PDF《可再生能源发电制氢》

4 图目录 图1: 当前政策下能源相关的二氧化碳排放量 (参考情景) 与可再生能源加速普及后 (REmap) 之情形的比较, 2010-2050.10 图2: 参考情景以及 REmap (左) 中可再生能源占最终能源消耗总量的比例, 以及 REmap (右) 中2050 年可再生能源的预计装机发电容量.11 图3:

2015 年按行业划分的全球能源相关 CO2 排放量

12 图4: 全球氢需求和生产来源.14 图5: 通过氢气将 VRE 整合到终端使用中

16 图6: 可再生能源制氢生产途径及其当前的成熟度.18 图7: 氢生产和效率与 PEM 生产工厂总耗电量的函数关系图

21 图8:

2017 -

2025 年丹麦的电价因素

25 图9:

2017 年通过 ALK 和PEM 生产的氢能的平准化成本 (LCOH) 和2025 年的预期成本

26 图10: LCOH vs 运行时间 (公交车加氢站)27 图11: 交通运输中氢气的累积供应链目标成本.28 图12:

2015 年公交车加氢站的 LCOH 瀑布形

图表 (全负载运行)29 图13: 氢气成本与电力成本和 PEM 电解装置利用率的函数关系.29 图14:

2050 年氢气在最终能源供应总量中的潜力 (所有值均按 EJ 计)32 图15: 交通运输市场的划分

33 图16: 天然气基础设施部件的耐氢性

39 图17: 未来氢供应链的潜在产能提升模式.43 图18: 电力制氢面临的关键挑战及其可用措施的概览

46 5 表目录 表1: ALK 和PEM 电解装置的技术经济特性 (2017 年,

2025 年)20 表2: ALK 和PEM 电解程序的动态运行

23 计量单位 °C 摄氏度 EJ 艾焦 Gt/yr 吉吨/年GW 吉瓦 h 小时 kg 千克 kW 千瓦 kWh 千瓦时 MJ 兆焦 MPa 兆帕 MW 兆瓦 Nm3 标准立方米 TWh 太瓦时

6 缩略语 ALK 碱性 BEV 电动车 CAPEX 资本支出 CCS 碳捕集及存储 CCU 碳捕集及利用 COP21 《联合国气候变化框架公约》 第21 次缔约方会议 CO? 二氧化碳 CSP 聚光太阳能 DRI-H 氢气直接还原法 e-fuel 电燃料 FCEV 燃料电池电动汽车 FCH JU 燃料电池暨氢能联合计划 FCR 频率控制储备 HHV 高发热值 HRS 加氢站 H? 氢气 LDV 轻型载货汽车 LCOH 平准化氢能成本 LHV 低发热值 LOHC 液体有机氢载体 OPEX 营运开支 PEM 质子交换膜 PV 光伏 P2G 电转气 R&

D 研发 SMR 蒸汽甲烷重整 SOEC 固体氧化物电解池 TFEC 最终能源消耗总量 VRE 可变可再生能源 w/RE 使用可再生能源

7 给决策者的启示 全球能源体系必须经历深刻变革,才能实现 《巴黎协定》的目标.在这一背景下,产自可 再生能源的低碳电力将成为首选的能源载体. 要想实现《巴黎协定》所设想的脱碳化能源世 界,到2050 年,在全球终端用户消耗的所有 能源中,电力份额需增加至 40%(2015 年约 为20%). 然而,在某些行业(如交通运输行业、工业和 需要高位热能的应用),要想实现脱碳化,仅 靠电气化可能难以做到.这一挑战可通过产自 可再生能源的氢气加以解决,这将使大量可再 生能源从电力部门引向终端使用部门. 因此,氢气可能是能源转型过程中缺失的一 环:可再生能源电力可用来制氢,而氢气反过 来又可为难以通过电气化实现脱碳化的部门提 供能源. 这些部门包括: ? 工业:氢气广泛应用于多个工业部门中(炼 油厂、氨生产、散装化学品等),其中绝大 部分的氢气产自天然气(参见图 4).产自 可再生能源的氢气,可在高排放应用中替代 基于化石燃料的原料. ? 建筑和电力部门:产自可再生能源的氢气可 按一定比例注入现有的天然气管网中,用来 减少终端使用部门的天然气消耗量和排放量 (例如用于建筑物供暖,和用于燃气涡轮机 组发电等).氢气可与高排放工业生产过程 中产生的二氧化碳 (CO2 ) 相结合,用来将高 达100% 的合成气输送到天然气管网中. ? 交通运输部门:如果可以用可再生能源生产 氢气,燃料电池电动汽车 (FCEV) 可为用户 提供低碳出行选择,与此同时,提供的驾驶 性能可与传统车辆相媲美.FCEV 是对电池驱 动电动车 (BEV) 的补充,能够克服当前电池 在中高负载循环过程中存在的一些限制(重量、可行驶里程和燃料加注时间等). 使用电解装置实现可再生能源电力制氢,有利 于将波动性较高的可再生能源电力 (VRE) 整合 到能源系统中. ? 电解装置是用电将水分解为氢气和氧气的装 置.当使用由可再生能源产生的电力时,氢 气成为可再生能源的载体,与电力互补.电 解装置有助于将 VRE 集成到电力系统中,原 因在于其电力消耗可根据风能和太阳能发电 进行调整,其中氢气成为可再生电力的存储 来源.因此,其可提供灵活的负载以及电网 平衡服务(向上和向下频率调节),同时能 够以最优生产能力运行,以满足工业和交通 运输部门的氢气需求,或者天然气管网的注 入需求.