2021绿色氢能政策.pdf
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1、-1-2021 年年 3 月月 29 日第日第11期总第期总第 484 期期绿色氢能政策绿色氢能政策【译者按】【译者按】作为实现零排放的过渡解决方案之一,绿色氢能的利用已成为实现重工业和运输业净零排放的关键因素,正在引发全球的高度关注。2020 年 11 月,国际可再生能源机构发布首份绿色氢能政策报告。报告分析了绿色氢能发展面临障碍,提出了国家制定绿色氢能政策的四个要点(制定国家氢能战略、确保绿色氢能政策优先、制定来源保证计划以及管理体系和扶持政策),并针对电解和氢能基础设施等领域提出了政策建议。赛迪智库材料工业研究所对该报告进行了编译,期望对我国有关部门有所帮助。【关键词】可再生能源 绿色氢
2、能 碳排放【关键词】可再生能源 绿色氢能 碳排放-2-2015 年巴黎协定的基本目标为:到本世纪末,各国将采取行动,将全球平均气温较前工业化时期升幅控制在 2 摄氏度以内,并努力将温度升幅控制在 1.5 摄氏度以内。为此,越来越多的国家呼吁在 21 世纪中叶以前实现净零碳排放。目前,大规模减排在技术上和经济上成为可能。大规模减排离不开能源结构的转变,而能源结构的转变要求人类不再依赖化石燃料发电,而是通过太阳能和风能等可再生能源发电,提高能源利用效率,实现电能在汽车及建筑物供暖和制冷等领域的广泛使用。不过,仍有部分领域和行业难以实现从化石燃料向电能的转变,例如钢铁、水泥、化学、陆运、海运和航空领
3、域。而难以实现电能替代的行业可通过绿色氢能这种可再生能源方式发电。绿色氢能发电已获得广泛应用,并具有可持续性。一、发展现状(一)发展动力一、发展现状(一)发展动力1、可变可再生能源(、可变可再生能源(VRE)1电力成本低电力成本低绿色氢能2的成本主要是电力成本。过去十年间,光伏发电和陆上风力发电价格大幅下降。2018 年,全球光伏发电均价为 561可变可再生能源(Variable renewable energy,简称 VRE)是指风电和太阳能等具有波动特性且不可调度的可再生能源,而不是像水电、生物质发电,或者相对稳定的电源如地热发电等可控的可再生能源。2为方便讨论,本报告使用颜色代码来命名不
4、同的氢气。氢气可分为灰色氢气、蓝色氢气、蓝绿色氢气、绿色氢气。其中,灰色氢气为通过蒸汽甲烷重整(SMR)或煤气化技术制取氢气,碳强度最高;蓝色氢气为蒸汽甲烷重整技术或煤气化加上碳捕捉和贮存(CCS)制氢,碳强度较低,成本昂贵;蓝绿色氢气为通过高温裂解技术制氢;绿色氢气为使用可再生能源进行电解,二氧化碳零排放,成本昂贵。-3-美元/兆瓦时,相比 2010 年下跌 194 美元/兆瓦时。陆上风电价格也从 2010 年的 75 美元/兆瓦时降至 2018 年的 48 美元/兆瓦时。2019年和2020年,全球光伏价格创新低:葡萄牙光伏价格为13.12美元/兆瓦时;阿布扎比光伏价格为 13.5 美元/
5、兆瓦时;沙特陆上风电价格为 21.3 美元/兆瓦时;巴西陆上风电价格为 20.521.5美元/兆瓦时。随着光伏和风电成本的不断下降,绿色氢能的生产成本也越来越低。2、绿色氢能技术即将实现规模化应用、绿色氢能技术即将实现规模化应用氢能产业链中的部分技术已实现小范围应用,并进入商业化阶段。自 2010 年以来,水电解技术的成本下降了 60,使得同时期氢气的生产成本从 1015 美元/千克降至 46 美元/千克。自 2006 年以来,汽车燃料电池成本已减少 70。随着生产成本的降低,绿色氢能实现规模化应用,这些技术会更具吸引力。3、绿色氢能应用将优化能源结构、绿色氢能应用将优化能源结构随着可变可再生
