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IRENA:大规模生长氢能的机遇已降临

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IRENA:大规模生长氢能的机遇已降临

近日,国际可再生动力机构(IRENA)宣布了《氢能:可再生动力的远景》报告,详细分析了氢能用于动力脱碳的潜力。报告指出,经由历程可再生动力制取的氢气(即“绿色氢气”)将在环球动力转型中发挥核心作用,预计2050年绿色氢气将占环球动力花费的8%,特别将在钢铁、化工、航运、卡车和航空业等难以脱碳的行业发挥严重潜力。同时,绿色氢气另有助于增添对可再生动力发电的需求,到2050年环球16%的发电量将用于生产氢气,约有4-6太瓦的太阳能和风能发电容量将用于生产绿色氢气和氢基产物。报告认为,氢能大范围布置将是一个历久的历程,对怎样发掘氢能的潜力提出了政策发起。具体内容以下:

一、大范围生长氢能的时机已降临

1、氢能将在动力转型中发挥症结作用

(1)生长氢能有助于应对种种症结的动力应战。生长氢能可认为碳密集型部门(如交通运输、化工和钢铁等)供给极具生长潜力的脱碳要领。氢能还可以协助改良氛围质量并加强动力平安。另外,还可进步电力体系的灵活性。

(2)氢在供给和运用方面具有多种门路。氢是一种自在动力载体,可以由多种动力生产。

(3)生长氢能可以增进对可再生动力的运用。氢能有潜力协助处理太阳能光伏(PV)等可再生动力的波动性输出问题。氢气是存储可再生动力的一种优越挑选,而且有望成为最经济的体式格局,可在几天、几周以至几个月内存储大批电力。氢气和氢基燃料可以完成可再生动力的中长距离运输。

2、氢能正在环球范围内疾速生长

(1)洁净氢能正迎来亘古未有的政治和商业生长时机。环球氢能相干政策和项目正在敏捷增添,多个国度正布置可再生动力电解水制氢的树模项目和初期商业项目,并注意革新电解槽手艺和扩展电解制氢产能,电解槽制氢项目范围呈指数级增进(图1)。氢能商业运用不停增添,到2018岁尾,环球已装置22.5万台家用燃料电池(个中日本占98%),建成380多座加氢站,燃料电池汽车保有量达11200辆,2018年销售量约为4000辆。

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图1 2000-2023年环球新增电解制氢项目变化态势(左轴:项目数目;右轴:新项目均匀范围)

(2)氢能运用范畴逐步扩展。因为可再生动力本钱延续下落,以及环球减少温室气体排放的紧迫性增添,很多国度已入手下手采纳行为运用氢能增进脱碳,其运用从汽车工业转移到了难以脱碳的行业,比方动力密集型工业、卡车、航空、船运和供热等。电力制燃料的新概念中,将电解发生的氢气转化为液体燃料成为氢能一项新的潜伏运用。氢气还可用作制氨、钢铁和炼油质料,2018年环球直接复原炼铁产量到达了1亿吨,柴油和航空石油需求的增添使炼油厂对用于加氢裂化的氢气需求增添,对低硫柴油的需求也使炼油厂脱硫用氢气的需求增添。

(3)将低碳化石燃料制氢作为过渡挑选。化石燃料制氢是当前本钱最低也是最重要的制氢体式格局,但其排放偏高。为化石燃料制氢装备碳捕集和封存(CCS)体系,可完成低碳制氢(即“蓝色氢气”),可作为向无排放的可再生动力电力制氢(即“绿色氢气”)过渡的体式格局。碳捕集效力有望到达85%-95%,然则如今一些项目的碳捕集效力并不抱负,而且假如捕集的CO2被用于进步石油采收率(EOR)或生产石化产物或合成燃料,则终究仍会排放CO2。因而,完成大范围的蓝色氢气必需基于碳捕集率大大进步,并确保在有用的监控、报告和考证体系下完成历久封存。

(4)可临时运用天然气基础装备作为氢气输运装备。运送纯氢气的管道虽然手艺上可行,但如今还没有大范围布置。天下某些区域已具有完美的天然气运送和分派基础装备,按低比例将氢气混入天然气中,无需举行严重手艺改变和投入大批资金。另外,将氢气合成为甲烷则可直接运用现有天然气管道,但这增添了氢能运用的本钱。另外,须要细致评价终端装备(汽锅、燃气轮机和灶具)是不是顺应氢气和天然气的夹杂。但可以肯定,假如要运用纯氢气,则需对天然气基础装备和终端装备举行严重升级。关于氢气夹杂比例以及怎样将现有天然气基础装备逐步向100%运送氢气改变,需各方一致肯定合营目的并设定清楚的路线图,还需制订响应的羁系律例和平安范例。

