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【深度解读】氢能如何推动能源转型

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-25  来源:OFweek物联网
导读: 在本文中,我们探讨了氢在能源转型中的作用,包括其潜力、最近已取得的进展以及未来面临的挑战。

前言——氢能如何推动能源转型

2015年12月12日,巴黎:195个国家签署了一项具有法律约束力的协议,旨在将全球气候变暖控制在2°C以下——这一雄心勃勃的目标要求全球经济体对全世界的多数能源系统都要实施脱碳。能源转型面临着诸多挑战。我们必须建造和集成大量的可再生能源利用设施,同时确保能源供应和系统的韧性。终端用能部门,如运输,必须实现大规模脱碳。

在这种背景下,我们认为现在非常有必要重视和重申氢能解决方案的独特优势。氢和燃料电池技术具有很大的潜力来实现能源系统向清洁、低碳方向转型。完成这一能源转型将大大减少温室气体排放和提高空气质量。

我们为了支持和推动氢能的发展,成立了氢能理事会。这个团体有13个成员单位,分别来自于全球不同的工业和能源部门。我们致力于在世界范围内,引导氢和燃料电池解决方案的加速发展。

氢是一种用途广泛、清洁、安全的能量载体,可以作为动力燃料或工业原料。它可以产自于(可再生的)电力和脱碳的化石燃料。氢在使用时可实现零排放。它可以以高能量密度的液态或气态形式储存和运输。它可以燃烧或者用于燃料电池中以产生热量和电力。

在本文中,我们探讨了氢在能源转型中的作用,包括其潜力、最近已取得的进展以及未来面临的挑战。在政策制定者、私营部门和社会的支持下,我们还提供了相关建议,以确保加速推进氢能技术应用的条件达成。

我们氢能理事会相信,氢能在实现能源转型方面有非常大的潜力。为了使其充分发挥这种潜力,我们希望得到政策制定者们的支持,以克服现有障碍。氢能技术的推广需要多方的努力,氢能理事会成员愿意进一步增加投资。这样,我们有望看到稳定的长期监管框架、针对性的协调、激励政策,以及制定和协调在政治层面必要的行业标准的各项举措。

我们希望政府和主要社会利益相关方也认识到氢能对能源转型的重要作用,并和我们一道制定有效的实施计划,从而使氢能的应用大获成功。

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第一章 能源转型——必经之路,全球性的挑战

全世界广泛理解和认同能源转型的必要性。然而,能源转型所涉及的问题和挑战需要大家共同努力去解决。氢能提供了一种清洁、可持续、灵活的能源选择方案,可以克服阻碍经济向韧性、低碳发展的多种障碍,因此很有可能成为能源转型的强大推动者。

世界需要一种更清洁、更可持续的能源系统

除非能源系统在电力生产到终端用户的各个方面都发生变化,否则全球气候将在未来50到100年持续受到负面影响。在一切照旧的情形下,排放的温室气体将导致全球平均气温上升约4°C。反过来,这将升高海平面,改变气候带,使极端天气和干旱更加频繁等等,这些都会对全球的生态、社会和经济系统产生影响。

通过让我们的能源系统排放更少的温室气体和颗粒物,变得更加可持续,甚至在能源生产和消费方面实现循环利用,我们可以缓解气候变化。这一概念得到了全球的广泛支持。国际社会在多项国际协议中接受了这一想法,包括可持续发展目标(SDGs)、第三届世界人居大会(Habitat III)和巴黎的第21届联合国气候变化大会(COP21)。在巴黎气候大会中,195个国家通过了第一个具有法律约束力的全球气候协议。它旨在保持“相较于工业化前水平,全球平均气温的上升幅度控制在2°C以内,并努力将温升控制在1.5°C以内”。

面对这雄心勃勃的目标,当前的努力显然还不够。在巴黎气候大会中达成的削减CO2排放的各国计划也还有必要进一步强化。到2100年,这些计划将使全球平均气温升幅远高于2°C。将全球温升控制在2°C要求到2100年全球累计能源相关的碳排放量需要控制在900 Gt左右。当前,全球每年能源相关的碳排放量为34 Gt,这意味着2050年就会达到碳排放量的上限值。与此同时,世界正面临短期内降低空气污染水平的迫切需求。根据世界卫生组织的数据,全球仅有1%的人口居住在污染物排放达标的地区。

