Pv-magazine網(wǎng)站發(fā)表署名Christian Roselund的文章,題目是:Making cheaper H2(生產(chǎn)便宜的綠氫)。
綠氫是今年的主題。從 COP26 專題會(huì)議到石油和天然氣公司的廣告狂潮,再到布魯塞爾和華盛頓特區(qū)制定的能源政策,關(guān)于使用可再生能源電解產(chǎn)生的綠氫的討論無處不在。
我們需要?dú)鋪硎篃o法完全電氣化的經(jīng)濟(jì)部門脫碳,包括國際航運(yùn)、潛在的靈活發(fā)電、長途航空以及化肥、甲醇和鋼鐵的生產(chǎn)。但是,雖然氫已經(jīng)證明其能夠在大多數(shù)這些領(lǐng)域提供服務(wù),但它也必須具有成本效益。
批評(píng)者很快指出,當(dāng)今幾乎所有的氫氣生產(chǎn)要么直接由化石燃料制成,要么作為石油精煉的副產(chǎn)品。他們還指出,目前在大多數(shù)地方占主導(dǎo)地位的蒸汽甲烷重整 (SMR) 工藝比制造綠色氫氣便宜許多倍。
但是,專家普遍預(yù)計(jì)這種情況將在未來十年內(nèi)發(fā)生變化。數(shù)十億瓦的綠色氫項(xiàng)目正在進(jìn)行中,到 2030 年前還會(huì)有數(shù)十個(gè)項(xiàng)目實(shí)施。主要的行業(yè)分析機(jī)構(gòu)——包括 彭博新能源財(cái)經(jīng)、Agora Energiewende 和 落基山研究所(RMI)——預(yù)計(jì),隨著這些項(xiàng)目在未來十年上線,綠氫將變得比來自 SMR 的灰氫具有成本競(jìng)爭(zhēng)力。
但是,當(dāng)我們深入分析這些預(yù)測(cè)時(shí),發(fā)現(xiàn)事情沒有那么簡(jiǎn)單。當(dāng)前的綠氫成本和降低成本的潛力因多種因素而異,其中包括電解槽技術(shù)、學(xué)習(xí)曲線效應(yīng)的假設(shè)、制造設(shè)備的安裝位置、最終用途應(yīng)用,以及支持綠氫部署的政策到位。
學(xué)習(xí)曲線
制氫的核心是將水分解成氫氣和氧氣的機(jī)器:電解槽。人們普遍認(rèn)為,隨著這項(xiàng)核心技術(shù)規(guī)模的擴(kuò)大,它們將變得更便宜,這可以作為學(xué)習(xí)曲線效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
我們已經(jīng)在數(shù)十種產(chǎn)品中觀察到了學(xué)習(xí)曲線。研究人員發(fā)現(xiàn),無論是制造飛機(jī)還是手機(jī),制造數(shù)量與制造成本之間存在數(shù)學(xué)關(guān)系。這在太陽能光伏制造中得到了最顯著的證明,應(yīng)用規(guī)模每增加一倍,成本就會(huì)下降 28% 到 36%。彭博新能源財(cái)經(jīng)和國際可再生能源署已經(jīng)估計(jì)了綠色氫的學(xué)習(xí)曲線率,范圍在 12% 到 21%之間。但這些不應(yīng)被視為最終結(jié)果,許多分析師認(rèn)為沒有足夠的數(shù)據(jù)可以證明氫能的學(xué)習(xí)曲線。
堿性電解槽與質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽
今天制造和安裝的大多數(shù)電解槽都基于堿性或質(zhì)子交換膜 (PEM) 技術(shù),彭博新能源財(cái)經(jīng)報(bào)告說,在當(dāng)前出貨量中,堿性技術(shù)的市場(chǎng)份額更大。自 1930 年代后期以來,水的堿性電解已以工業(yè)規(guī)模進(jìn)行。因此,它是一項(xiàng)成熟的技術(shù),每單位生產(chǎn)的氫氣更便宜。相關(guān)設(shè)備也更容易制造,并且比 PEM 電解槽使用壽命更長。
PEM 電解槽是在 1960 年代和 70 年代開發(fā)的,用于太空和海底應(yīng)用。它是一種發(fā)展更快的技術(shù),更昂貴、更難制造,但它占用的空間更小。它還具有另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì):PEM 電解槽可以更好地響應(yīng)太陽能和風(fēng)能帶來的電力供應(yīng)波動(dòng)。
位置,位置,位置!
