球能源大变局的序幕已拉开，未来可再生能源将成为能源界的重磅角色，与此同时，全球ICT能耗持续增长，预计到2030年达全球总电量的5%，数据中心10年TCO中电费占比将超过60%。低碳化和低能耗两条平行轨道，无疑是运营商未来发展的两大方向。
运营商身陷能耗“黑洞”
随着5G、云计算、AI、大数据等技术不断成熟，海量新兴应用不断繁荣，这都对5G网络覆盖与数据中心需求将呈爆发式增长，使得站点与数据中心数量的激增，相关预测指出，2025年，通信行业将消耗全球20%的电力，运营商在赋能行业数字化转型的同时，也面临更高的能耗挑战。
当前，能耗问题已经成为运营商建网过程中主要考量因素之一，基站作为耗电大户，大约80%的能耗均来自广泛分布的基站，众所周知，移动通信接入使用了成千上万的基站，基站能耗以电为主，随着电力成本的增加，移动网络的扩大，基站机房电费支出逐渐增大，并且由于覆盖范围的衰减，5G基站的需求数量又是成倍增加。
与此同时，移动通信基站机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体，而为保障设备在恒温下运行，不因为温度过高而宕机，制冷系统就要不间断地为基站降温，这也直接导致了电量居高不下。
而在数据中心总能耗中，空调制冷系统依然是能耗大户，据悉，传统空调制冷系统能耗占比高达28%以上，随着数据流量和计算需求爆发式增长，数据中心的能耗压力势必给广大，相关数据预测，到2025年，数据中心能耗将占全球能源消耗的5%。
需要指出的是，刨除环境治理等问题，5G网络与数据中心的功耗增加也给运营商OPEX带来不小挑战，据周桃园透露，某运营商在加入5G基站后，整体OPEX增加了34%，这其中很大一部分是电费的增长，因此我们可以清晰看到，我们的能源基础设施，距离碳中和目标还有很大挑战。
助力运营商迈向“零碳网络”
毋庸置疑，节能增效对于运营商不仅仅是技术问题，更是商业与 社会 责任，对此电信企业也正积极行动，目前，全球已有超过50家运营商制定节能减排目标，在媒体沟通会上，周桃园首提“零碳网络”并发布华为数字能源零碳网络解决方案，包括极简站点、极简机房、极简数据中心、无处不在的绿电、智慧能源云，助力运营商引入绿电、节能减排，实现零碳网络，助力实现碳中和。
在站点方面，华为通过站点形态极简化，从室内站点到室外站点，进一步发展到室外刀片，让房变柜、柜变杆，全面杆站化，实现降低能耗、省电费、省租金。
而在机房的构建上，华为对于新建场景，以机柜替代机房对于扩容场景，免增机房、免改线缆、免增空调，从而节省能耗、空间及工程。
对于传统数据中心的建设，周桃园认为，当前数据中心建设模式主要通过采购不同的部件来形成整个能源设施，这种建设模式势必会导致基础设施能耗高、建设周期长。
华为推出的极简数据中心，通过全预制化、模块化建设重构架构，建设周期从20个月缩短至6个月，并且通过融合高密、高效节能的方案重构供电，提升效率，并实现预测性维护，在制冷方面，通过间接蒸发冷却和iCooling等解决方案，最后通过智能运维解决方案重构运维，提升运维效率。
“绿电”则是华为智能光储解决方案，通过将绿电引入站点、机房、数据中心等场景，实现全场景叠光，自发自用，降低用电成本。
“零碳网络的提出，将显著提高运营商的经济价值与 社会 价值。”谈及构建数字能源零碳网络解决方案的初衷，周桃园指出，华为对于数字能源零碳网络解决方案的构建，是由三个层面逐层递进，首先要消除浪费，提升能效其次要将运营商从能源的消费者变为绿色能源的生产者最后是将运营商的能源基础设施打造为具备数字化和智能化的能源网络，最终全面实现零碳网络，构建 社会 价值。
做大“绿电” 加速碳中和进程
据国际能源机构(IEA)的统计，过去三十年全球能源消耗增长了超过70%，碳排放累计增加近80%，能源消耗激增导致全球温室效应加剧。
周桃园认为，未来世界有两大主要驱动力，一是全球数字化、智能化转型趋势，二是以碳中和为目标的能源革命，即从传统的化石能源走向以太阳能光伏、风能为代表的可再生能源、绿色能源。