现在急需要采取行动。为了实现COP21、Habitat III和SDGs中多方制定的雄伟目标,全世界需要实施有史以来最大的能源变革:将能源供应和消费从不可再生的碳基能源结构向清洁、低碳转型。

为了实现能源系统的脱碳,需要从四个方面努力:提高能源效率,开发可再生能源,转用低碳/零碳能量载体,以及实施碳捕集与封存(CCS)以及利用(CCU)。

这将从根本上改变能源供需结构。如今,化石燃料在一次消费中的占比为82%;可再生能源占比14%,核能4%。尽管未来能源利用效率会有所提高,但由于人口和经济增长,到2050年能源需求仍将增加16%。到2050年,可再生能源在整体能源中的比重与现有水平相比将增加3至5倍。但同时,化石燃料仍将占较大的比重(部分采用碳捕集与封存技术减少或避免碳排放)。我们需要一种新的能量载体将比例日益增长的脱碳能源传输到能源消费侧,同时保证为终端用户提供的能源服务水平(居民,工业和运输)。两种能量载体有望对能源脱碳和实施变革产生重要影响,即电力和氢能。

能源转型需要克服五大挑战

过渡到低碳经济需要一个转型范式 (见附录I),同时需要大规模的投资。未来的挑战来自五个方面——氢能将在克服这些挑战的过程中扮演重要角色(图1)。

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图1 氢能作为零碳能量载体,助力应对能源转型中的五大挑战

1. 在发电侧逐渐增多的可再生能源导致电力供应和需求的不平衡。

通过间歇可再生能源发电以及电力需求的增加,使得电力系统极度紧张。电网容量、间歇性、以及低碳能源季节性(数周至数月)储存和备用发电容量的应用将是需要应对的挑战。

氢能有助于优化消纳可再生能源的电力系统,从而进一步提高可再生能源比例。电解通过消耗(过剩的)电能产生氢能,然后通过在其他方面(运输,工业,居民供热)利用或储存起来而产生价值。氢能有潜力进一步提高可再生能源投资的经济效益,增强能源供应安全,并作为无碳季节性储能,当可再生能源生产能力不足和能源需求量大时(如欧洲冬季)供能。

2. 为了确保能源供应安全,全球和区域的能源基础设施需要重大转型。

今天,全球约30%的一次能源供应跨境交易,包括多个能源品种(石油,天然气,煤炭和电力)。由于世界不同地区的可再生能源资源和生产情况不同,而且电力的“存储能力”有限,因此能源交易的需求将持续存在。一个运作良好的跨境能源基础设施系统对于保障能源供应安全至关重要。一个国家内的地区或城市的能源系统也将发生变化:集中式和分散式相结合的新型能源供应方式将会出现,从而更加体现了对能源基础设施进行调整的必要性。

氢能可以提供一种经济效益好、清洁的能源基础设施系统,有助于提高地方和国家层面的能源供应安全。氢能是一种在城市和区域间高效(再)分配能源的重要能量载体,它可以依托轮船、管道或罐装车等多种运输方式。

3. 把化石燃料作为能源系统的缓冲物将不足以确保系统的顺利运转。

一般来说,缓冲能源容量只有达到世界年能源需求的15%左右时,才能保证能源系统的平稳运转。缓冲能源可以吸收供应链的冲击,在国家层面提供战略储备,预防供需失衡。当前,化石能源提供了大部分的存储容量。但随着全社会电气化程度的提高,这些储备将不足以确保为终端用户提供稳定的能源供应。

由于在传输方面具有良好的存储特性和灵活性,氢能是一种可行的、清洁的、在未来可以很好地应用能源缓冲挑战的方案。

4. 部分终端用能场景很难通过电网或者蓄电池实现电气化,尤其是在长距离运输等领域。

在很多领域,直接电气化会存在技术上的挑战,甚至在碳排放成本较高时出现不经济的情况,例如在重型运输、非电气化铁路、远洋运输和航空领域,还包括一些能源密集型行业。在其他领域,即使技术上可行,直接电气化也不一定能够总是满足性能要求和充电的便利性,比如轻型车辆。