電解槽和技術(shù)集成成本只是難題的一部分。電力成本是綠氫成本的主要投入,隨著其他成本的下降,預(yù)計(jì)這將占總成本的很大一部分。由于運(yùn)輸氫氣的挑戰(zhàn),已經(jīng)安裝的綠氫裝置和未來幾年將上線的大部分都是定制的,將綠氫的成本與特定地點(diǎn)的可再生能源的可用性聯(lián)系起來。由于太陽能和風(fēng)能價(jià)格因地點(diǎn)而異,因此這些成本也有很大差異。
RMI 研究發(fā)現(xiàn),在某些地方綠氫已接近與 SMR 制氫的成本競(jìng)爭(zhēng)。在特立尼達(dá)和多巴哥,RMI 發(fā)現(xiàn)綠氫生產(chǎn)的成本僅為每公斤 2.30 美元,而每千瓦電解槽資本支出為 700 美元(包括集成成本)。這種氫氣在化肥制造和島上唯一煉油廠生產(chǎn)中都有當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)。因此,在最佳地點(diǎn)部署的優(yōu)勢(shì)可以推動(dòng)氫經(jīng)濟(jì)的增長,綠氫在具有當(dāng)?shù)匦枨蠛拓S富可再生資源的地方起飛。這樣看來,全球平均價(jià)格對(duì)實(shí)際氫能發(fā)展的意義不大。
但是,降低成本的一個(gè)更大的因素是電解槽的建造地點(diǎn)。雖然 RMI 估計(jì) 2021 年 PEM 電解槽的總成本為每千瓦 700 至 1,400 美元,堿性電解槽的總成本為 500 至 1,000 美元,但使用中國制造的組件,堿性電解槽可能僅為200 美元。目前,中國電解槽主要局限于中國市場(chǎng)。然而,預(yù)計(jì)這種情況很快就會(huì)改變,當(dāng)中國電解槽開始用于西方項(xiàng)目時(shí),將可以大大降低綠氫供應(yīng)的成本。
氫氣運(yùn)輸
雖然大多數(shù)近期綠色氫項(xiàng)目與工業(yè)位于同一地點(diǎn),但有幾個(gè)出口導(dǎo)向型項(xiàng)目計(jì)劃將在 2025-30 年期間上線。許多公司正在尋求使用綠氫制造氨,將運(yùn)輸氫轉(zhuǎn)化為更容易運(yùn)輸?shù)陌薄?br>
目前計(jì)劃中的大部分項(xiàng)目涉及海運(yùn),因?yàn)闅錃夤艿谰W(wǎng)絡(luò)目前僅限于美國墨西哥灣沿岸等少數(shù)幾個(gè)地方。然而,包括德國和荷蘭北海沿岸在內(nèi)的新氫管道網(wǎng)絡(luò)正在計(jì)劃中,預(yù)計(jì)將在 2030 年左右投運(yùn)。
政策導(dǎo)向
歐盟、印度和美國在內(nèi)的許多政府正在最終確定和實(shí)施支持氫能的政策。與此同時(shí),中國的 2060 年碳中和目標(biāo)也向希望采用綠氫的企業(yè)發(fā)出了強(qiáng)烈信號(hào)。
其他非針對(duì)氫的政策可能是強(qiáng)有力的推動(dòng)因素。迄今為止在推動(dòng)綠色氫吸收方面最有效的是歐盟排放交易計(jì)劃 (EU/ETS) 和跨境調(diào)整機(jī)制 (CBAM) 的結(jié)合。關(guān)于未來 EU/ETS 價(jià)格走向的分析很多,高漲的碳價(jià)(尤其是當(dāng)免費(fèi)的 EU/ETS 配額逐步取消)已經(jīng)在推動(dòng)鋼鐵制造等行業(yè)轉(zhuǎn)向綠氫。
未來的道路
我們可以做更多的事情來降低綠氫的成本。就近期而言,直接補(bǔ)貼有助于推動(dòng)更多項(xiàng)目落地,尤其是在德國等可再生能源成本較高的國家。隨著成本的下降,我們需要其他類型的支持,例如標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)對(duì)幫助建立成熟市場(chǎng)的重要性,特別是定義什么是“綠色”氫的規(guī)則。
但最終最大的因素可能是純粹的規(guī)模,全球?qū)﹄娊獠鄣男枨笳粤钊搜刍潄y的速度增長。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì),今年的出貨量將達(dá)到 400 兆瓦至 500 兆瓦,但明年將達(dá)到 1.75 吉瓦至 2.5 吉瓦,僅中國就有大約 1 吉瓦。除此之外,全球還有 26-30 吉瓦項(xiàng)目已經(jīng)簽署了諒解備忘錄。
學(xué)習(xí)曲線的數(shù)學(xué)表明,降低成本的不是經(jīng)過了多少年,而是制造了多少個(gè)電解槽。因此,氫能行業(yè)的參與者所表現(xiàn)出的雄心正在加速變革。所有這些都加快了化肥、鋼鐵、航運(yùn)和其他潛在行業(yè)消除排放以及全球工業(yè)向清潔未來轉(zhuǎn)變的那一天。