6、能源在全球不同市场比重增加,能源结构更需增强灵活性。生产绿色氢能的电解器可以设计成能够及时根据电价进行价格调整,以补偿可变可再生能源生产带来的价格波动。同时,绿色氢能可长期储存,可变可再生能源无法通过固定燃料电池或可用氢气轮机发电时,绿色氢能还可以作为其替代品。灵活性强的能源有利于弥补可变可再生能源的不足之处以及-4-稳定批发市场价格,还有利于通过零电价或低于零电价(又称负价格)的价格缩短生产时间,从而提高可再生发电机的投资回报率并扩大发电机使用范围。此外,氢能还适合长期的、季节性的储存,从而帮助补给水泵储存水电站。鉴于上述优势,绿色氢能有助于将更多的可变可再生能源集成到电网中,从而提升系统效
7、率和经济效益。4、政府提出净零能源结构目标、政府提出净零能源结构目标截至 2020 年年中,已有 7 个国家通过立法制定了净温室气体排放目标,15 个国家提议通过类似立法或颁布相关文件,120多个国家宣布了净零排放目标,我国最近承诺在 40 年内将中国净碳排放降至零。虽然这些承诺有待转变为实际行动,但承诺将要求在“排放难”领域减少碳排放,而在这些领域,绿色氢能将发挥重要作用。5、氢能能够实现广泛应用、氢能能够实现广泛应用氢能的传统应用是燃料电池电动汽车。而如今,几乎所有的经济领域都在考虑使用绿色氢能。例如,将氢能转化为其他能源载体和产品,如氨、甲醇和合成液体等,这将有利于增加氢能的未来需求,还
8、有利于通过潜在的协同作用来降低绿色氢能价值链中的成本。绿色氢能有利于提高工业竞争力,可为现有行业提供在低碳未来中发挥作用的机会。同时,拥有大量可再生资源的国-5-家可成为全球绿色氢能经济中的绿色氢能净出口国,从而获得巨大经济利益。6、多方投资者对氢能展现出兴趣、多方投资者对氢能展现出兴趣由于上述原因,公共机构和私营机构都展现出对氢能的极大兴趣,包括能源公用事业、钢铁制造商、化工公司、港口当局、汽车和飞机制造商、船东和航空公司以及各司法管辖区和国家机构等。这些机构的目标是将可再生能源出口或者通过氢能更好地保障能源安全,并建立了伙伴关系、提出相关倡议,以促进协调协作。(二)面临障碍(二)面临障碍1
9、、生产成本高昂、生产成本高昂2019 年,利用电力生产的绿色氢能是灰色氢能价格的两到三倍。同时,将绿色氢能技术应用于终端也很昂贵。与使用化石燃料的车辆相比,使用燃料电池和氢罐的车辆价格至少是 1.5 到 2倍。同样,即使在生产条件最优的地点,航空用合成燃料的价格也是化石喷气燃料价格的 8 倍。2、缺乏专用的基础设施、缺乏专用的基础设施迄今为止,由于专用运输基础设施数量有限,氢气都在靠近使用地点的地方生产。目前,全球只有约 5000 公里的氢气输送管道,而天然气输送管道长达 300 多万公里。全球共有 470 个氢-6-能加油站,而仅在美国和欧盟就有 20 多万个汽油和柴油加油站。天然气基础设施
10、可改造为氢能所用,但并非所有地区都有现成的基础设施。由绿色氢能制成的合成燃料也许能够利用现有的基础设施,但基建规模需扩大。3、存在能源损耗、存在能源损耗绿色氢能的生产在价值链的每个阶段都会造成巨大的能源损失。电解氢生产过程中,约有 3035的能量损失。将氢转化为其他能源载体(如氨能)也可能会导致 1325的能源损失。运输氢也需要相当于氢能本身的 10-12的额外能源投入。燃料电池中使用氢也可能会导致 40-50的额外能源损失。能源损失总量取决于氢能的最终使用情况,能源损失越多,生产绿色氢能所需的可再生能源就越多。而绿色氢能的生产会优先选择可再生能源丰富的地区。关键的问题是,全球光伏和风能的年均
