低碳氢在电力的应用有限——综述篇
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财经
2024-11-04 08:31
美国
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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。本文通过探讨以下问题，来回答低碳氢在电力行业脱碳方面可能发挥的作用：- 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？
使用氢气作为脱碳发电的燃料，虽然在技术上可行，但与电力部门脱碳的其他选择相比，大规模使用氢气不太可能具有经济效益。此外，由于氢气的生产和输送需要大量能源，并导致供应链效率低下，因此扩大对氢气的依赖并不能改善能源安全。在电力行业，利用剩余可再生电力生产电解氢可以作为一种长时储能形式发挥一定作用。除了抽水蓄能之外，电解氢生产可以说是当今少数几种技术上可行的方法之一，可以将大量电力转化为可以长期（数周和数月）储存然后再转化为电能的能源形式。然而，从系统角度来看，可以用许多替代方案来解决（或减少）大规模部署依赖天气的可再生资源所带来的电网平衡挑战，例如增加更具成本效益的气候友好型技术的数量，如核能和地热能。与其有限的电力系统脱碳潜力相比，如果将低碳氢气用于重工业脱碳，则可能具有更大的经济和气候价值。目前，氢气在重工业中已被广泛使用。工业应用可以避免对电力部门应用所必需的昂贵存储和运输基础设施的需求。此外，氢气还可能是一些重型卡车脱碳的有用且经济的选择。i. 发电厂在技术上能够燃烧纯氢气，尽管需要更多的研究和开发 (R&D) 来克服技术挑战。ii. 需要建立地质氢储存和专用氢运输管道，才能在发电厂大规模使用氢气。建设这种基础设施的成本和部署挑战仍不明朗，但可能很高。iii. 与未减排的天然气相比，在发电厂使用由清洁电力（碳强度低但不为零）制成的电解氢可以减少 90% 的全生命周期排放，尽管成本溢价很高。由清洁电力生产并用于发电的氢气的循环效率 (RTE) 接近 24%，因此所用清洁电力的四分之三将在此过程中损失。iv. 在基本脱碳的电网中，用剩余电力产生的电解氢可以作为一种长时储能 (LDES) 形式在电网平衡中发挥作用。然而，应该有一种基于证据的方法来研究在整个电力系统设计中使用电解氢作为储能介质的权衡，评估替代方案，并优化系统总成本、可靠性、最小社区影响和土地使用需求等标准。这包括评估通过更高容量系数的清洁发电技术（如地热、核能和天然气，并进行碳捕获和/或额外输送）减少对储能的需求是否更具成本效益。v. 通过剩余清洁电力生产的电解氢的平准化存储成本 (LCOS) 估计在每兆瓦时 350 美元至 470 美元之间，而使用自热重整 (ATR) 氢工厂的低碳氢发电厂的平准化电力成本 (LCOE) 估计在每兆瓦时 300 美元至 400 美元之间。相比之下，目前的电池存储 LCOS 估计为每兆瓦时 150-170 美元，尽管目前的电池存储时间基本限于四小时。可以最大限度地减少长时间储能和电力中氢气使用需求的清洁能源发电成本在每兆瓦时 70-130 美元之间。vi. 利用剩余清洁电力生产电解氢的全生命周期碳减排成本估计为每吨二氧化碳当量 360 美元，而利用天然气和碳捕获生产氢气的全生命周期碳减排成本估计为每吨二氧化碳当量 450 美元。
