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氢立法需要承认地区差异

俄罗斯少女组合Hocksell  |  2022年2月10

氢经济还处于起步阶段, 监管环境对于确定氢能以多快的速度为经济脱碳做出贡献至关重要, 尤其难以消减的部门. 生产氢需要所有形式的无二氧化碳的电力, 在氢需求方面,需要认识到地区差异.

风力磨坊

氢气受到了越来越多的关注. 尤其是使用电解过程的那种, 用电流把水分解成氧和氢. 目前在欧洲的讨论之一是关于可持续性氢生产的附加性和相关标准. 欧盟可再生能源指令(RED II)1 确实建议限制非生物来源的可再生燃料(RFNBOs)的定义.e. 由可再生电力驱动的电解槽产生的氢, 只使用“额外的”可再生电力制造氢气.

RED II在第27条中承认,电网可以向电解槽等提供可再生电力, 委员会将引入一个框架,以确保使用电网电力生产的氢可以被视为RFNBO. 当满足以下四个标准(RED II的第90条)时,氢气将被视为100%的RFNBO:

  • “可再生来源”:为生产燃料而购买的电力必须来自可再生能源.
  • “地理相关性”:与发电机签订双边购电协议(PPA)的发电机组应与燃料生产在地理上存在相关性, e.g. 在同一招标区域2
  • “时间相关”:在一定的时间范围内,电厂的发电量和电解槽的耗电量需要匹配. 这一要求可以通过在从15分钟到每年的特定时间范围内测量相关性来实现.
  • “额外性”3:额外的元素是必需的,e.g. 燃料生产商需要增加可再生能源的使用或融资. 基本的想法是确保电解器用于生产氢气的电力是可再生的,并且它不会从其他用途转移当前的可再生电力生产.
对RFNBO燃料的要求仍在制定中
图1:仍在开发中的可再生能源燃料需求

除了这些要求, RED II包括一项要求,即使用可再生能源生物燃料应至少减少70%的温室气体排放. 增加了复杂性, Fit for 55一揽子计划的谈判, 包括对RED II (RED III)的审查, 正在进行.

有不同的方法来确保额外性, 例如需要物理连接(电和电解槽之间的直接连接), 商业连接(物理电力购买协议)或系统范围/边际技术方法, 其中,当定价资源为可再生资源时,电解槽可被使用.4

氢气生产应该尽可能的清洁和廉价

电力成本对于生产氢的经济来说尤为重要. 电解制氢是一项能源密集型工程:生产一公斤氢需要大约55千瓦时的电力5这一数字是芬兰普通家庭日用电量的两倍多. 另一个好的基准是电力密集型铝冶炼过程, 每千克铝大约需要15千瓦时的电.

电解制氢所用的碳强度也是一个关键因素. 如果电网大部分是脱碳的——就像北欧国家的情况一样——并且电网电力被用来生产氢, 一氧化碳的含量2 每千克氢气的产量是适度的. 例如,50克一氧化碳2 每千瓦小时的电力,CO2 每千克氢气的产量只有2.7公斤6. 另一方面,如果欧盟平均电网电力(255克CO2 每千瓦时产生的)用于氢气,一氧化碳2 每千克氢气的产量是14千克. 这比指挥官还多2 目前占主导地位的“灰色”生产的排放量太高,氢气无法被视为减少温室气体排放的手段.

欧盟可持续制氢分类的限制
图2:在欧盟分类中,可持续制氢的限制是每生产一千克氢气需要3千克二氧化碳

欧盟已经为RFNBOs设定了具体的目标, 要求RFNBOs应符合上述RED中规定的要求. 关于适合55项立法的一揽子计划, 欧盟委员会提议修改RED 2 (RED 3), 例如,2030年的一套新的子目标和扩大对区域非渔业组织的要求, 包括可再生氢. 例如,运输部门有一个子目标,需要2.到2030年,将有6%的运输部门燃料为可再生能源. 最重要的是, 欧盟委员会提议将上述要求扩展到所有部门, 而第二次红色预警只关注运输部门. 因此, 对RFNBOs的要求至关重要, 因为如果氢不符合标准, 这对实现目标没有帮助.

在什么地方应用附加性原则有意义?

当化石燃料在很大程度上被用来发电时,对氢生产中所用能源的碳强度的担忧是可以理解的.

在北欧国家,电力几乎已经完全脱碳, 附加性原则似乎没有意义.7 为什么要强迫氢气项目等到足够的“额外的”可再生能源产能建成后才开始呢,8 特别是在开发早期, 由于电解槽价格昂贵,其成本在氢气生产的总成本中占很大份额?

此外, 严格的时间相关性每小时甚至15分钟将意味着电解器只能在可再生装置发电时运行. 这导致了对可再生产能的要求,以使电解槽能在全容量下运行. 小时匹配要求意味着不能进行连续生产, 对于许多需要持续氢气供应的工业用户来说,这是一个大问题. 这只能通过安装电力或氢存储匹配供应连续, 尽管他是积极的, 提高了总成本,并减缓了氢气的扩张.9 电力生产的可再生属性可以跟踪现有的保障来源系统和匹配的电解器用电e.g. 每年/每月甚至每小时一次,以此来证明可再生资源并没有在同一时间被其他地方使用.