在很多领域(不仅限于上述领域),技术或经济上的问题限制了直接电气化的应用,此时氢能可以提供一个可行的解决方案。

5. 可再生能源无法替代石油化工行业中的所有化石原料。

用于生产化工产品的化石燃料在其生命周期结束时会引起(二氧化碳)排放,如将塑料进行焚烧处理时。这些延迟排放也需要进行脱碳处理。将氢能与碳捕集相结合,可以产生碳氢化合物,从而像石油和天然气一样作为化工原料。因此,氢能也有助于将碳捕集和利用(CCU)付诸实践,从而减少水泥等高碳行业的二氧化碳排放。

总之,为了克服当今能源系统面临的各种挑战,氢能由于其独特性质将成为一种非常有应用前景的解决方案。如果采用可再生能源电解、生物沼气蒸汽甲烷重整(SMR)或者蒸汽甲烷重整配备CCS/CCU等方式制氢,那么氢能的生产将没有任何碳足迹产生。氢气的性质使得它能够用于发电和/或者供热,利用方式有燃料电池、热电联产(CHPs)、燃烧器或者改进的燃气轮机。由于其化学性质,它也能够用于化工过程原料,包括生产氨和甲醇。氢气在燃烧时不会产生硫化物或污染物颗粒,只有有限的氮氧化物。对于车载燃料电池,氢能在利用过程中不产生任何排放,且比传统发动机噪音更小。氢能一般存储在罐体中,与同等尺寸的电池相比更加轻盈,且能够储存更多的能量,在能量储存和分配方面有更加明显的优势。(有关氢的更多信息,请参阅附录II-氢气要点。)

第二章 能源转型中氢能的作用

氢能的独特优势使其成为能源转型的强大推动因素,发展氢能将会对能源系统和终端用能领域带来诸多益处(如图2所示)。

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图2 氢能在多个行业中起到减少碳排放的作用

1. 实现大规模、高效的可再生能源消纳

在电力系统中,变动的电力供应和需求在时间上并不能很好地相互匹配(无论是日间,还是季节间)。提高间歇性的比例至目标水平(40%以上)将对电力系统的灵活性提出更高要求。逐步提高的电气化程度和电能有限的存储能力将需要更有效的储能方案。为了解决各方面的问题,我们提出了不同的解决方案,如电网升级改造和用于尽量实现短期或长期电力供需平衡的技术,如灵活性备用发电机组、需求侧管理、储能等。

氢能在这方面具有独特优势,它可以避免产生CO2和颗粒物排放,可以大规模利用,还广泛适用于各种场景。氢能可以通过两种方式来提高能源系统的效率和灵活性(如图3所示):

i.当电能过剩时,可以通过电解将多余的电能转化为氢气。产生的氢可以在电力供应不足时提供备用电力,也可以用于其他能源消耗领域,如交通运输、工业或居民等。通过这种方式可以充分利用过剩电能。

如果不通过氢能技术进行补充利用,可再生能源存在丢弃的可能性将非常大。以德国为例,预计到2050年,德国可再生能源发电比例将达到90%时,预计可再生能源弃量将达到170 TWh/年以上,相当于用氢气为德国乘用车提供燃料对应能量的一半左右。这意味着可以采用约60GW的电解功率对这一部分电能进行充分利用,并产生较好的经济效益(经济性在一定程度上取决于电网互联的水平)。

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图3 过剩电量可用于制氢以实现跨季节储能(模拟德国2050年情景,单位GW)

氢能既可以集中利用,也可以分散利用,既可以作为主要电源,也可以作为备用电源。与天然气一样,来自氢气(或其化合物)的电能可以快速供应或中断。因此,氢能可以很好地应对可再生能源的突然中断(如遭遇恶劣天气事件时)。此外,电解装置还可以给电网提供辅助服务,如频率调节等。

氢能也可以应用在工业和建筑领域的燃料电池热电联产装置中,同时产生电能和热能。这一技术将提高这些领域的发电和供热效率,并整体提高能源系统的灵活性。其潜力将在接下来的部分中进行讨论。

ii.氢能可用作长周期零碳跨季节储能载体

氢能是长期性的零碳季节性储能的最佳整体解决方案。虽然蓄电池、超级电容以及压缩空气储能也有助于实现电量平衡,但它们缺乏解决季节性不平衡所需的蓄电容量和蓄能周期(如图4所示)。抽水蓄能可以像储氢一样实现大规模、长周期的储能;目前,抽水蓄能占到全球储能装机容量(162 GW)的95%以上。然而,其尚未开发的蓄能容量由于受到当地地理条件的限制,仅占全球每年能源需求的1%左右(0.3 EJ)。这还不足以应对能源需求的季节性差异。以德国为例,其冬季的能源需求比夏季高约30%以上,而冬季的可再生能源发电量通常比夏季低50%(如图3所示)。

