研讨|达到绿氢标准一定需要完全离网吗？
文摘
科学
2024-06-18 10:39
北京
绿氢标准下，有多种电力来源方案，该如何选择
2023年，欧盟出台了《可再生能源指令》的补充条款，针对电解水制绿氢等非生物来源的可再生燃料（RFNBO）制定了标准。同时，美国在制定《通胀削减法案》低碳氢能税收减免激励政策时，关于有关绿氢如何定义也在讨论修订过程中。事实上，在欧美绿氢标准制定的过程中，就有关“能否采用网电”、“何种情景下能够使用网电”诞生了多种讨论意见，并持续在讨论。能景研究认为，有关能否采用网电的观点立场可大致分为2类，一类是希望尽量完全使用离网的可再生电力，另一类认为只要碳排放达标就可以合理使用一部分网电。能景研究剖析了相关进展，希望能够对行业有所启发。此外，能景研究近期将与合作伙伴们启动联合研究，“探究电解水制氢 技术更可靠、成本更可行的路径方案”，有兴趣的朋友欢迎联络我们。01 欧盟运输领域绿氢标准：“可再生电力为核心”，使用网电有严格限制欧盟《可再生能源指令》现阶段出台的“可再生氢标准”仅针对运输燃料，该标准下，非生物来源的可再生氢需要同时满足2个要求：一是全生命周期碳排放要求，相对于交通运输领域传统化石燃料，可再生氢的减排量需要达到70%，即可再生氢全生命周期碳排放最高约28.2gCO2eq/MJ。二是制氢的电力来源要求，要满足地理匹配、时间匹配等多种要求，督促尽量使用本地、新建的风电/光伏等可再生电力。详见下文。其对电力来源的要求，欧盟该标准基本围绕如何使用可再生电力展开，并设定了2个场景：第一是制氢完全使用离网的可再生电力。该场景要求离网制氢或并网但不从电网下电。而且要满足可再生电场投运不得早于电解槽36个月等条件。第二是制氢可以使用来自电网的电力，但也做了很大的限制，只允许3种情况：（1）网电足够绿。电网中可再生能源电力的平均比例至少为90%，或者电网的电力排放强度低于18 gCO2eq/MJ。（2）使用类似谷电。在电网电力交易不平衡期间（imbalance settlement period，定义见欧盟2019/943号法规）使用电网电力制氢，减少电网对其他电力调度手段的需求。（3）可再生电力购买协议（PPA）。在2030年1月1日之前要满足“月度匹配”，即在1个月时间内，氢气生产商的PPA购电量必须超过或等于氢气生产所用的电量；2030年1月1日后开始执行“小时匹配”，即将购电-用电匹配时间限制到1小时内。能景研究认为，当前，在仍需使用电网的数种场景中第（3）种方案即PPA方案（月度匹配）最具可操作性。“月度匹配”规定下，制氢站即使在风/光出力不足时仍有稳定的网电供应，无需如“小时匹配”或“离网制氢”下因小时或分钟级的风/光波动而频繁启停或待机，从而保障设备利用率与寿命。其他方案则是技术进一步成熟后的适用选择。其中，“离网制氢”或“小时匹配级PPA方案（2030年后）”，需要搭配较大规模储能或其他支撑技术来适应风/光波动，现阶段经济性较弱；“网电足够绿”仅少部分地区可以满足；“谷电制氢”尚缺乏成熟度的电力来源证明配套体系。02 其他讨论：以“碳排放量”为核心，适量引入网电或亦能够保障“绿色”针对以上标准和要求，也有部分企业或研究机构提出其他观点，认为在现阶段应按照考虑“碳排放量”的基础上，降低对电力来源要求，从而能实现更稳定的电力供应和更合理的绿氢价格。能景研究总结归纳该类建议有2种，一是放松PPA方案的时间匹配限制，二是不通过PPA方案而直接使用有限比例的网电。一是“年度匹配”级的PPA方案。如美国正在制定的《通胀削减法案》低碳氢能税收减免激励政策，计划在2028年之前采用“年度匹配”规定。“年度匹配”相对欧盟“月度匹配”进一步放松了时间限制，即在1年时间内，氢气生产商的PPA购电量必须超过或等于氢气生产所用的电量。“年度匹配”更易形成便宜的绿氢成本。如在可再生能源发电量高的季节购买低价绿电，保障全年网电使用。这样匹配的同时，还能实现更低的制氢成本。“年度匹配”也或许面临着相对高的碳排。相对“月度匹配”，实际制氢碳排放或会升高。比如因为年平均电价低，则网电使用量有可能更多。柏林工业大学的Zeyen等人发表在Environmental Research Letters上的一篇模拟研究文章显示，以荷兰电网为例，预计电网中可再生电力份额达到49%时，在假定的5种氢消纳情境下，“年度匹配”碳排放均超过“月度匹配”。二是有限比例网电方案（不通过PPA或绿证）。如规定不低于90%的电量来自直接连接的风/光电站，不超过10%的电量来自电网。该情景类似等价于欧盟标准中设定的“网电足够绿”情景，即网电中90%以上为可再生电力。也类似于中国内蒙古规定的风光制氢一体化项目允许10%电量下网，其余电量由风电/光伏直供电提供。该方案以网电作支撑，可以保障电解槽利用率与经济性。当风/光电站输出电量进入波动低谷时，可由电网继续提供电力支撑，维持电解槽低功率运行或热待机，减少需要长时间准备的冷启动需求。德国汉诺威大学的Jonathan Brandt 等人对欧盟10%网电情景进行了模拟测算，以欧盟2023年的平均网电电价水平，与没有网电的情景相比较，有10%网电支持时电解槽年利用小时数提升了6%左右，制氢成本降低了约10%。使用有限比例的网电下，碳排放处于可控范围。据德国汉诺威大学的Jonathan Brandt 等人的测算结果，以欧盟2023年的平均网电电价水平与碳排水平，使用10%的网电制氢，碳排放低于3kgCO2/kgH2，仍能够满足欧盟制定的碳排放标准。能景研究认为，使用网电支持绿氢生产，是现阶段保障风光波动下稳定、连续制氢的重要路径。应在技术可行、经济性更好的情况下，考虑碳排放的情况，在合适的地区设定合理标准、分年度和分阶段提高绿氢标准，逐渐推动绿氢项目可再生能源利用比例，从而实现真正的可持续绿色发展。“探究电解水制氢 技术更可靠、成本更可行 的路径方案”现在微信公众号打乱了时间线。希望喜欢【能景氢研】的读者朋友们将本号【设为星标★】，方便找到我们。
