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下載手機(jī)APP 電氣化日益滲入各行各業(yè)的今天，仍有部分行業(yè)很難擺脫對(duì)化石能源的依賴，這些行業(yè)被稱(chēng)為去碳化“老大難”，如航空、長(zhǎng)途運(yùn)輸、煉鋼和水泥制造，以及可靠的電力供應(yīng)等。氫氣被視為實(shí)現(xiàn)這些行業(yè)去碳化的最佳選項(xiàng)，而以氫為基礎(chǔ)制造碳?xì)浠衔锊?shí)現(xiàn)去碳化的燃料被稱(chēng)為氫燃料，近期更是受到一定程度的追捧。
近期有關(guān)公眾政策的討論尤其關(guān)注這一領(lǐng)域，特別是在歐洲，一些政策決策人和研究人員也都大力呼吁，在更大范圍內(nèi)用氫燃料取代天然氣。波茲坦氣候應(yīng)對(duì)研究院新近出爐的報(bào)告分析了氫燃料作為替代能源的利弊，認(rèn)為其確實(shí)能有效挖潛低碳且廉價(jià)的太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電，最終又能利用大氣中的二氧化碳，得到氣態(tài)或液態(tài)的燃料，具有能量密度高、可儲(chǔ)運(yùn)和可燃燒等特點(diǎn)，從而成為替代化石燃料的完美選項(xiàng)。
氫燃料是二次能源載體，使用過(guò)程中有轉(zhuǎn)化損失
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但實(shí)際上，氫燃料之所以被看好，最大原因是其可以在過(guò)去與未來(lái)之間建立一個(gè)橋梁，允許內(nèi)燃機(jī)和其他以燃燒化石燃料為主的設(shè)施繼續(xù)存在，并在應(yīng)對(duì)氣候變化的大環(huán)境下找到新的定位。人口密度大、缺乏太陽(yáng)能和風(fēng)能的地區(qū)，也可通過(guò)全球市場(chǎng)進(jìn)口氫燃料。
但波茲坦氣候應(yīng)對(duì)研究院的研究結(jié)果也表明，氫燃料的弊端也很明顯，它是二次能源載體，在供應(yīng)端和終端用戶的使用過(guò)程中都存在額外的轉(zhuǎn)化損失。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和相應(yīng)的技術(shù)，氫燃料將電轉(zhuǎn)化為可用能源的效率在16%~48%。換言之，如果按發(fā)電量計(jì)算，氫燃料所需的電量是直接用電替代物所需電量的2~10倍。這其中的損失超過(guò)可再生能源豐富的國(guó)家用電和將其以氫燃料出口獲得的收益。
從供應(yīng)端來(lái)看，氫燃料的生產(chǎn)至少需要兩個(gè)轉(zhuǎn)化步驟：電解和烴的合成，從電到燃料的效率損失為50%，其中包括從空氣中捕集二氧化碳時(shí)所需的5%左右的電量，而這個(gè)過(guò)程中所需的熱量也將耗去總電力的20%，但考慮到可以使用其他途徑的廢熱，故在計(jì)算中將之忽略。
從需求端來(lái)看，燃燒氫燃料做機(jī)械功時(shí)，轉(zhuǎn)化能效低于20%，也即燃燒氫燃料的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所需的電量是電動(dòng)汽車(chē)(可再生能源電力)的5倍，且后者的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)更少，也不依賴內(nèi)燃機(jī)，有效能利用率更高。
2030年前，氫燃料還不具備競(jìng)爭(zhēng)性
在對(duì)比分析了氫燃料、化石燃料和直接電氣化的經(jīng)濟(jì)性后，該報(bào)告認(rèn)為，氫燃料短期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)低成本充分供應(yīng)，從而大范圍取代化石能源，其推廣主要依賴政策扶持。目前還沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)性的推廣支持行為，至少在2030年前，碳稅的水平還不足以使氫燃料具備競(jìng)爭(zhēng)性。因此氫燃料的前景目前還不明確。