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图4 氢能是最具应用前景的长周期零碳跨季节储能载体(零碳储能技术概览)

目前,氢能仍然是一种新的储能技术,但越来越多的大型氢基储能示范项目正在全球范围内规划、推广和实施,包括丹麦、加拿大、日本和亚太地区。另外,地下大规模储氢是一种可行的技术手段,且不存在重大的技术障碍。随着可再生能源比例的增加,氢能作为一种长期性的储能方式预计会加速发展和实施。

为此,盐穴储氢的成本预计将在2030年降至140欧元/兆瓦时(电转电)。这甚至低于抽水蓄能的预测成本(2030年约为400欧元/兆瓦时)。德国可用于洞穴储氢的潜在空间容积约有370亿立方米,这足以储存110 TWhth的氢能,可以完全满足德国预计的季节性储能需求。

总之,氢气可以实现在能源系统中更经济有效地耦合大量间歇性能源,同时为保障能源系统的稳定运行提供必要的灵活性。

2.在不同行业和地区间进行能量分配

电力系统需要对可再生能源进行分配。以日本为代表的一些国家由于地理条件限制,无法仅由风能和太阳能提供电力供应。还有一些国家可能还需要时间来募集必要的资金。在某些情况下,进口可再生能源可能更为经济,例如,把赤道附近的低成本太阳能转移到太阳能资源匮乏的地域加以利用。由于氢气及其化合物具有很高的能量密度且易于运输,它们将有助于高效、灵活地(再)分配能源。

长距离电力传输会造成能量损失,但通过管道运输氢气几乎可以达到100%的效率。这种优势使氢能在大规模和远距离运输可再生能源时非常具有经济竞争力。例如,可以通过氢能,把能量从中东等具有很高的可再生能源发电潜力的地区转移到欧洲等能源需要高的地区。作为一项长期应对策略,进口氢能将有助于我们应对可再生能源的持续增长或确保在可再生能源发电量较少的冬季能够提供充足的能源。

日本计划在2020年开展首次用于国际贸易的液氢运输船的技术示范。目前,氢气管道和运输氢气或液氢的长管拖车是最常见的运输方式。随着氢能传输量的增大,氢气也会和运输的成本在未来15年有望下降30~40%。已有关于采用现有天然气管网输送氢气的测试报道,但还没有大规模应用。利兹是第一个提出在2026年之前将其天然气管网改造为氢气管网的城市。

3.充当能源缓冲载体以提高能源系统的韧性

氢能有助于将全球的能量储存与不断变化的能源需求相关联。由于其能量密度高、可长期储存以及用途广泛等特点,氢能非常适合作为能源缓冲载体和战略储备。

如今,全球能源约有90 EJ(占每年终端用能的24%)的能源储备,几乎全部以化石燃料的形式存在。氢能理事会认为,未来能源储备量不太可能大幅减少。

然而,随着能源消费者和电力部门开始转向替代能源,以化石能源存在的储备量可能会缩减,因为消耗化石能源的应用场景是有限的。最有效的能源缓冲载体将会变得多样化,它们可以直接用于(或转化为)终端用能场景。这样的能源缓冲载体将包括化石燃料、生物燃料/生物质/合成燃料,还有氢气。

4.降低交通运输过程中的碳排放

燃气电池电动汽车(FCEVs)在降低交通运输过程中的碳排放中具有重要意义。当前,石油在全球交通运输消耗的燃料中占绝对地位,汽油和柴油占纵然了消耗的96%和全球碳排放量的21%(如图5所示)。

混合动力汽车(HEVs)和插电式混合动力汽车(PHEVs)等高效混合动力汽车已经有效地降低了汽车尾气排放。但是,为了完全实现交通运输过程中的零排放,需要采用氢驱动的燃料电池电动车(FCEVs)和蓄电池电动车(BEVs),或者二者的混合形式。交通出行领域的技术进步和新的发展趋势(如车联网、自动驾驶技术、共享汽车)将对新技术的应用和转型速度水平产生影响。

