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綠氫在中國電力系統和難以減排產業脫碳中的作用


核心概念
綠氫作為長期儲能方式,可以降低中國零碳電力系統的成本,並為難以減排產業提供具有成本效益的燃料和原料。
摘要

書目資訊

Yang, H., He, G., Masanet, E., & Deshmukh, R. (2023). Role of hydrogen in decarbonizing China’s electricity and hard-to-abate sectors. Applied Energy, 345, 120804. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.120804

研究目標

本研究旨在探討綠氫在中國實現零碳電力系統和減排難以減排產業中的作用和成本效益。

研究方法

研究人員使用 GridPath 電力系統模型,模擬分析了中國在 2050 年實現零碳電力系統的不同情境,包括綠氫作為長期儲能、與其他低碳技術的協同作用,以及綠氫在電力系統和難以減排產業的耦合應用等。模型考慮了技術成本、能源效率、儲存容量、電網和氫氣管道建設等因素。

主要發現

  • 綠氫作為長期儲能方式,可以將零碳電力系統的平均成本降低 17%。
  • 電網和氫氣管道的擴建以及充足的地下儲氫容量是降低電力成本的關鍵。
  • 核能、碳捕獲與封存(CCS)和直接空氣捕獲(DAC)等技術可以與綠氫協同作用,進一步降低零碳電力系統的成本。
  • 將電力系統和難以減排產業的綠氫基礎設施耦合起來,可以比獨立運營的系統節省 7% 的能源成本。
  • 如果天然氣和煤炭價格持續上漲,綠氫的成本將與甚至低於化石燃料制氫的成本。

主要結論

綠氫在中國實現零碳電力系統和減排難以減排產業方面具有巨大潛力。通過政策支持、技術創新和基礎設施建設,綠氫可以成為中國能源轉型的關鍵驅動力。

研究意義

本研究為中國制定綠氫發展戰略提供了重要的參考依據,並強調了綠氫在實現碳中和目標中的重要作用。

研究限制與未來研究方向

  • 未來氫能和其他可再生能源技術的成本存在不確定性。
  • 未考慮難以減排產業中新終端使用技術的投資成本。
  • 燃料/原料氫需求的預測存在不確定性。
  • 假設省際間可以建設無限容量的輸電線路,這可能與實際情況不符。
  • 未考慮氫氣和甲烷等上游排放以及光伏和風力發電機制造過程中的碳排放。

未來研究可以進一步探討氫能技術成本下降、儲氫技術突破、氫能基礎設施建設、氫能應用場景拓展等方面的影響。

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統計資料
綠氫作為長期儲能方式,可以將零碳電力系統的平均成本降低 17%。 電網和氫氣管道的擴建以及充足的地下儲氫容量是降低電力成本的關鍵。 將電力系統和難以減排產業的綠氫基礎設施耦合起來,可以比獨立運營的系統節省 7% 的能源成本。 如果天然氣價格上漲至每百萬英熱單位 13 美元以上,煤炭價格上漲至每噸 2.5 美元以上,綠氫的成本將與甚至低於化石燃料制氫的成本。 到 2050 年,中國難以減排產業的燃料/原料氫需求預計將達到 4,100 太瓦時(1.24 億噸)。
引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

by Haozhe Yang,... arxiv.org 10-24-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.17947.pdf
Role of hydrogen in decarbonizing China's electricity and hard-to-abate sectors

深入探究

中國如何制定有效的政策和激勵措施,以促進綠氫產業的發展和部署?

中國可以採取多項政策和激勵措施,以促進綠氫產業的發展和部署: 一、政策方面: 制定明確的綠氫發展目標和路線圖: 明確綠氫在中國能源結構中的定位,制定不同階段的發展目標,例如電解槽裝機容量、綠氫產能、應用領域佔比等,並制定相應的路線圖,引導產業發展方向。 完善綠氫產業標準和認證體系: 制定綠氫生產、儲存、運輸和應用的技術標準和安全規範,建立綠氫認證體系,規範市場秩序,促進產業健康發展。 推動綠氫示範項目建設: 在重點領域,例如電力、钢铁、化工、交通等,選擇具有代表性的項目進行示範,驗證技術可行性和經濟性,為大規模推廣應用提供經驗。 加強國際合作,參與制定國際標準: 積極參與國際綠氫標準制定,加強與發達國家和地區的技術交流與合作,引進先進技術和管理經驗。 二、激勵措施方面: 提供財政补贴: 對綠氫生產、儲存、運輸和應用等環節提供財政补贴,降低綠氫成本,提高其市場競爭力。例如,可以對電解槽設備進行补贴,對綠氫生產企業提供稅收優惠,對使用綠氫的企業提供價格補貼等。 建立綠色金融體系: 鼓勵金融機構開發綠色金融產品,為綠氫項目提供融資支持。例如,可以設立綠色氫能發展基金,發行綠色債券等。 實施碳排放交易机制: 將綠氫納入碳排放交易體系,通過市場機制促進綠氫的應用。例如,可以允許綠氫生產企業出售碳排放配額,降低企業成本。 加大研發投入: 加大對綠氫關鍵技術研發的支持力度,突破技術瓶頸,降低成本,提高效率。例如,可以設立國家級綠氫技術研發中心,支持企業和科研機構開展聯合攻關。 總之,中國需要制定一套系統性的政策和激勵措施,從技術研發、示範應用、市場培育、基礎設施建設等多方面入手,才能有效促進綠氫產業的發展和部署,助力中國實現“雙碳”目標。