11、发展速度是否足够快,是否能够满足最终用途的电气化需求、全球绿色氢能供应链需求,以及因此产生的额外成本。4、缺乏对氢能价值的认、缺乏对氢能价值的认可可由于目前还不存在绿色氢能市场、绿色钢制品、绿色航运燃料,因此,也难以评估绿色氢能对温室气体减排的影响。在最终能源消耗的官方数据统计中,氢能并没有被统计在内,也没有国际认可的方法来区分绿色氢能和灰色氢能。与此同时,绿色产品-7-发展目标或鼓励政策的缺乏,也限制了下游绿色氢能的应用,进而限制了对绿色氢能的需求。5、对实现可持续发展的需求、对实现可持续发展的需求生产氢能所需的电力可由直接与电解机相连的可再生能源设备、电网单独或混合提供。如果只使用可再生能
12、源提供电力,可确保氢能生产的绿色性。但电网可长时间支持氢能生产,从而降低其生产成本。然而,电网电力可能包括化石燃料发电。在评估氢的可持续性时,这些都将被考虑在内。因此,对于氢能生产而言,在用国家排放标准来评估碳排放量的时候,是否使用化石燃料发电将会成为一个障碍。(三)现有政策(三)现有政策历史经验表明,包括化石燃料(直接和间接补贴)和可再生能源(电力、取暖、制冷和交通运输等行业)等在内的能源发展一直都获得政策支持。氢能也受到政府部门关注。但在技术准备、市场渗透和增长阶段,还需更多针对性的支持政策。到 2019 年,至少有 15 个国家和地区通过制定政策支持氢气的推广和应用,直接或间接地促进了不
13、同最终用途的氢气使用。然而,由于以前侧重于氢气在陆路运输方面的用途,大约三分之二的政策是针对运输部门。然而,从 2020 年起,各国对绿色氢能的政策开始改变。许-8-多国家和地区(包括奥地利、澳大利亚、加拿大、智利、法国、德国、意大利、摩洛哥、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙以及欧盟)宣布、起草或出版了国家标准氢气战略和后疫情时期恢复政策,其中包括了绿色氢能的支持措施。这一改变不仅大幅提高了政策承诺金额(高达数十亿美元),而且也提高了支持政策的质量,新战略的重点已从支持运输部门氢气的应用,转向支持产业和产品的差异化以及实现未来发展的竞争力。事实上,氢能应用广泛,重要的是,要优先考虑支持使用氢能后能够
14、增加最大价值的部门。随着氢能技术的进一步发展,成本进一步降低,政策也需做出相应的调整。一般来说,存在三个基本阶段:1、第一阶段:技术就绪、第一阶段:技术就绪促进绿色氢能应用的最大障碍是成本。政府部门需支持和加快电解槽的广泛部署,可通过制定长期规划和短期扶持政策,弥补投资和运营成本缺口。相关措施包括提供研发资金资助;资助大型示范项目;加快产学研合作,加速商业化进程;建立支持治理性的系统和准则等。2、第二阶段:市场渗透、第二阶段:市场渗透从这一阶段开始,氢能不同应用之间的协同效应凸显,氢能需求大幅提升,并实现生产和基础设施的规模经济。可推动专用-9-“绿色氢能通道”的开发,将低成本可再生能源产地与