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图5 燃料电池车将在交通碳减排领域起到关键作用

两种电动车采用了类似和互补的技术,且分别适合不同的细分市场和用户。除了降低CO2排放,它们还能有助于改善当地空气质量和减少噪音。

燃料电池车在多个方面有重要好处。首先,它能在不中途加注燃料的情况下长距离行驶(已经超过500公里),续航里程是消费者非常关注的一个方面。其次,类似于目前的汽油/柴油车,给燃料电池车加注燃料也非常快捷(3~5分钟),这给消费者提供极大的便利。第三,由于储氢系统的能量密度非常高(与蓄电池相比),燃料电池车动力系统成本和重量受储能容量(kWh)的影响不大。这使得该技术受到了需要存储大量能量的车辆类型的青睐(如重载能力和/或长距离/高频使用的车辆类型)。最后,燃料电池车的基础设施可以建立在现有的汽油分销和零售基础设施之上,形成成本优势并保留当地就业和资产投入。

燃料电池车将出现在多个细分市场领域。考虑到上述有点,该技术将对降低碳排放的交通运输领域尤为重要,包括乘用车(如中、大型小汽车、运输车、出租车)、中型运输车、公共汽车和非电驱动列车。目前,还有研究致力于将氢气制成的合成燃料用于船舶和航空领域(如图6所示)。

在乘用车领域,燃料电池车的总拥有成本(TCO)目前还高于内燃机(ICE)车,但在日本其行驶成本(每公里氢能费用)已经接近混合动力车(HEVs)。当燃料电池车达到大规模商业化的时候,我们相信两种技术在中、大型乘用车的总拥有成本(TCO)方面可以达到相当的水平。

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图6 在该领域领先的部分西方和亚洲国家计划在未来十年内大规模推动氢能基础设施的建设。加氢站(HRS)数量分布示意图。

燃料电池运输车和公共交通配套的基础设施部署往往更简单、成本也更低,因此特定的运输车和公共交通将更快地实现平价推广。

主要汽车企业正在寻求零碳排放汽车的解决方案。三家领先的汽车制造商已经率先推出了商业化应用的燃料电池车,而其它制造商也已经宣布有意尽快推出自己的燃料电池车。燃料电池车正在逐步实现商业化,日本和美国的燃料电池车保有量已超过一千辆,欧洲也有几百辆。多家代加工厂商(OEMs)拥有燃料电池车生产线,每年可生产几千辆燃料电池车。到本世纪20年代初,预计将出现大幅增长,代加工厂商将有能力每年商业化生产几万辆乘用燃料电池车。这与多个国家发展燃料电池车的目标是相一致的。例如,中国的目标是到2025年在路上行驶的燃料电池车达到5万辆,到2030年达到100万辆。日本预计到2025年达到20万辆,到2030年达到80万辆。

燃料电池车开始进入公交和货物运输领域。虽然目前燃料电池公交车的市场份额仍然很小(全球上路的约有500辆),但最近的投资数据显示,公交领域开始应用燃料电池车方案的势头越来越猛。例如,连云港海通公交公司(中国)计划投入1500辆燃料电池车,欧洲已宣布到2020年将部署总共600~1000辆燃料电池车,韩国也计划在2030年前替代2.7万辆CNG公交车。目前,几个代加工厂商将目标锁定在商业化的重型车辆上。德国还宣称他们将投入使用一批氢燃料电池列车。燃料电池列车与燃油机车相比已经具备价格竞争能力(从总拥有成本的角度来看)。

在该领域领先的西方和亚洲国家计划在未来十年内大规模建设氢能基础设施。在欧洲,加氢站预计每两年就翻一番,到2023年尽在德国就会有400座加氢站,美国加州到2020年的目标是拥有100座加氢站。日本投入运营的加氢站已经超过了80座,韩国和中国计划建立一个氢能网络,目标到2025年总共达到830座加氢站。预计到2025年,全球将有超过3000座加氢站来满足约200万辆燃料电池车的永清需求。经过这一阶段的发展后,加氢基础设施将实现自然增长。

