低碳氢在电力的应用有限——经济性篇

文摘   财经   2024-11-13 08:30   美国  

报告出处:CATF

编译:Ted


过去十年,可再生能源呈现爆炸式增长,预计可再生电力将在未来脱碳电网中占据主要发电份额。一些政府、行业机构和电力公司也在探索氢气在电力系统脱碳方面的潜在作用,特别是作为一种公认的“清洁”燃料,被视为天然气的替代品。表面逻辑很简单:用不排放二氧化碳的燃料替代化石燃料。

本篇主要讨论下面一个加粗的问题,来回答绿氢在电力行业脱碳方面可能发挥的作用:
  • 在发电厂燃烧氢气在技术上可行吗?
  • 在电力行业使用氢气需要哪些基础设施,这些基础设施的成本是多少?
  • 燃烧低碳氢是否会减少发电厂的生命周期温室气体排放?
  • 在电力行业使用低碳氢的经济性如何,与替代技术相比如何?



1

电解氢

Electrolytic Hydrogen

电解氢生产成本估算更难计算,因为它们主要受用于生产氢气的电力价格和电解生产设施的容量系数的影响。需要注意的是,过剩电力条件并不一定意味着电解氢生产应该假设免费电力输入。

与通过碳捕获从天然气中生产氢气不同,电解氢生产必须作为整体电力系统设计的一部分进行规划。开发商将希望优化电解设施的规模,以最低的成本生产电解氢。大型电解设施可以利用更大比例的剩余电力,但满负荷运行的频率较低,这从成本角度来看是不利的,而较小的设施并不总是能够利用所有可用的剩余电力,但平均而言往往以更高的容量系数运行。

假设生产电解氢的平准化成本为 3 美元/千克,氢气运输和储存的额外成本为 1 美元/千克。




2

天然气+碳捕集制氢

Hydrogen from Natural Gas 

with Carbon Capture

亨利港的天然气价格通常徘徊在 3 美元/百万英热单位,这意味着低碳氢气生产成本为 1.9 美元/千克(12.6 美元/百万英热单位)。此外,潜在的氢气储存和运输也会产生额外成本,保守估计为 1 美元/千克。

天然气加碳捕集制氢成本的计算假设氢气生产厂的基本负荷运行,氢气生产厂通常为此而设计,并且运行最佳。美国国家可再生能源实验室 (NREL) 最近的一项研究表明,对于 2050 年美国电网的不同情景下,有和没有碳捕获的天然气厂的容量系数在 1% 到 14% 之间。因此,我们假设使用天然气中的低碳氢气和碳捕获的天然气厂的容量系数为 10%,这也恰好是用于峰值负荷工作周期的燃气轮机的历史平均利用率。



3

度电成本

Levelized Cost of Electricity

下图显示了以 10% 容量系数运行的简单循环和联合循环发电厂的平准化电力成本 (LCOE)(以美元/兆瓦时)。

以电解氢的估计成本 4 美元/千克计算,简单循环电厂的估计 LCOE 为 470 美元/兆瓦时,联合循环电厂的估计 LCOE 为 350 美元/兆瓦时。

相比之下,使用天然气加碳捕获制氢发电厂的 LCOE 将受到天然气价格的影响。在天然气交付价格为 3 美元/百万英热单位时,自热重整厂氢气的交付成本约为 3 美元/千克(约 22 美元/百万英热单位),简单循环电厂的估计 LCOE 为 400 美元/兆瓦时,联合循环电厂的估计 LCOE 为 300 美元/兆瓦时。



4

碳减排成本

Carbon Abatement Costs

但碳减排成本可能更能说明以氢气作为气候缓解措施运营发电厂的经济成本。就使用剩余可再生电力生产的电解氢作为发电厂燃料减少一吨二氧化碳的成本而言,该成本取决于两个因素:(1) 剩余清洁电力生产的电解氢成本与天然气价格之间的差价,以及 (2) 天然气供应链的碳强度。

以每公斤电解氢的成本为 4 美元,假设美国天然气供应链的碳强度为平均水平,使用剩余清洁电力中的电解氢作为发电厂燃料可实现全生命周期碳减排,每吨避免的二氧化碳当量成本约为 360 美元。


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