(5)绿色氢气作为新商品的潜力。可以将绿色氢气转化为合成天然气(运用生物动力熄灭发生或直接捕集氛围中的二氧化碳),并运用现有基础装备将其运送到市场。还可经由历程蒸汽甲烷重整合营CCS将天然气转化为低碳氢,这为加拿大、伊朗、挪威、卡塔尔、俄罗斯联邦和美国等天然气生产国供给了远景。因为氢气可以在悠远的戈壁区域以低本钱生产并运到市场,这为中东和北非等区域以及阿根廷、澳大利亚、智利和中国等国度供给了新的时机。因而,向氢经济的改变为如今依靠化石燃料出口作为国民收入重要泉源的国度和区域供给了新的经济远景,还大概为具有雄厚可再生动力资源的国度制造新的出口时机。然则,运输氢气须要斲丧大批能量将氢气液化,或许将氢气转化为其他载体,比方氨、甲醇和液态有机氢载体,这带来了庞大的丧失。假如可以在现场制氢并用于生产洁净产物,如氨、甲醇、直接复原炼铁或经由历程电力转换为燃料,则可以减少此类丧失。

二、氢能与可再生动力的关联

1、氢能可推进可再生动力的加快布置

氢能大范围布置(或氢气衍生的燃料和大批商品)可以推进对可再生动力发电需求的显著增进。IRENA预计,2050年将有19艾焦氢气由可再生动力电力制取,占终端动力斲丧的5%和发电量的16%。而氢运输历程当中会形成严重能量丧失,大概会使氢能供给的电力需求成倍增添。因而大范围布置氢气将对电力行业发生严重影响,而且为可再生动力布置带来更多时机

2、可经由历程制氢进步电力体系灵活性

电解槽可在几分钟以至几秒钟内增添或下降产量,新兴的质子交换膜电解槽比碱性电解槽响应速度更快,因而可运用电解槽减缓电网拥堵,这有助于减少对波动性可再生动力的减少。同时,可再生动力电力可经由历程制氢来运送。

3、氢气可用于时节性存储波动性可再生动力电力

到2050年,高比例风能和太阳能并网将使储能需求显著增进,将可再生动力制氢与储氢相连系,可认为动力体系供给历久的时节灵活性。储氢可以以多种体式格局举行,如高压紧缩、低温液化、固体储氢、转化为液体燃料或与天然气夹杂储存在天然气基础装备中。可再生动力电力时节性储能需求将从2030年入手下手大幅增进,但氢能相干基础装备和律例应从当前入手下手计划。

三、洁净氢能的本钱竞争力

可再生动力制氢本钱与电解槽的资源付出、可再生动力电力的平准化度电本钱(LCOE)和电解槽的运转率(即年运转时候占比)密切相干。如今,碱性电解槽的资源付出一般为840美圆/千瓦,很多处所公用事业范围太阳能光伏和陆优势电的本钱已到达2-3美分/千瓦时。电解槽的运转率越高,单元氢气的生产本钱越低,应确保其运转率凌驾50%。当前可再生动力制氢本钱高于化石燃料(煤炭和天然气)制氢本钱,在最好情况下,即采纳最低本钱的风电(23美圆/兆瓦时)和最低本钱电解槽(200美圆/千瓦,到2040年有望扩展范围运用),绿色氢气有望与蓝色氢气本钱相称(如图2所示)。

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图2 种种制氢手艺本钱近况(单元:美圆/kg)

IRENA展望,到2050年,环球动力范畴将斲丧19艾焦“绿色氢气”,意味着到2030年环球将装置约700吉瓦电解槽,到2050年则将达1700吉瓦。斟酌手艺的生长,到2050年电解槽本钱降至375美圆/千瓦,装备CCS的化石燃料制氢本钱则基础坚持稳定。因而,运用低本钱风电和光伏电力制取的氢气将在将来五年内具有与化石燃料制氢相称的本钱竞争力,特别是与装备CCS的天然气制氢比拟。2030-2040年间,一切绿色氢气的本钱将低于蓝色氢气。到2035年,以可再生动力电力均匀本钱为基准的制氢本钱也入手下手具有与“蓝色氢气”的竞争力,碳价将进一步提拔绿色氢气的竞争力,在某些区域绿色氢气将在将来3-5年内具有本钱竞争力。