15、需求地连接在一起。大多数基础设施可基于现有的天然气网络和电网建设。建立第一条氢气(或其衍生产品)国际贸易路线,随着生产商和用户的增加,开始逐步建立全球氢气市场。3、第三阶段:市场增长、第三阶段:市场增长在这一阶段,氢能已经成为知名度高、广泛使用的能源载体,发展潜能趋向饱和。在多数应用领域,不再需要直接激励措施,在推动氢能增长方面,私人资本已取代了公共资本。电力系统已实现脱碳,只能部署绿色氢能。多数天然气基础设施已被改造用于运输纯氢气。目前,全球绿色氢能的发展仍处于第一阶段。有些地区在特定行业或用途方面或许更为先进,而在其他行业或用途方面仍不够成熟。二、绿色氢能政策体系二、绿色氢能政策体系将绿色
16、氢能从一个利基市场3参与者转变为应用广泛的能源载体,需要制定综合的政策体系来克服最初发展的阻碍,达到市场渗透的阶段。这种政策体系应有四项重大措施:制定国家氢能战略、确保绿色氢能政策优先、氢能来源保证计划以及管理体系和扶持政策。此外,还应包括电力部门部署可再生能源解决方案3利基市场是在较大的细分市场中具有相似兴趣或需求的一小群顾客所占有的市场空间。-10-所必需的其他元素,如政府的长期承诺,对于绿色氢能吸引私人资本,实现能源过渡非常必要,以及能源方面的国际合作。(一)制定国家氢能战略(一)制定国家氢能战略通常,战略的制定过程从制定研发方案开始,以理解技术发展的基本原则,未来各阶段的展望,并探索多
17、种技术及可能性。包括一份阐明“为什么”的前景文档前景文档,为研究和工作提供指导;一份详细说明发展计划的路线图路线图,用于确定部署所需的短期行动,以及最优先的研究领域和最需示范的应用项目;一个战略发展目标战略发展目标,讨论具体策略并评估其与现有能源政策的一致性。该国家战略不仅包括直接的支持政策,还包括确保部署整个战略实施的扶持政策,例如人才培养政策,并涉及学术界、产业界等各个领域。法国于 2018 年正式启动了氢能战略计划,2020 年 6 月进行了更新。欧盟于 2002 年成立了氢能高级工作组,并于一年后发布了愿景文件。2004 年建立了燃料电池技术平台。随着近期对氢能关注的提升,2020 年
18、,欧盟发布了欧盟氢能战略,一些政策计划在 2021 年出台。(二)确保绿色氢能政策优先(二)确保绿色氢能政策优先不同国家所面临的情况有所不同,因此,在制定绿色氢能政策过程中应仔细评估氢价值链各环节的关键因素,来确定政策重-11-点,包括:该国可再生资源的规模、能源部门的成熟度、当前的经济竞争力水平以及潜在的社会经济影响。随着各国纷纷制定其净零排放和绿色氢能战略,需明确三个基本概念:1、氢能无法完全替代化石燃料、氢能无法完全替代化石燃料尽管绿色氢能前景广阔,适合替代化石气体,但氢能无法完全替代化石燃料。相反地,氢能只是几种可行的脱碳方法之一。因此,在选择支持政策时必须将绿色氢能的成本和收益和其他
19、脱碳解决方案对比。对国际航空和航海这两个交通领域而言,绿色氢能的低碳替代品较少,因此,绿色氢能很可能成为其未来低碳发展的重要部分。2、明确最高价值应用程序、明确最高价值应用程序政府部门应明确绿色氢能最高价值的应用领域,以便重点支持能够实现规模经济的应用上。一是可在某些氢能已实现应用的工业领域,包括精炼、氨和甲醇的生产等,支持并加速向绿色氢能的转变。这些领域对氢气需求较大,能够实现生产和基础设施的规模经济,更具成本效益。二是通过集群中的协同作用,实现规模经济,来组合各种领域应用,从而使生产受益。3、可再生能源额外性原则、可再生能源额外性原则额外性原则对于用于生产绿色氢能的可再生能源至关重要。如果
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