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研討|達到綠氫標準一定需要完全離網(wǎng)嗎?

綠氫標準下,有多種電力來(lái)源方案,該如何選擇

2023年,歐盟出臺了《可再生能源指令》的補充條款,針對電解水制綠氫等非生物來(lái)源的可再生燃料(RFNBO)制定了標準。同時(shí),美國在制定《通脹削減法案》低碳氫能稅收減免激勵政策時(shí),關(guān)于有關(guān)綠氫如何定義也在討論修訂過(guò)程中。事實(shí)上,在歐美綠氫標準制定的過(guò)程中,就有關(guān)“能否采用網(wǎng)電”、“何種情景下能夠使用網(wǎng)電”誕生了多種討論意見(jiàn),并持續在討論。能景研究認為,有關(guān)能否采用網(wǎng)電的觀(guān)點(diǎn)立場(chǎng)可大致分為2類(lèi),一類(lèi)是希望盡量完全使用離網(wǎng)的可再生電力,另一類(lèi)認為只要碳排放達標就可以合理使用一部分網(wǎng)電。能景研究剖析了相關(guān)進(jìn)展,希望能夠對行業(yè)有所啟發(fā)。此外,能景研究近期將與合作伙伴們啟動(dòng)聯(lián)合研究,“探究電解水制氫 技術(shù)更可靠、成本更可行的路徑方案”,有興趣的朋友歡迎聯(lián)絡(luò )我們。

01 歐盟運輸領(lǐng)域綠氫標準:“可再生電力為核心”,使用網(wǎng)電有嚴格限制

歐盟《可再生能源指令》現階段出臺的“可再生氫標準”僅針對運輸燃料,該標準下,非生物來(lái)源的可再生氫需要同時(shí)滿(mǎn)足2個(gè)要求:一是全生命周期碳排放要求,相對于交通運輸領(lǐng)域傳統化石燃料,可再生氫的減排量需要達到70%,即可再生氫全生命周期碳排放最高約28.2gCO2eq/MJ。二是制氫的電力來(lái)源要求,要滿(mǎn)足地理匹配、時(shí)間匹配等多種要求,督促盡量使用本地、新建的風(fēng)電/光伏等可再生電力。詳見(jiàn)下文。

其對電力來(lái)源的要求,歐盟該標準基本圍繞如何使用可再生電力展開(kāi),并設定了2個(gè)場(chǎng)景:第一是制氫完全使用離網(wǎng)的可再生電力。該場(chǎng)景要求離網(wǎng)制氫或并網(wǎng)但不從電網(wǎng)下電。而且要滿(mǎn)足可再生電場(chǎng)投運不得早于電解槽36個(gè)月等條件。第二是制氫可以使用來(lái)自電網(wǎng)的電力,但也做了很大的限制,只允許3種情況:(1)網(wǎng)電足夠綠。電網(wǎng)中可再生能源電力的平均比例至少為90%,或者電網(wǎng)的電力排放強度低于18 gCO2eq/MJ。(2)使用類(lèi)似谷電。在電網(wǎng)電力交易不平衡期間(imbalance settlement period,定義見(jiàn)歐盟2019/943號法規)使用電網(wǎng)電力制氫,減少電網(wǎng)對其他電力調度手段的需求。(3)可再生電力購買(mǎi)協(xié)議(PPA)。在2030年1月1日之前要滿(mǎn)足“月度匹配”,即在1個(gè)月時(shí)間內,氫氣生產(chǎn)商的PPA購電量必須超過(guò)或等于氫氣生產(chǎn)所用的電量;2030年1月1日后開(kāi)始執行“小時(shí)匹配”,即將購電-用電匹配時(shí)間限制到1小時(shí)內。

能景研究認為,當前,在仍需使用電網(wǎng)的數種場(chǎng)景中第(3)種方案即PPA方案(月度匹配)最具可操作性。“月度匹配”規定下,制氫站即使在風(fēng)/光出力不足時(shí)仍有穩定的網(wǎng)電供應,無(wú)需如“小時(shí)匹配”或“離網(wǎng)制氫”下因小時(shí)或分鐘級的風(fēng)/光波動(dòng)而頻繁啟;虼龣C,從而保障設備利用率與壽命。其他方案則是技術(shù)進(jìn)一步成熟后的適用選擇。其中,“離網(wǎng)制氫”或“小時(shí)匹配級PPA方案(2030年后)”,需要搭配較大規模儲能或其他支撐技術(shù)來(lái)適應風(fēng)/光波動(dòng),現階段經(jīng)濟性較弱;“網(wǎng)電足夠綠”僅少部分地區可以滿(mǎn)足;“谷電制氫”尚缺乏成熟度的電力來(lái)源證明配套體系。