以上海地铁龙阳路基地光伏项为例，作为海地铁四大基地分布式光伏项目之一，华为智能光伏解决方案通过对地铁车库屋顶进行太阳能板改造，共安装了近13000个280瓦组件，所发的光伏电力并网接入基地内的综合变电所，供地铁就近使用。
据悉，该光伏电站一年的发电量，大约可供8节编组的一辆2号线列车跑20万公里，相当于行驶1560多个来回。是“光伏+地铁”应用典范，实现了绿色能源为绿色交通赋能，助力上海提前实现碳达峰目标。
目前，华为智能光伏解决方案已广泛应用于60多个国家，累计减少二氧化碳排放1.48亿吨，相当于种植超过2亿棵树。由此可见，加大可再生能源的使用，提高能源利用效率和效益，推动能源结构向绿色化方向发展，不仅在生态文明建设中有着十分重要的作用，也是应对能源危机和气候变化的重大举措。
“为世界碳中和做贡献是目标和使命。”正如周桃园指出，华为数字能源零碳网络解决方案将积极助力产业链合作伙伴向低碳可持续发展，加速世界碳中和进程。
零碳工业园意味着在无碳汇抵补的前提下能源、建筑、工业、交通等方面绝对的无碳排。
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因此，零碳工业园可以说要求极为苛刻，其标准甚至超过碳中和(即净零排放)的要求。
零碳工业园的工业体系概览
对于工业园区而言，其碳排放主要包括两类：
一是直接排放，产生于园区内部的能源活动(工业、建筑和交通)，如工业过程、燃料燃烧、废物处理等产生的温室气体排放；
二是间接排放，产生于外购的二次能源，包括电力、供热/冷等能源消费。那么，实现零碳排放的核心就在于发挥工业园区的整合优势, 使工业过程电气化，并转变对化石燃料的高度依赖。
具体而言，零碳工业园的建设以零碳能源为起点，需要但不限于以下几个方面：
零碳能源：
零碳能源指的是在生产、使用过程中不增加二氧化碳排放的能源，包括太阳能、风能、水能等。
相较于独立的工厂，工业园区的规模优势更能有效的进行一体化的综合能源规划，整合能源投资和能源技术。
对于工业园区而言，构建以可再生能源为主的零碳能源系统，不仅要考虑所采用的能源种类，还要搭建配套的基础设施，如智能电网、储能设备。
零碳建筑：
零碳建筑指零碳排放的建筑物，可以独立于电网运作，全部能耗由场地产生的可再生能源(如太阳能、风能、生物质能)提供。此外，零碳建筑还可以减少其他空气污染物、降低建筑运营成本、改善建筑内部环境，并提高建筑抵御气候变化的能力。
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目前鼓励作为零碳工程示范的措施其中包括电动公交、绿色建筑、可再生能源、海洋碳汇。
一、电动公交
电动公交是指以车载蓄电池或电缆等供电设备，提供电能驱动行驶的公交车。研究并开发出高水平的电机传动控制系统，对提高我国汽车工业的自主创新能力，实现汽车工业的跨越式发展，提高我国电动汽车传动系统水平及电动汽车的产业化具有重要意义。
二、绿色建筑
绿色建筑是指在全寿命周期内，节约资源、保护环境、减少污染、为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。绿色建筑的室内布局十分合理，尽量减少使用合成材料，充分利用阳光，节省能源，为居住者创造一种接近自然的感觉。
三、可再生能源
目前地球上的可再生能源有太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、生物质能等几大类，他们不同于传统的化石能源，除了可再生，还具有环保（某些再生能源不会排放对大气有害的气体，比如二氧化碳）的特点。
四、海洋碳汇
海洋碳汇是指一定时间周期内海洋储碳的能力或容量。海洋作为一个特定载体吸收大气中的二氧化碳，并将其固化的过程和机制。海洋不仅能长期储存碳，而且能重新分配二氧化碳，是最高效的碳汇。
1、绿氢绿，氢，是指利用可再生能源分解水得到的氢气。
2、甲醇，甲醇不含氮氧化物和硫，无色、易燃、易储存，由可持续生物质（通常称为生物甲醇）或通过可再生能源由二氧化碳和氢气制成的可再生甲醇是一种超低碳化学品。
3、氨能。氨也是一种广泛交易的商品，氨市场已经存在一个全球分销系统。