除了成本效益之外,大規模部署綠氫還面臨哪些挑戰和潛在風險?

儘管綠氫在實現碳中和目標中扮演著重要角色,但大規模部署綠氫仍面臨著一些挑戰和潛在風險: 一、技術挑戰: 電解水制氫成本高: 目前,電解水制氫成本仍然较高,與化石燃料制氫相比缺乏競爭力。 可再生能源發電的間歇性和波动性: 綠氫生產需要依賴可再生能源發電,而風能、太陽能等可再生能源發電具有間歇性和波动性,會影響綠氫生產的穩定性和效率。 儲氫和運氫技術尚待完善: 氫氣的儲存和運輸成本较高,且存在一定的安全風險,需要進一步完善相關技術。 二、基礎設施挑戰: 缺乏完善的氫能基礎設施: 目前,中國氫能基礎設施建設相對滯後,缺乏大規模儲氫、運氫和加氫站等基礎設施,制約了綠氫的應用。 電網改造升級需求: 大規模部署綠氫需要對現有電網進行改造升級,以適應可再生能源發電的接入和氫能的應用。 三、市場挑戰: 缺乏完善的市場機制: 目前,綠氫市場尚不成熟,缺乏完善的價格機制和交易機制,難以吸引社會資本投資。 公眾對氫能的認知度和接受度有待提高: 氫能作為一種新興能源,公眾對其認知度和接受度還不夠高,需要加強宣傳和科普。 四、潛在風險: 氫氣的易燃易爆性: 氫氣易燃易爆,需要嚴格的安全措施,防止發生安全事故。 綠氫生產過程中的碳排放: 雖然綠氫本身是零碳排放的,但其生產過程,例如電解槽的製造和運輸,可能會產生一定的碳排放。 為了解決這些挑戰和潛在風險,中國需要加大政策支持力度,鼓勵技術創新,完善基礎設施建設,培育市場主體,提高公眾認知度,推動綠氫產業的健康可持續發展。

綠氫技術的突破將如何影響中國的能源安全和地緣政治格局?

綠氫技術的突破將對中國的能源安全和地緣政治格局產生深遠影響: 一、提升能源安全: 降低對進口能源的依賴: 中國是全球最大的能源消費國,長期依賴進口石油和天然氣,能源安全面臨挑戰。綠氫技術的突破可以利用中國豐富的可再生能源資源,減少對進口能源的依賴,提升能源自給率,保障國家能源安全。 分散能源供應來源: 綠氫可以作為一種儲能介質,將可再生能源的電力儲存起來,並在需要時釋放出來,從而提高能源供應的靈活性和可靠性,降低對單一能源供應來源的依賴。 二、重塑地緣政治格局: 提升中國在全球能源治理中的話語權: 綠氫作為一種清潔能源,符合全球能源轉型趨勢,中國在綠氫技術上的突破將提升其在全球能源治理中的話語權和影響力。 促進國際合作,構建新型能源合作關係: 綠氫技術的發展需要國際社會的共同努力,中國可以通過技術輸出、項目合作等方式,與其他國家共同推動綠氫產業的發展,構建新型能源合作關係。 改變現有地緣政治格局: 傳統化石能源的供應格局造成了地緣政治的緊張局勢,綠氫技術的突破有可能改變現有的地緣政治格局,減少因能源爭奪而引發的衝突。 三、其他影響: 促進經濟發展,創造新的經濟增長點: 綠氫產業的發展將帶動相關產業鏈的發展,創造新的經濟增長點,促進經濟發展。 改善環境質量,促進生態文明建設: 綠氫作為一種清潔能源,可以減少污染物排放,改善環境質量,促進生態文明建設。 總之,綠氫技術的突破將對中國的能源安全和地緣政治格局產生積極而深遠的影響。中國應抓住機遇,加大對綠氫技術的研發投入,加快產業發展步伐,提升國際合作水平,為構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系做出貢獻。
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