02 其他討論:以“碳排放量”為核心,適量引入網(wǎng)電或亦能夠保障“綠色”

針對以上標準和要求,也有部分企業(yè)或研究機構提出其他觀(guān)點(diǎn),認為在現階段應按照考慮“碳排放量”的基礎上,降低對電力來(lái)源要求,從而能實(shí)現更穩定的電力供應和更合理的綠氫價(jià)格。能景研究總結歸納該類(lèi)建議有2種,一是放松PPA方案的時(shí)間匹配限制,二是不通過(guò)PPA方案而直接使用有限比例的網(wǎng)電。

一是“年度匹配”級的PPA方案。如美國正在制定的《通脹削減法案》低碳氫能稅收減免激勵政策,計劃在2028年之前采用“年度匹配”規定。“年度匹配”相對歐盟“月度匹配”進(jìn)一步放松了時(shí)間限制,即在1年時(shí)間內,氫氣生產(chǎn)商的PPA購電量必須超過(guò)或等于氫氣生產(chǎn)所用的電量。“年度匹配”更易形成便宜的綠氫成本。如在可再生能源發(fā)電量高的季節購買(mǎi)低價(jià)綠電,保障全年網(wǎng)電使用。這樣匹配的同時(shí),還能實(shí)現更低的制氫成本。“年度匹配”也或許面臨著(zhù)相對高的碳排。相對“月度匹配”,實(shí)際制氫碳排放或會(huì )升高。比如因為年平均電價(jià)低,則網(wǎng)電使用量有可能更多。柏林工業(yè)大學(xué)的Zeyen等人發(fā)表在Environmental Research Letters上的一篇模擬研究文章顯示,以荷蘭電網(wǎng)為例,預計電網(wǎng)中可再生電力份額達到49%時(shí),在假定的5種氫消納情境下,“年度匹配”碳排放均超過(guò)“月度匹配”。

二是有限比例網(wǎng)電方案(不通過(guò)PPA或綠證)。如規定不低于90%的電量來(lái)自直接連接的風(fēng)/光電站,不超過(guò)10%的電量來(lái)自電網(wǎng)。該情景類(lèi)似等價(jià)于歐盟標準中設定的“網(wǎng)電足夠綠”情景,即網(wǎng)電中90%以上為可再生電力。也類(lèi)似于中國內蒙古規定的風(fēng)光制氫一體化項目允許10%電量下網(wǎng),其余電量由風(fēng)電/光伏直供電提供。該方案以網(wǎng)電作支撐,可以保障電解槽利用率與經(jīng)濟性。當風(fēng)/光電站輸出電量進(jìn)入波動(dòng)低谷時(shí),可由電網(wǎng)繼續提供電力支撐,維持電解槽低功率運行或熱待機,減少需要長(cháng)時(shí)間準備的冷啟動(dòng)需求。德國漢諾威大學(xué)的Jonathan Brandt 等人對歐盟10%網(wǎng)電情景進(jìn)行了模擬測算,以歐盟2023年的平均網(wǎng)電電價(jià)水平,與沒(méi)有網(wǎng)電的情景相比較,有10%網(wǎng)電支持時(shí)電解槽年利用小時(shí)數提升了6%左右,制氫成本降低了約10%。使用有限比例的網(wǎng)電下,碳排放處于可控范圍。據德國漢諾威大學(xué)的Jonathan Brandt 等人的測算結果,以歐盟2023年的平均網(wǎng)電電價(jià)水平與碳排水平,使用10%的網(wǎng)電制氫,碳排放低于3kgCO2/kgH2,仍能夠滿(mǎn)足歐盟制定的碳排放標準。

能景研究認為,使用網(wǎng)電支持綠氫生產(chǎn),是現階段保障風(fēng)光波動(dòng)下穩定、連續制氫的重要路徑。應在技術(shù)可行、經(jīng)濟性更好的情況下,考慮碳排放的情況,在合適的地區設定合理標準、分年度和分階段提高綠氫標準,逐漸推動(dòng)綠氫項目可再生能源利用比例,從而實(shí)現真正的可持續綠色發(fā)展。

能景研究近期將與合作伙伴們啟動(dòng)聯(lián)合研究“探究電解水制氫 技術(shù)更可靠、成本更可行 的路徑方案”

題目為暫定,敬請關(guān)注。有興趣的朋友可以聯(lián)絡(luò )我們。

END

       原文標題 : 研討|達到綠氫標準一定需要完全離網(wǎng)嗎?

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫(xiě),觀(guān)點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場(chǎng)。如有侵權或其他問(wèn)題,請聯(lián)系舉報。

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