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东盟与东亚经济研究院、GEIDCO:可再生能源制氢技术经济性评述及其在东盟地区应用评估

可再生能源制氢技术经济性评述及其在东盟地区应用评估

李谚斐1,3,江涵2*

Farhad Taghizadeh-Hesary4,邬炜2


1. 东盟与东亚经济研究院;2. 全球能源互联网发展合作组织;3. 湖南工商大学;4. 日本东海大学


本文发表在《全球能源互联网》2021年第3期“能源互联网促进实现‘双碳’目标”专题上,欢迎点击品读。本文受东盟与东亚经济研究院与全球能源互联网集团有限公司科技项目资助。

文章导读

越来越多的世界主要经济体将制氢作为未来战略性能源技术。本文重点回顾分析了可再生能源制氢在电网储能、小岛屿能源系统、燃料电池汽车等领域的技术经济可行性研究的进展,及当前国际上标志性的示范工程应用。从长期来看,可再生能源制氢已被证明是一种经济上可行的方法。然而,由于相关技术、产业链以及基础设施目前还没有完全成熟,很多问题有待解决。根据主流的评估模型,本文进一步探讨了东盟国家使用氢储存利用可再生能源的经济性和可行性,并与其他的能源利用形式进行了比较。最后给出了相应的发展策略与政策建议。

重点内容

1

可再生能源制氢的技术经济性

氢能被认为是电网中可再生能源储能的主要可行技术之一。目前各种制氢技术的成本差异很大,由可再生能源生产的氢仍然比由天然气重整、煤气化等生产的氢昂贵2倍以上,同时相关技术在经济性和效率方面仍在持续发展进步。在氢能的储运方面,最具发展潜力的前沿储存技术是有机氢化物(liquid organic hydrogen carriers,LOHC)、循环氢载体(circular hydrogen carriers)和金属氢化物储氢。在应用端,燃料电池车(fuel cell electric vehicle,FCEV)综合成本目前亦远高于传统燃油车,并且面临缺乏氢能供应基础设施网络的难题。

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⬆ 图1 可再生能源制氢流程

2

可再生能源制氢及远距离储运示范工程

欧洲各国及日本的可再生能源制氢应用走在世界前列。对于化石能源资源十分匮乏的地区,利用氢能是增强能源供应安全性并实现低碳发展的有效手段。

作为“欧洲绿色协议”的一部分,欧盟于2020年宣布了“欧洲氢能战略”。其中包括到2024年达到6 GW可再生能源电解制氢能力,并在2030年扩大到不低于40 GW。该战略指出氢能未来将在最难以减排的能源应用部门扮演重要角色,在这些部门中大约50%的减排将来自于氢能。

对于氢的远距离传输,日本正在尝试2条技术途径,包括千代田公司正在与文莱合作开展的液态甲基环己烷(methylcyclohexane,MCH)运输技术示范,以及川崎重工与澳大利亚合作开展的液化氢运输示范。

3

东盟国家氢能应用的经济性评估分析

在电网储能应用场景中,东盟国家采用氢能作为可再生能源大规模存储方式的成本是锂电池储能成本的2倍以上。其成本水平一方面取决于所采用的氢能储运途径,另一方面取决于氢储能项目的规模,即存在显著的规模经济效应。

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⬆ 图2 1000MW可再生能源发电情景氢储能发电成本

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⬆ 图3 4000MW可再生能源发电情景氢储能发电成本

在交通部门的应用方面,模型估算结果显示燃料电池汽车的总拥有成本(total cost of ownership,TCO)可达到1.89~2.2美元/km。因此,当前与其他动力系统技术相比(价格约0.80~0.90美元/km),以可再生能源制氢作为动力的汽车仍不具备市场竞争力。

表1 典型国家汽车TCO值

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这种结果是由可再生能源制氢的高成本和燃料电池汽车本身较高的初始投资造成的。从氢成本比较,目前的氢供应成本是美国能源部建议目标价格的2倍以上。从初始投资比较,燃料电池汽车的初始投资至少是内燃机汽车的3倍。东盟国家之间的成本估算差异主要是由于其电网电价、成品油价格以及能源和车辆相关的税收和补贴政策的不同造成的。

4

结论与政策建议

可再生能源制氢是氢能生产的必然发展趋势。当前,氢能的经济竞争力及其在电力和交通运输等下游应用的现状类似光伏、风电和电动汽车发展初期。因此,有理由相信支持性政策可以帮助氢能及其相关应用完善基础设施,加速供应链成熟,并实现规模经济,从而大大降低氢能的成本。建议政策制定时重点考虑以下方面:①促进氢的规模经济性,加快打造供应链,特别是基于可再生能源的供应链;②降低氢供应链和燃料电池汽车的初始投资成本;③构建新的能源市场机制,增加可再生能源制氢的收益,如平抑电网波动、减少碳排放等,为氢能项目带来额外效益。

本文引文信息

李谚斐,江涵,Farhad Taghizadeh-Hesary,邬炜. 可再生能源制氢技术经济性评述及其在东盟地区应用评估[J]. 全球能源互联网,2021,4(3):292-300.


LI Yanfei, JIANG Han, Farhad Taghizadeh-Hesary, WU Wei. Review on the economics of hydrogen production technology from renewable energy and its application evaluation in ASEAN[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2021, 4(3): 292-300(in Chinese).

作者简介

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李谚斐


东盟与东亚经济研究院研究员,湖南工商大学副教授


研究方向为区域能源市场、能源政策以及产业经济与技术经济

E-mail:

yanfei.li@eria.org


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江涵


全球能源互联网发展合作组织研究员


研究方向为能源互联网规划及分析

E-mail:

han-jiang@geidco.org


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Farhad Taghizadeh-Hesary


日本东海大学副教授


研究方向为能源金融


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邬炜


全球能源互联网发展合作组织,副处长


研究方向为电力系统规划

E-mail:

wei-wu@geidco.org


编辑:李锡

审核:周舟

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