2025-04-30 18:28

氢气取代燃气发电——我们准备好了吗?

  参加COP29的与会者必须闭上眼睛,才能注意到氢的突出地位。今年的年度峰会结束时,大会主席发表了一份《氢宣言》,呼吁在创造需求、标准和认证、融资、能力建设和研发的支持下,增加氢的生产和工业规模的使用。

  正如缔约方会议经常出现的情况一样,闭幕声明受到争议和相互指责的影响,但《宣言》是代表们商定的少数承诺和有约束力的协议之一。尽管如此,与会者仍然敏锐地意识到他们要取得成功所面临的挑战,《宣言》本身得出的结论是,迄今为止的行动“仍然不够”。

  氢能部署困难的一个主要例子是德国的kraftwerksstrategy(简称KWS),该战略于今年2月首次曝光时,在整个欧洲引起了轰动。联邦经济事务和气候行动部低调地宣布了这一计划,其中包括建设10GW的氢气准备,燃气发电厂,并在2035年至2040年之间用100%的氢气取代天然气。

  批评人士一再质疑从天然气到氢气转变的可行性。能源经济与金融分析研究所(IEEFA)的电力行业分析师乔纳森·布鲁格尔(Jonathan Bruegel)告诉《能源监测》的姊妹刊物《未来电力技术》(Future power Technology),德国是欧洲第二大燃气发电国,2023年发电量为70TWh,自2011年宣布逐步淘汰核能计划以来,德国已经变得依赖化石燃料。他说,尽管可再生能源在过去十年中有了显著增长,目前约占德国发电量的一半,但至少在未来十年,天然气可能仍将是可调度发电和电网平衡的来源。

  鉴于德国的计划令人瞠目,而第29届联合国气候变化大会(COP29)的承诺仍然含糊不清,氢是能源转型的一个现实命题吗?

  Future Power Technology母公司GlobalData的高级能源转型分析师弗朗西斯卡·格雷戈里(Francesca Gregory)解释说,德国的管道包括11个使用氢作为二次燃料的项目(目前正在开发中)和一个处于许可阶段的纯氢项目,所有这些项目都将在本十年末上线。在全球范围内,氢发电的使用——无论是改造的还是新建的——仍然有限,大约只有30个项目在运行。

  格雷戈里说:“这些项目几乎都是共烧的例子,氢被用作次要燃料,而不是单独的燃料。”然而,她补充说,这种情况将会改变,根据GlobalData的发电厂数据库,还有65个项目正在开发中。

  然而,这些数字在一定程度上掩盖了氢所面临的困难,尤其是所需的资本支出(capex)。例如,改造开放式或联合循环燃气轮机以备氢在经济上意义重大。Bruegel说:“为了使投资有利可图,由于未来天然气工厂的预期负荷系数较低,资产至少需要再运行10年,这将超过到2045年实现碳中和的计划。”

  即使工厂被改造或新建,融资仍然很麻烦。格雷戈里说,持续高企的生产成本导致采购方不愿履行承购协议,造成了供需“先有鸡还是先有蛋”的局面。她继续说:“氢准备管道和储存基础设施的缺乏也使低碳氢能在多大程度上提供一种具有成本效益且易于获得的替代天然气发电或灰氢发电的方法变得复杂。”

  棕色、灰色、蓝色和绿色都是氢的类型,按来源分类。绿色氢是唯一一种零排放的生产方式,也是缔约方会议寄予希望的。

  格雷戈里表示,随着各国政府致力于绿色氢,商业规模的低碳氢生产将加速增长,目前的项目管道将在2021年至2030年间实现56%的年增长率。“然而,”她警告说,“这条管道在很大程度上依赖于处于可行性阶段的项目,而这些项目的完成率通常较低,这增加了预期供应水平的不确定性。”

  这是《氢能宣言》中提到的一个问题,该宣言援引国际可再生能源署和国际能源署的估计称,零排放和低碳氢气及其衍生物每年在全球生产的氢气中占不到100万吨,其中9600万吨来自未减排量的化石燃料,导致每年超过9亿吨的二氧化碳排放量。

  COP29的雄心可能会因市场力量而进一步偏离;欧盟能源监管机构合作署(ACER)此前警告称,由于围绕氢需求和高成本的不确定性,欧洲的氢项目面临风险。该机构于11月发布了首份氢监测报告,指出低需求、有限的电解器产能和成本仍然是一个挑战。

  缺乏发达的基础设施增加了财政挑战。宏碁的报告称,“未来十年计划建设4.2万公里的氢气管道、众多储存项目和终端,但只有1%做出了最终投资决定,因为未来氢气需求的不确定性对项目发起人构成了重大挑战。”

  Bruegel补充道:“在物流方面,氢运输是一个主要挑战。只有从欧盟国家通过管道运输才是可行的,而对于大多数进口,海运将是唯一的选择。这是昂贵的,技术上尚未得到证实。”

  在提到宏碁时,他进一步解释说,电解槽的可用性是有限的,今年欧洲的运营容量只有216MW。他表示,虽然计划在2030年实现70吉瓦,但不仅大多数项目处于起步阶段,而且目标本身也不够,因为要实现欧盟2030年实现1000万吨绿色氢生产的目标,需要100吉瓦。

  宏碁还指出,为了确保电网的发展与不断增长的氢市场同步,有必要进行综合规划和仔细考虑电解槽的位置。

  氢气无疑是整个欧洲感兴趣的新兴领域,西班牙和瑞典正在成为氢气生产的主要参与者,德国政府正在采取措施培育该行业,意大利、英国、荷兰和丹麦等越来越多的国家寻求至少部分能源供应的转型。

  然而,尽管有这样的宣传,一个成熟和有能力的行业的创建仍然不完整。

  现在,只有一件事是确定的:没有什么是确定的。项目正在推进,但命运好坏参半;融资仍然难以获得;绿色氢供应值得怀疑;基础设施建设进展缓慢。不完善的法规和标准进一步增加了潜在的障碍。

  虽然《氢能源宣言》是朝着正确方向迈出的一步,但如果说我们从缔约方会议中学到了什么的话,那就是从言论到行动的过渡往往会出错。

  勃鲁盖尔最后的警告是,绿色氢是能源密集型的,生产和运输成本很高,因此应该明智地使用。

  他说:“IEEFA遵循‘氢阶梯’的逻辑,该逻辑建议将绿色氢优先用于产生最大脱碳影响且没有更好替代品的用途。”“特别是,绿色氢应该首先用于使现有的灰色氢消耗脱碳。”

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