绿色能源与钢铁进口如何重塑欧洲碳中和基础设施格局

本研究针对欧洲实现碳中和目标面临的能源转型挑战，探讨了可再生能源进口对降低基础设施需求的作用。研究人员通过整合全球能源供应链模型(TRACE)与欧洲能源系统模型(PyPSA-Eur)，量化分析了电力、氢能(H2 )、氨(NH3 )及钢铁等载体的进口效益。结果表明，优化进口组合可降低系统成本1-10%，同时减少70%的氢气管网需求，为欧洲能源政策提供了兼顾经济性与安全性的决策依据。

　　

在全球应对气候变化的背景下，欧洲正加速推进能源系统脱碳。然而，依赖本土可再生能源开发面临土地资源紧张、基础设施投资巨大等挑战。与此同时，南美、北非等地区丰富的风光资源为跨境能源合作提供了新机遇。但关键问题悬而未决：进口多少能源？选择何种载体？这些决策将如何影响欧洲本土的基础设施布局？

为解决这些问题，德国柏林工业大学等机构的研究人员Fabian Neumann、Johannes Hampp和Tom Brown在《Nature Communications》发表研究，首次系统评估了不同进口策略对欧洲碳中和能源系统的影响。研究团队创新性地将全球能源供应链模型TRACE与高分辨率欧洲能源系统模型PyPSA-Eur耦合，模拟了电力、液态氢(H₂
(l))、甲醇(CH₃
OH)、费托合成燃料(Fischer-Tropsch)等9种载体的进口场景，时间分辨率达4小时，空间覆盖欧洲115个区域。

关键技术方法包括：1) 基于天气数据(ERA5)和地理信息系统(GIS)的风光潜力评估；2) 多载体供应链成本优化模型(TRACE)计算全球53个出口区的平准化能源成本(LCOE)；3) 欧洲电力-氢能-碳管理耦合系统建模，考虑工业迁移、电网扩展等动态交互；4) 敏感性分析考察进口成本±30%波动的影响。

主要研究结果

成本效益最优的进口组合

研究发现最优进口组合中，碳基燃料(甲醇、费托燃料)占比45%，氢能35%，电力不足10%。钢铁和氨肥生产全部通过进口满足，其中阿根廷和智利因运输成本优势成为主要甲醇供应地，北非则通过管道输送氢能。值得注意的是，本土保留部分电转X(PtX)产能可充分利用工业碳源和废热，使系统成本再降2.4%。

基础设施需求重构

进口策略显著改变欧洲基础设施布局：

• 氢气管网规模缩减70%（自57 TWkm降至17 TWkm）
• 电网扩容需求减少20%
• 备用发电容量从129 GW增至276 GW，因PtX灵活性的降低需更多燃气热电联产(CHP)应对风光波动

关键敏感性因素

• 资金成本(WACC)每增减1%，进口燃料成本波动±7%
• 直接空气捕集(DAC)技术成本增加50%，碳基燃料成本上升8.7%
• 生物质CO₂
  利用可使进口甲醇成本降低15.6%

结论与展望

该研究首次量化了能源进口与欧洲基础设施的协同效应，揭示出"适度进口+本土柔性"的混合策略最具经济性。通过允许钢铁和氨肥产业迁移，可进一步降低氢能运输需求。研究为欧盟REPowerEU计划提出的2030年进口1000万吨氢能目标提供了科学依据，同时警示过度依赖单一载体（如氢能管道）可能重蹈化石能源依赖覆辙。

政策制定者需权衡多重因素：进口可缓解本土土地压力，但可能转移社会生态风险至全球南方；液态燃料运输比管道更具地缘弹性；保留本土PtX产能既能整合波动性可再生能源，又能维持工业就业。这些发现为欧洲设计兼具成本效益、安全性和社会接受度的碳中和路径提供了关键决策支持。