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氢:清洁能源的未来

 发布时间:2023-01-13    点击量:95


以下内容摘录自《A global trend analysis of innovation along hydrogen value chains》——IEA . January 2023


为什么是氢?


氢作为一种潜在的广泛使用的能源载体,其机遇的迅速变化很大程度上与能源规划者的三个新考虑有关,这些新考虑与氢的基础技术无关:
1.各国和企业都着眼于消除而不仅仅是减少化石燃料排放对其能源系统的影响。这一目标通常被称为“净林排放",重点关注如何在所有部门避免化石燃料排放,包括化石燃料具有最大比较优势的部门,如重工业和长途运输(IEA, 2021年)。在这些领域的为数不多的替代品中,氢和其他可由其制成的可燃燃料在能量密度、可储存性和化学性质方面具有吸引力的特性。
2.大多数国家和企业的净零承诺都将2050年定为目标年,这与气候科学一致在不到三十年的时间里,能源系统、运输系统、建筑存量和工业流程的改革需要迅速调动大量资本,包括基础设施。时间需求的紧迫性使氢气具有优势,因为它可以将新资产与现有的基础设施连接起来,例如天然气和石油的运输和储存。
3.最后,风能、太阳能以及电池在成本和性能方面的改进速度,迫使能源规划者改变了共识。2021年,风能、太阳能和电池投资占全球电力行业投资的40%,是化石燃料发电投资规模的三倍多(IEA, 2022a)。现在有一个广泛的期望,即未来安全和最有竞争力的能源系统将以可变的可再生电力为导向,这就提出了如何以经济实惠的方式向尽可能多的能源使用提供电力的挑战。用电从水中生产氢气是长期储存电能的有效方法之一,因此可以将其用于电力难以到达的地方,或用于与可再生能源发电时间不匹配的目的。
总而言之:氢不是能源,而是能量载体,这意味着它的潜在作用与电有相似之处。国际能源署的报告《氢的未来》介绍了不同能源转化为氢的各种方式,氢的存储和分配的不同方式,以及氢的不同应用(国际能源署,2019年)。与电力一样,氢的优势在于它可以灵活地执行各种与能源相关的任务,并提供多种能源输入,而且在使用时没有二氧化碳排放。如果电力和氢价值链之间的互联规划得当,这种灵活性有可能增强能源网络的整体安全性。


增加低排放氢的供应和需求


虽然有可能从一系列能源输入中生产氢气,但并不是所有的途径都能减少(温室气体)排放。2021年,全球生产了约9400万吨氢,其能量含量相当于全球能源消耗的2.5%。使用低排放生产技术生产的不足1% (IEA, 2022b)。这些氢主要用于两个行业:炼油和化工生产(包括用于化肥的氨)。为了对能源转型做出有价值的贡献,供应方和需求方都需要改变。
1.在供应方面,只有低排放的氢气才能与能源系统的脱碳兼容。低排放氢可以从可再生能源或核能发电的水中生产,从有配备避免二氧化碳排放的设施中加工化石燃料中生产(例如,通过具有高捕获率的CCUS),以及甲烷排放低的相关设施中生产,或来自生物能源。虽然其中一些解决方案已经部署,但其他解决方案仍处于早期开发阶段,所有这些解决方案都需要进一步开发和扩大规模,以确保充分的成本竞争力。
2.在需求方面,除了化工和炼油,氢还需要渗透到更多的行业。这些新应用大多是“能源"应用,如运输、高温加热和作为能源输入为船舶和航空制造替代燃料(所谓的低排放氢基燃料,如氨或合成煤油)。新的非能源应用包括取代煤和天然气作为钢铁生产的还原剂。与氢供应一样,这些应用通常涉及新技术的实施,其中许多技术尚未大规模验证。每个部门的需求将取决于这些基于氢的选择与其他脱碳解决方案相比的优势。


总之,政府在供给和需求两方面的行动都在增加。共有26个政府通过了国家氢战略,其中包括自2021年9月以来通过的9个(IEA, 2022b)。在欧洲,俄乌战争扰乱了天然气供应,欧盟迅速扩大可再生电力氢气的决心得到了加强。2022年5月,欧盟委员会提出,到2030年,欧盟的需求可能上升到2000万吨,这可能取代270亿立方米的天然气需求和400万吨的石油需求。考虑到欧盟在利用可再生电力制氢方面的国内资源,以及如此迅速扩大规模所面临的挑战,该提案认为,这一总量的一半需要从欧盟以外进口。目前,国际氢贸易的设施在商业上还不存在,但是正在相当重视探索如何利用现有的基础设施- -例如用于氨或天然气贸易的基础设施- -来达到这一目的。

附录1:在IEA净林排放情景下,低排放氢的供应和需求


1)英文名词说明:


water electrolysis:电解水

Fossil fuels with CCUS   :化石燃料与CCUS

Bioenergy:生物能源

Industry:工业

Industry:运输

Inputs to H2-based fuels productions :氢气基的燃料

Power generation :发电

Buildings:建筑物

Oil refining:炼油

Biofuels production:生物燃料生产

2)能量说明:

1Mt H2包含的能源相当于200万欧盟家庭平均每年的能源消耗。挪威2021年的天然气产量相当于3500万吨氢气。


附录2:到2030年,各地区新增以及总的电解槽安装容量
注:只包括已公开开始运作的项目。处于开发早期阶段的项目,例如那些只宣布了利益相关者之间的合作协议的项目,不包括在内(貌似亚洲地区增长乏力,是不是统计有问题?应该是在2025年后亚洲地区没有确信的项目规划导致)




文章来源:氢眼所见

注:本文已经获得转载权

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