考慮到當(dāng)前氫燃料的稀缺性，進(jìn)行氣候和能源政策決策時(shí)應(yīng)在價(jià)值排序的基礎(chǔ)上，確定在哪個(gè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)氫燃料的終端用戶。引導(dǎo)特定氫燃料終端用戶的規(guī)章和政策應(yīng)系統(tǒng)性地考慮在其他場(chǎng)合使用氫燃料的機(jī)會(huì)成本。在當(dāng)前急需進(jìn)行碳中和與減排的背景下，有限的氫燃料應(yīng)優(yōu)先考慮用于無(wú)法或難以通過(guò)直接電氣化和其他選擇實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的行業(yè)，但這并不一定是指那些氫燃料最具競(jìng)爭(zhēng)性或去碳化老大難行業(yè)。
氫燃料不應(yīng)成為大范圍直接電氣化的阻礙，如果押寶于氫燃料的大發(fā)展而忽視終端使用轉(zhuǎn)型，一旦氫燃料的規(guī)模達(dá)不到預(yù)期，可能陷入對(duì)化石能源的完全依賴。
氫燃料不太可能促成2030年氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，原因是其效率主要取決于是否有較高的電轉(zhuǎn)化率，與之相比，低碳電力通過(guò)直接電氣化可以更有效地減少碳排放。
中期來(lái)看，氫燃料的競(jìng)爭(zhēng)性取決于碳稅的高低。長(zhǎng)期來(lái)看，氫燃料一方面有助于解決人口密度高、可再生能源匱乏地區(qū)的減排問(wèn)題，如德國(guó)、日本、韓國(guó)等;另一方面可為可再生能源豐富的地區(qū)，如西亞北非、冰島、拉美和澳大利亞，創(chuàng)造能源出口機(jī)會(huì)。從這個(gè)角度看，氫燃料可將太陽(yáng)能“打包”在全球進(jìn)行貿(mào)易，縮小可再生能源供應(yīng)與能源需求之間的差距。但要建立這樣的市場(chǎng)，在政策層面將是極大的考驗(yàn)。
發(fā)展氫燃料應(yīng)將其置于整體轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略中，其中包括基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)，而電力、二氧化碳、氫氣直接利用的程度將決定基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)。中國(guó)石化報(bào) 作者：盧雪梅
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近期有關(guān)公眾政策的討論尤其關(guān)注這一領(lǐng)域，特別是在歐洲，一些政策決策人和研究人員也都大力呼吁，在更大范圍內(nèi)用氫燃料取代天然氣。波茲坦氣候應(yīng)對(duì)研究院新近出爐的報(bào)告分析了氫燃料作為替代能源的利弊，認(rèn)為其確實(shí)能有效挖潛低碳且廉價(jià)的太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電，最終又能利用大氣中的二氧化碳，得到氣態(tài)或液態(tài)的燃料，具有能量密度高、可儲(chǔ)運(yùn)和可燃燒等特點(diǎn)，從而成為替代化石燃料的完美選項(xiàng)。
氫燃料是二次能源載體，使用過(guò)程中有轉(zhuǎn)化損失
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但實(shí)際上，氫燃料之所以被看好，最大原因是其可以在過(guò)去與未來(lái)之間建立一個(gè)橋梁，允許內(nèi)燃機(jī)和其他以燃燒化石燃料為主的設(shè)施繼續(xù)存在，并在應(yīng)對(duì)氣候變化的大環(huán)境下找到新的定位。人口密度大、缺乏太陽(yáng)能和風(fēng)能的地區(qū)，也可通過(guò)全球市場(chǎng)進(jìn)口氫燃料。
但波茲坦氣候應(yīng)對(duì)研究院的研究結(jié)果也表明，氫燃料的弊端也很明顯，它是二次能源載體，在供應(yīng)端和終端用戶的使用過(guò)程中都存在額外的轉(zhuǎn)化損失。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和相應(yīng)的技術(shù)，氫燃料將電轉(zhuǎn)化為可用能源的效率在16%~48%。換言之，如果按發(fā)電量計(jì)算，氫燃料所需的電量是直接用電替代物所需電量的2~10倍。這其中的損失超過(guò)可再生能源豐富的國(guó)家用電和將其以氫燃料出口獲得的收益。