5.降低工业用能领域的碳排放

如今,工业过程中大量消耗天然气、煤炭和石油等化石能源,产生了全球20%的二氧化碳排放。工业领域亟需提高能效(包括余热回收利用),从而减少能源消耗。水蒸汽电解技术可以帮助将废热转化为氢气。不论是低品位,还是高品位的用热,工业领域都需要针对其工艺用热进行脱碳处理。

为了减少低品位热的碳排放,工业领域可以选择的技术方案有很多。热泵和电锅炉在一些地区有供热优势,而当氢能是来自于化工副产品或者特定工业需要配备不间断电源和热源(可由燃料电池提供)时,氢能显然具有更大的优势。氢气可以在氢燃烧器中燃烧,也可以用于燃料电池,是一种零排放的供热方案。

对获取高品位热能(高于400°C)的过程进行碳减排更具挑战。根据当地条件,燃氢锅炉可以对电加热进行补充,以产生高品位的热能:考虑到电加热系统在设计方面的限制,一些地区和领域更倾向于使用氢技术。

当前低品位用热领域氢气已经得到了应用,如工艺加热和干燥等。未来,随着氢气燃烧器和燃料电池的应用,工业领域从低到高不同品位的用热负荷均可以通过氢能来满足。燃料电池与燃烧器相比效率更高,且能同时提供热量和电力,但是部署燃料电池初投资较大。而燃烧器只需要对现有设备进行改进。

6.将捕集的碳用作原料

氢基化学可以作为碳汇,降低石化价值链的碳排放,并成为其中的一部分。当前,原油(衍生物)被用作化工产品、燃料、塑料和医药产品的生产原料。几乎所有这些产品都含有碳和氢。如果碳捕集和利用(CCU)技术实现大发展(作为循环经济和替代碳存储的一部分),该技术将通过利用(绿色的)氢能把捕集的碳转化为可用的化学品,如甲醇、甲烷、甲酸和尿素等。氢的这些应用使得碳捕集和利用(CCU)技术成为其他难以实现脱碳的行业(如水泥和钢铁)中可行的实施方案,将有助于降低部分石化价值链的碳排放。

使用氢和捕获的碳来生产化工原料的技术目前处于研发阶段,正在开展初试验证。冰岛有一座正在运营的地热电站,该电站利用产生的电能制氢,并和CO2结合制取甲醇。据称这种甲醇共产方法在电价为30欧元/兆瓦时的条件下具有成本竞争力,不同的当地条件可能会导致不同的结果。瑞典已计划开展一个类似的项目,将对钢铁行业中捕集的CO2加以利用。德国将钢铁生产中排放的碳与来来自过剩电力的氢结合,以生产化学品。该项目仍处于概念阶段,预计将在15年内达到规模发展。

7.降低建筑采暖的碳排放

采暖和生活热水约占居民住宅能耗的80%。每年大约50 EJ的能量用于全球住宅供暖,贡献了全球碳排放量的12%。氢能将成为降低建筑采暖碳排放方案中的一个重要选项。当地条件决定了方案的选择。

建筑采暖可以通过直接燃烧氢气或者氢能利用技术来满足,甚至可以将二者相结合:氢能利用技术有燃料电池微型热电联产等。这一技术可以高效地提供热能和电能(效率大于90%)。氢气本身也可以作为燃料使用(纯氢或与其他气体混合使用,部分降低气体管网的含碳量)。对于那些与天然气管网相连的住宅,改用氢气燃烧供热将有可能继续使用现有的气网。通过一些小的投资改造,现有气网可安全地输送氢气和天然气的混合气体。要想实现完全脱碳,需要全部转向氢气,也就是像英国利兹天然气管网的发展目标一样。

在全球范围内,大约19万座建筑已经使用了氢基燃料电池微型热电联产系统来供热。大多数的这种热电联产系统(效率高于95%)位于日本,其中大约一半是用甲烷与重整器相结合的方式产生氢气。该项目表明了这种微型热电联产系统足以满足居民用热和用电需求。预计到2030年,将有约530万户的日本家庭使用这种微型热电联产系统。规模经济已经让这种设备的价格降低了50%以上,从2009年的2.4美元/瓦到2014年的1美元/瓦。

