能源转型技术展望系列报告：来自可再生电力的氢气

 

9月11日，国际可再生能源署发布《能源转型技术展望系列报告—来自可再生电力的氢气》，在此本订阅号小编对文章主要观点进行了翻译，分享给大家，欢迎大家转发。

 

全球能源系统必须进行深刻的变革，以实现《巴黎协定》的目标。在这种情况下，可再生能源的低碳电力可能成为首选的能源载体。在2050年，全球终端用户消费的所有能源之中，电力所占的份额将从2015年的大约一半增至40%，以实现《协定》所设想的脱碳能源世界。

 

然而，某些部门（如运输、工业以及使用需要高品位热的部门）纯粹通过电气化手段实现脱碳可能比较困难。通过可再生能源产生的氢气可以解决这一挑战，这将使得大量可再生能源从电力部门输送到终端部门。

 

因此，氢气可能是能源转型中的缺失环节：可再生能源可以用来生产氢气，这反过来又能为那些难以通过电气化实现低碳的部门提供能源。其中包括：

 

全球氢气需求和生产来源

 

 

工业：氢气广泛应用于一些工业部门（炼油厂、合成氨、大宗化学品等），其中绝大部分是天然气生产的。可再生能源产生的氢气可以替代高排放应用中的化石燃料基础的原料。

 

建筑物和电力：可再生能源产生的氢气可以注入到现有的天然气管网中，达到一定的份额，从而减少终端部门的天然气消费和排放（如建筑物的热需求、电力部门的燃气轮机）。氢气可以与从高排放的工业过程中产生的二氧化碳（CO2）结合，以100%合成气的形式进入天然气管网。

 

运输：当可再生能源生产氢气时，燃料电池电动汽车（FCEVs）一方面提供了低碳移动的选项，另一方面其提供的驾驶性能可与传统汽车媲美。燃料电池电动汽车与纯电动汽车（BEVs）存在互补，可以克服目前纯电动汽车在中、高工作周期段的一些电池的电流限制（重量，驾驶范围和加油时间）。

 

可再生能源电力生产的氢气—通过电解槽实现—可以促进将高水平的间歇性可再生能源（VRE）融入能源系统。

 

电解槽是一种将水分解成氢气和氧气的装置。当使用可再生能源产生的电力时，氢气就成为可再生能源的载体，与电力互补。由于间歇性可再生能源可以跟随风能和太阳能发电而对电力消费进行调节，电解装置可以帮助间歇性可再生能源整合至电力系统，而氢气成为可再生能源的储存来源。因此，它们提供了灵活的负载，还可以提供电网平衡服务（向上和向下调频），同时以最佳的容量运行，以满足工业和运输部门或燃气管网注入的氢气需求。

 

下游部门（如天然气基础设施、氢供应链）的内置存储容量可以作为缓冲，以长期吸纳间歇性可再生能源，并允许季节性储存。

 

可再生电力产生的氢气可以为可再生能源创造一个新的下游市场。它有可能减少可再生能源发电商暴露在电力价格波动风险之中。在这种情况下，通过长期合同，可以将部分或所有的发电量出售给电解槽的运营商。这是否可能取决于市场的配置和监管。

 

关键的氢能技术正在成熟。规模化可以降低技术成本。

 

在数十年积累的经验之上，在一群玩家和一系列成熟的技术中，氢能部门正在进发。

 

质子交换膜电解装置和燃料电池正在接近技术成熟和实现规模经济性。世界上的几个地区已经开始了相关的商业部署。能源公司、工业气体公司、汽车原装设备制造商和其他行业利益相关者已经定位并建立了倡导性团体（如Hydrogen Council），以利用这个潜在的庞大的且迅速增长的市场。他们的目标是充分利用现有基础设施（如天然气管网），并通过可再生能源准备氢气，以部分取代目前以石油和天然气为基础的能源供应和收入。

 

最初的努力可以聚焦在大规模的应用上，以便于以最低的基础设施需求迅速产生规模经济，并以可再生能源生产的氢气作为满足气候目标的最佳选择方面脱颖而出，同时遵守当地的排放法规。

 

此类应用包括大型工业（如石化、钢铁）和中型至重型运输（中型至大型客车和商用车辆、大型客车、卡车、火车、海运、航空等）。电燃料（Electrofuel，可再生能源生产的液体燃料）可以取代化石燃料，而无需改变最终使用技术。这可能是对生物燃料的补充，对特定部门（例如航空）可能很重要。

 

鼓励适当的私人投资的政策和监管框架至关重要。这样一个框架可以考虑以下方面：

 

采用针对最终消费者的技术中性手段（例如排放限制、工业中可再生能源的授权），以结构性方式触发氢能需求，并为基础设施投资辩解，同时解决有关碳泄漏的担忧。此外，财政支助工具（如资本支出补贴、退税和弃权）是必要的，以支付相对于现有技术的初始成本溢价。

 

引入长期的天然气管网注入补贴、付薪合约、电解槽运营商参与辅助服务市场、容许豁免电网收费及征收税项的计划，以及取消风险工具，以鼓励市场吸收，支持基础设施和氢能部署。

 

氢能提供了更多的机会来挖掘优质可再生能源资源，包括那些远离最终用户需求的能源。一旦产生，氢气（如液化天然气）可以作为全球商品运输，不受管网连接的约束。

 

从广义上讲，可再生能源生产的氢气最有可能通过高电解槽利用率和低成本的可再生电力来实现成本效益。然而，每个可能的生产地点都应仔细评估结果。大型、离网氢能项目直接连接到高资源地区的太阳能和风力发电站，可提供低成本、100%的可再生氢气。然而，由于太阳能和风能资源的性质，它们的电解槽利用率较低，这将增加氢气成本。同时，接近需求、光伏并网的生产设施可以最大限度地提高电解槽的利用率，并将物流成本降到最低，但可能无法获得如此低的电价，而且100%来自可再生能源。