從供應(yīng)端來(lái)看，氫燃料的生產(chǎn)至少需要兩個(gè)轉(zhuǎn)化步驟：電解和烴的合成，從電到燃料的效率損失為50%，其中包括從空氣中捕集二氧化碳時(shí)所需的5%左右的電量，而這個(gè)過(guò)程中所需的熱量也將耗去總電力的20%，但考慮到可以使用其他途徑的廢熱，故在計(jì)算中將之忽略。
從需求端來(lái)看，燃燒氫燃料做機(jī)械功時(shí)，轉(zhuǎn)化能效低于20%，也即燃燒氫燃料的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所需的電量是電動(dòng)汽車(chē)(可再生能源電力)的5倍，且后者的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)更少，也不依賴內(nèi)燃機(jī)，有效能利用率更高。
2030年前，氫燃料還不具備競(jìng)爭(zhēng)性
在對(duì)比分析了氫燃料、化石燃料和直接電氣化的經(jīng)濟(jì)性后，該報(bào)告認(rèn)為，氫燃料短期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)低成本充分供應(yīng)，從而大范圍取代化石能源，其推廣主要依賴政策扶持。目前還沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)性的推廣支持行為，至少在2030年前，碳稅的水平還不足以使氫燃料具備競(jìng)爭(zhēng)性。因此氫燃料的前景目前還不明確。
考慮到當(dāng)前氫燃料的稀缺性，進(jìn)行氣候和能源政策決策時(shí)應(yīng)在價(jià)值排序的基礎(chǔ)上，確定在哪個(gè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)氫燃料的終端用戶。引導(dǎo)特定氫燃料終端用戶的規(guī)章和政策應(yīng)系統(tǒng)性地考慮在其他場(chǎng)合使用氫燃料的機(jī)會(huì)成本。在當(dāng)前急需進(jìn)行碳中和與減排的背景下，有限的氫燃料應(yīng)優(yōu)先考慮用于無(wú)法或難以通過(guò)直接電氣化和其他選擇實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的行業(yè)，但這并不一定是指那些氫燃料最具競(jìng)爭(zhēng)性或去碳化老大難行業(yè)。
氫燃料不應(yīng)成為大范圍直接電氣化的阻礙，如果押寶于氫燃料的大發(fā)展而忽視終端使用轉(zhuǎn)型，一旦氫燃料的規(guī)模達(dá)不到預(yù)期，可能陷入對(duì)化石能源的完全依賴。
氫燃料不太可能促成2030年氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，原因是其效率主要取決于是否有較高的電轉(zhuǎn)化率，與之相比，低碳電力通過(guò)直接電氣化可以更有效地減少碳排放。
中期來(lái)看，氫燃料的競(jìng)爭(zhēng)性取決于碳稅的高低。長(zhǎng)期來(lái)看，氫燃料一方面有助于解決人口密度高、可再生能源匱乏地區(qū)的減排問(wèn)題，如德國(guó)、日本、韓國(guó)等;另一方面可為可再生能源豐富的地區(qū)，如西亞北非、冰島、拉美和澳大利亞，創(chuàng)造能源出口機(jī)會(huì)。從這個(gè)角度看，氫燃料可將太陽(yáng)能“打包”在全球進(jìn)行貿(mào)易，縮小可再生能源供應(yīng)與能源需求之間的差距。但要建立這樣的市場(chǎng)，在政策層面將是極大的考驗(yàn)。
發(fā)展氫燃料應(yīng)將其置于整體轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略中，其中包括基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)，而電力、二氧化碳、氫氣直接利用的程度將決定基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)。中國(guó)石化報(bào) 作者：盧雪梅
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