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氢:一种可再生能源视角

ERR能研微讯 | 能源研究新势力 2019/10/02 08:55

国际可再生能源署发布《氢:一种可再生能源视角》(特别推荐)

新知达人, 氢:一种可再生能源视角

执行摘要

—清洁氢正享受着前所未有的政治和商业势头,世界各地的政策和项目数量迅速扩大。 对于确保氢能能够在未来几十年内的能源系统中占据较大份额,努力的进一步加速至关重要。

氢气使用趋势,1980~2018

新知达人, 氢:一种可再生能源视角

电力转换氢项目的时间线,按电解槽技术和项目规模划分

新知达人, 氢:一种可再生能源视角

石油炼化制氢—氢化裂解

新知达人, 氢:一种可再生能源视角

—近年来,有两个主要因素促成了氢的增长: 可再生能源制氢成本的下降,并保持继续下降,而与此同时减少温室气体排放的紧迫性增加,许多国家已开始采取行动,推进经济发展中实现脱碳,特别是在能源供需层面。 过去二十年来,氢的争论逐渐演变,人们的注意力从汽车行业的应用转向卡车、航空、航运和供暖应用等难以脱碳的能源密集型行业。

—确保低碳、清洁的氢供应至关重要。 目前和未来的采购选择包括: 以化石燃料为基础的氢气生产(灰氢); 化石燃料制氢生产与碳捕获、利用和储存相结合(CCUS; 蓝氢); 和来可再生能源的氢(绿氢)。

—预计在未来几年,使用可再生电力生产的绿氢将快速增长。 许多正在进行的和计划中的项目都指向该方向。 来自可再生能源的氢在技术上是可行的,并且正在迅速接近具有经济竞争性。 人们对这种供应方案的兴趣日益浓厚,其原因是可再生能源成本的下降以及间歇性可再生能源电源占比上升带来的系统整合挑战。 重点是部署和边做边学,以降低电解槽成本和供应链物流。 这将需要资金。 决策者还应考虑如何建立立法框架以便于氢基部门的耦合。

总能源消费中的电力(艾焦耳/年)

新知达人, 氢:一种可再生能源视角

—氢和可再生能源之间存在重要的协同效应。 氢气可以大大增加可再生电力市场的增长潜力,并扩大可再生能源解决方案的覆盖范围,例如在工业领域。 电解槽可以增加需求端的灵活性。 例如,荷兰和德国等欧洲国家在最终使用氢的终端部门面临未来的电气化限制。 氢气也可用于季节性储能。 低成本的氢气是将这些协同效应付诸实践的先决条件。

电解槽的启动次数

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—随着技术的不断发展,电解槽正在迅速扩展,从兆瓦(MW)到吉瓦(GW)级。 进展是渐进的,预计不会取得根本性的突破。 预计到2040~2050年,电解槽成本或将减半,目前840美元/千瓦,而可再生电力成本也将继续下降。 对于许多绿地项目而言,可再生制氢或将很快成为最便宜的清洁氢供应选择。

不同电价和电解质槽资本开支的制氢成本

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—蓝氢有一些吸引人的特征,但它本身并不是无碳的。 具有CCUS的化石燃料需要二氧化碳(CO 2 )监测、验证和认证,以说明未捕获储存的二氧化碳的排放和保留。 这种透明度对全球氢商品贸易至关重要。

—开发蓝氢作为过渡解决方案,在生产升级和供应物流方面也面临挑战。 与在过去十年中设定的目标,CCUS的发展已经严重滞后。 额外的费用构成的挑战与大型项目规模经济的优势并存。 公众接受可能也是一个问题。 绿氢和蓝氢的部署之间可能存在协同效应,例如氢的使用或氢物流的规模经济。

—氢基能源转换不会在一夜之间发生。 氢可能会落后于其他战略,如在终端部门的电气化中,氢的使用将针对特定应用。 对于专用的新建供氢基础设施的需求可能会限制氢气的使用(对某些决定采用氢气战略的国家)。 因此,氢的努力不应被视为万能药。 相反,氢是一种互补性的解决方案,对于制订雄心勃勃的气候目标的国家来说尤其相关。

—按每单位能源计算,氢气供应成本是天然气的1.5~5倍。 低成本和高效率的氢气应用保证这种价差。 此外,全球二氧化碳排放量中实现显著脱碳或将需要清洁氢或氢衍生燃料。 目前,氢的生产、运输和转化都面临严重的能源损失。 减少这些损失对于降低氢气供应成本至关重要。

—专用氢气管道已经运行了几十年。 正在探索通过现有和翻新的天然气管道运输氢气。 这可能会减少新的基础设施投资需求并有助于加速过渡。 但是,设备标准需要调整,这可能需要时间。 今后的道路是彻底更换天然气,还是逐渐转变为天然气和氢气的混合物,目前还不清楚,需要更深入的研究。

—在发展国际氢商品运输的同时,另一个值得更多关注的机会是用氢生产能源密集型商品的贸易。 氨生产、钢铁制造以及航空、船用掩体或合成有机材料生产原料的液体(即所谓的电燃料或电子燃料,作为电力到X战略的一部分)似乎是主要市场,但成本和需要克服效率障碍。 这可能为加快全球可再生能源部署提供一个机会,并带来经济效益。

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