一个风电场一个月生产曲线的例子
图3:90兆瓦风电场生产~月曲线的例子. RFNBO规则要求电解槽遵循生产曲线直至电解槽尺寸, e.g. 40mw电解槽不能使用其尺寸以上的任何产品(红线以上). 这个风电场的总产量是19,535兆瓦, 但生产40 MW的电解槽可采取以下RFNBO规则为13,261兆瓦, 占总产量的67%.

所有的无二氧化碳电力应该有助于满足不断增长的氢和脱碳需求

由于电力行业隶属于欧盟排放交易体系(ETS), 对氢的日益增长的需求将反映在对电力的日益增长的需求上——如果电力是用化石燃料生产的话, 排放限额需求增加, 哪个会提高电价. 因此,使用化石燃料大规模生产电解氢在商业上是不太可能的.10 此外, 这要归功于ETS体系及其对排放限额的固定限制, 电解氢是否会导致ETS部门的更高排放量是值得怀疑的, 其中包括发电.

欧洲目前每年使用1000万吨氢, 专用于工业用途, 主要是化学制品,比如甲醇和氨, 在炼油行业也是如此. 在未来, 在最乐观的情况下,氢的需求可能高达5,000万吨, 需要2个左右,700太瓦时的电力——超过了欧盟目前约3,每年000太瓦时.

2020年,欧盟的风能和太阳能产量约为500太瓦时112020年,51太瓦时的风能和太阳能发电被添加到能源系统中. 要满足目前1000万吨的氢需求,需要利用欧盟现有的风能和太阳能来生产氢. 因此,很容易得出这样的结论:电力部门要脱碳, 使供热和公路运输等大部分行业实现电气化, 并使现有的氢生产脱碳,以满足未来的氢生产需求, 可再生能源的使用必须以比目前更快的速度增长,因此需要更多的可再生能源产能. 由于生产氢会增加电力需求,因此会有更多的胃口来建造更多的可再生能源.

然而, 附加性原则的严格应用, 正如委派行为的泄密所建议的那样, 阻碍脱碳目标的风险. 欧盟关于氢的立法不应规定或排除实现这一目标所需的任何商业模式. 开发可再生能源的义务一般应由成员国承担,而不是按项目逐个承担. 所有无二氧化碳的电力应该有助于满足潜在的氢需求. 可持续的标准可以根据二氧化碳排放标准来设定.g. 通过遵循欧盟可持续金融分类的方法.

 

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脚注:

1修订后的欧盟可再生能源指令(RED II), 2018年底通过, 载列有关生产和使用非生物来源的可再生燃料的具体条文(例如.g. 氢, 氨, 甲烷, 用可再生电力生产的甲醇和费托燃料). 它还在第27条中列出了可再生氢的标准, 由通过电网输送或分配的电力产生的, 符合可再生资格. 这些标准应在2021年12月31日之前通过授权法案进一步确定.

2这对北欧国家尤其重要,因为北欧国家的电网中有多个价格区域.g. 挪威,瑞典和丹麦.

3“附加性”这个词有多种含义, 有时指的是RFNBOs的所有标准,或仅仅是建造/资助新的可再生电力项目的要求.

4这种分类被用在佛罗伦萨管理学院的政策简介可再生氢和“附加性”要求:为什么要使它比需要的更复杂.

51公斤氢气含有33千瓦时的能量(热值较低). 用在燃料电池汽车上,可以驱动100公里的距离. 相比之下,使用电动汽车行驶100公里大约需要20千瓦时.

6在欧盟分类中,可持续制氢的限制是每千克氢排放3千克二氧化碳.

7公平地说,RED2确实认识到电网中有可再生能源,可再生能源在电网中的份额可以用来生产氢,这将符合可再生能源份额的RFNBO.

8发展可再生能源项目通常需要四至六年的筹备期.

9前沿经济学分析了不同时间粒度在匹配发电与制氢过程中的影响. 分析表明,严格时间相关性对减排影响显著.g. 每小时的时间很短,但成本可能会显著增加. 更多内容:理解RED II -定义氢为“绿色”的规则对二氧化碳排放的影响是什么??

10电力价格由满足每小时需求所需的最后一个单位的成本决定. 通常最后一个单位是碳密集程度最高的,因此碳价格会影响到电力价格的上涨. 简化的例子:用煤发电的成本来自电厂的固定成本和运行成本,即燃料的价格和碳的价格. 一兆瓦时高效煤的排放量约为0.8吨二氧化碳,因此碳价格增加1欧元,煤炭发电成本增加0.8美分. 目前的碳排放成本约为90欧元/吨,这意味着电力成本至少为72欧元/兆瓦时. 电解运行成本为3.9欧元/公斤的氢气使用电力,这还不包括燃料成本和与电解过程和发电厂相关的投资成本. 目前普遍报价的化石氢生产成本约为1欧元/公斤, 加上当前90欧元的碳排放价格,将增加0欧元.价格是9欧元. 在排放交易制度已经实施的欧盟,人们不太可能开始使用化石燃料发电来生产氢.

112020年欧洲电力部门最新电力转型分析. 分析,Ember和Agora能源转型2021.