第三章 全面发展氢能面临的挑战与机遇

长期来看,发展氢能的多方面好处是非常值得关注的,它为能源转型提供了一条可行的实现路径。在过去三年,氢能发展明显增速,各个行业的商业化应用也越来越多。氢能价值产业链的各个环节都在致力于提高技术相关的价格成本竞争力和产品性能(如图7所示)。

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图7 氢能全产业链的持续进步(氢能技术的典型场景)

然而,当氢能在能源转型过程中充分发挥所有优势之前,还需要克服很多的障碍。这些障碍包括:对其在能源转型的重要作用认识不足,缺乏减轻和分担初始大规模投资长期风险的机制,缺乏对利益相关方行动的协调统一,对正处于发展阶段的技术缺乏公平的经济性待遇,可带动规模经济的相关技术标准有限。

多数氢能相关的投资需要10~20年的长期投资。尤其是在发展早期,在消费需求增长之前,就需要相应的基础设施投资。目前缺乏明确且有约束力的碳减排目标和刺激政策,这削减了潜在投资者承担长期风险的意愿和决心。日本已经开辟了降低这些风险的道路。政府和工业企业共同制定了长期的“氢能社会”发展路线图。

氢能在交通运输领域的应用需要跨行业的协调努力,以解决基础设施部署(加氢站)和氢能需求(燃料电池车)之间不匹配的问题。德国的氢气交通运输行业在这方面就做了大量努力。该行业联盟计划与德国政府一起投资3.5亿欧元, 在2023年前建立400座燃料电池车加氢站。另一个例子是加利福尼亚州燃料电池合作伙伴关系,它是由汽车制造商、能源公司、燃料电池技术公司和政府机构共同建立的合作关系,致力于在加利福尼亚州实现燃料电池车和氢能的商业化应用。虽然已经取得了这样一些成绩,但为了全面推广氢能的应用还需要在全世界范围内采取类似的协调举措。

很多新兴技术经常从一些优惠经济政策和政府指导意见中受益,如可再生能源上网电价和可再生能源义务许可证(ROCs),还有欧盟成员国的可再生能源发展目标。然而,相关法规并没有体现发展氢能的好处。例如,德国的法规对氢储能中电能的输入和输出征收双重税,导致发电企业没有太大积极性去发展氢储能以利用丢弃的电量。

燃料电池和制氢系统的成本竞争力及性能水平近年来有所提升(例如,燃料电池的成本下降超过50%),但由于建立的行业标准仍然有限,燃料电池性能的提升并未充分发挥其潜力。推进能源转型需要针对燃料电池和氢能体系建立统一的地区和行业标准,以便在研发、应用(RD&D)和制造等方面实现规模经济。氢能理事会成员单位计划将投资从研发和应用向商业化转移(如图8所示)。

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图8 氢能理事会成员单位计划计划增加针对氢能市场开发的投资。氢能理事会成员单位投资情况,单位:十亿欧元/年。

推动氢能发展的政策建议

我们氢能理事会的各成员单位相信,氢能在能源转型中起着关键作用。相应技术产品已经成熟,并达到了商业化应用的条件。

我们认为需要更多的投资来推动氢能相关的产品发展。仅氢能理事会成员在未来五年计划投入的资金就已经达到了100亿欧元。

我们邀请各国政府与我们一起来认识氢能对能源转型的重要作用,并支持氢能理事会和致力于推动氢能发展的其他相关团体。

为了使氢能在能源转型过程中积极发挥作用,我们提出以下政策建议:

1.提供长期、稳定的政策支持,引导全行业的能源转型(能源、运输、工业和建筑)。我们将在各个行业提供专业化的、可行的碳减排解决方案。

2.制定相应的协调和机理政策,鼓励尽早实施氢能方案和民营资本的进入。这些政策应对行业政策形成补充,并提供充分挖掘氢能优势的手段。

在运输行业,充分协调政府(引导发展方向)、汽车制造商(生产制造燃料电池车)、基础设施运营商(投资建设和运营氢气供应及分销网络)和消费者(购买燃料电池车)之间的关系。

确保在上网电价、限电管理、季节性平衡电量收益以及税收方面的能源市场改革取得成效,并充分考虑氢能给能源系统带来的好处。

提供金融工具,在公共担保的保障条件下,利用民营资本降低早期项目的风险。

推动各地区和各部门行业标准的协调统一,以实现氢能技术的规模化发展并降低成本。

 
 
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