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图3 风电和光伏发电制氢本钱生长趋势(单元:美圆/kg)

四、关于扩展氢能布置范围的政策发起

1、熟悉氢能在动力体系转型中的计谋作用

(1)将氢能作为症结环节归入动力体系转型。只管将来十年中还没法发挥氢能的作用,而且还需进一步下降氢能本钱,但今后氢能将敏捷增进并在2050年前做出严重孝敬。列国政府和私营部门必需加强勤奋,以完成这一远景。

(2)将绿色氢气作为久远的氢气供给体式格局。从久远来看,可再生动力制氢是唯一可延续的氢气供给体式格局。将来绿色氢气将具有本钱竞争力,应关注下降可再生动力电力和电解槽本钱,进步电解槽效力,以及电力体系集成。装备CCS的化石燃料制氢也可以起到过渡作用,特别是在具有低本钱化石燃料储量、优越碳封存前提以及可以向运送氢气过渡的天然气管道体系的区域。

(3)将氢经济归入《巴黎天气协议》的国度自立孝敬目的(NDC)中。天气目的是向氢经济过渡的重要动力,因而关于动力体系而言,至关重要的是要在天气许诺中表现这类潜力,对将绿色氢气作为一种重要的温室气体减排计划的熟悉尚有待进步。

(4)采纳步伐增添洁净氢气在动力市场的运用。比方,制订可延续制氢的强制性目的,强制性将氢气与天然气夹杂,或实行可再生动力指令以增进交通运输业中氢的运用等。

2、制订强制性政策助推洁净氢气提高运用

(1)制订无碳排放供氢的认证体系和划定。确保将来的氢气供给与天气目的相一致至关重要,特别是关于悠远处所运输的氢气,则须要肯定其泉源。

(2)纪录并交换国际最好实践,确保信息同享。氢能范畴处于敏捷生长阶段,手艺、羁系框架和范例都须要进一步生长。

(3)确保高效的氢气供给和运用。氢气的挥发性意味着转化、运输和存储历程当中会形成显著的能耗丧失。须要举行手艺革新以确保较高的团体效力。

3、注意氢气供给基础装备建立和切实可行的过渡门路探究

(1)评价天然气管道体系材料及终端用气装备,以更好地相识将其用于氢气运输的潜力。种种研讨表明,将天然气管道体系作为过渡是可行的,但只要实践才证实手艺和经济可行性。

(2)举行手艺协作,并谐和律例、范例和范例。天然气管道体系、地下存储和熄灭装备中气体夹杂物的运用范例一般是以天然气中氢气含量很少为范例设想的,因而需举行订正。国度范例化机构和国际组织在此历程当中可以发挥症结作用。在范例变动方面生长并获得共鸣是一个冗长的历程。因而,如今须要采纳紧急行为,以防止成为中期行为的停滞。

(3)勉励生长氢能基础装备,同时经由历程研发和树模以下降绿色氢气的供给本钱。只管绿色氢气在手艺上是可行的,但在将来几十年中将须要举行大范围推行,以确保氢能在动力转型中发挥重要作用。

4、开辟新的氢能运用市场

(1)将氢能运用于碳密集型行业。关于卡车运输而言,低本钱氢气的可用性是一个症结因素。在工业范畴,基于绿色氢气的氨生产在手艺上是可行的。钢铁生产须要开发更多工艺,可极大下降碳排放。铁路、船运和航空范畴也极具运用远景。新的氢商品商业可以使氢能不仅缭绕动力转型发挥作用,还可认为现今的重要石油和天然气生产国制造经济远景。

(2)开发航空、船运、化学品和石化行业的可再生动力电力转换制化学品和燃料手艺(Power-to-X)。只管如今此类手艺的本钱很高,但存在庞大的下降本钱潜力,可以为碳密集型的行业供给手艺可行且本钱低档的处理计划。其症结是具有可历久运用的可延续CO2泉源,比方生物资熄灭或直接氛围捕捉CO2。

(3)将氢能作为向将来动力体系转型时期推进布置更多波动性可再生动力的症结因素。氢能具有加强体系灵活性、提拔电力需乞降可再生动力份额等长处,因而应被视为动力转型的重要处理计划。

(4)在可以将氢气生产和氢气运用连系的区域启动树模项目。比方,炼钢和合成氨以及合成燃料项目,从而消弭氢气运输的本钱。

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