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歐盟綠色氫能之競爭優勢

古慧雯/ 發布日期:2020/06/16/ 瀏覽次數:364

歐洲氫能組織Hydrogen Europe公布了「Green Hydrogen for a European Green Deal A 2x40 GW Initiative」,報告中闡述歐盟在發展綠色氫氣的競爭優勢,並在技術發展及可再生能源大規模建置下,預估2030年綠色氫氣(Green Hydrogen)成本已相當於由化石燃料產生的灰色氫氣(Grey Hydrogen)之成本。 
氣候變遷除了引發全球對溫室氣體排放的重視外,也帶來經濟上的改變,而氫能在實現潔淨和促進經濟發展中發揮關鍵作用。氫氣在進行大量、長距離能量運輸及儲存上具備成本效益,且可多方面應用於工業原料或高溫加熱、運輸、建築物及平衡或供應電力等。此外,彭博新能源財經(Bloomberg New Energy Finance, BNEF)也指出全球無追蹤系統之太陽能的平均發電成本(Levelized cost of electricity, LCOE) 於2019年降至57美元/MWh;陸域風力發電則降至50美元/MWh;海上風力發電降至89美元/MWh。隨著成本下降與技術改進,歐盟與其他鄰國具有豐富的可再生資源,占有地理優勢,且擁有廣泛的天然氣基礎設施及領先全球的電解槽技術,促使歐盟在氫工業的發展中佔據了競爭優勢,並成為綠色氫氣技術的全球市場領導者。

一、製氫優勢

(一)    可再生資源豐富
氫是良好的能源載體,可以透過(電)化學的方式從化石能源,例如天然氣,石油,煤炭或化石電力,或從可再生資源,例如綠色電力,沼氣,生物質,或直接從陽光中獲得。而由沼氣,生物質以及通過水與可再生電力的電解產生的氫氣稱為可再生或綠色氫氣,因此,可再生資源的平均發電成本LCOE是影響綠色氫氣(Green Hydrogen)發電成本之主要關鍵,根據IRENA(2019)估算全球不同地區的風能和太陽能平均發電成本LCOE,預測到2035年可再生能源製氫成本將低於化石燃料製氫。而歐洲及鄰近國家因地理優勢多屬豐富的太陽能和風能場域,如北海、愛爾蘭海、波羅的海和地中海具豐富的海上風能資源;希臘、英國、愛爾蘭和部分臨海國家,如葡萄牙、波蘭和德國,則具豐富的陸上風能;大型太陽能則有西班牙、葡萄牙、義大利和希臘。鄰近國家的烏克蘭則是擁有良好的風能資源,以及豐富的生質能;北非、中東、土耳其、阿曼、沙烏地阿拉伯、約旦等都是有良好且豐富的太陽能和風能資源,並具備出口潛力。故預估歐洲於2030年前綠色氫氣(Green Hydrogen)成本即可達1.13-1.69美元/kg,低於由化石燃料產生的灰色氫氣(Grey Hydrogen)之成本。

(二)製氫技術領先
利用可再生資源電解水產生綠色氫氣的過程中,電解技術是主要的關鍵,目前常見的技術有鹼性電解法(Alkaline electrolysis, ALK)、質子交換膜電解法(Polymer electrolyte membrane electrolysis, PEM)和固態氧化物電解法(Solid oxide electrolysis cells, SOEC),其中鹼性電解法最為成熟,全球約有20-25 GW專門用來電解溶解在水中的鹽,生產氯氣及其副產物氫氣。電解槽技術是鹼性電解法的主要技術,歐洲因具備完善的電解槽產業和供應鏈系統,而佔據全球市場的領先地位。

二、運輸優勢

歐洲及鄰近國家具有豐富的太陽能和風能資源,但能源生產地通常遠離需求地(如工業區或都會區)。此外,再生能源的大量成長也造成既有電網容量限制的問題。因此,將太陽能和風能產生的電力轉化為氫氣儲存,除可降低電纜輸送電力的成本,並能避免傳輸過程中造成的損失,且無須新增電網容量。根據研究報告指出,氫氣的管道運輸成本比電力的電纜運輸成本便宜10到20倍,而管道運輸容量為15-30GW是電力傳輸的15倍,且在傳輸過程中亦無額外損失。
歐洲具有完善的天然氣基礎設施,連接歐洲(北海,挪威和荷蘭)和鄰近國家(俄羅斯,阿爾及利亞,利比亞)的天然氣生產地區。歐洲天然氣基礎設施公司Gasunie已在荷蘭將一條12公里的天然氣管道轉換為氫氣主幹管道,並自2018年11月起開始運作。而德國大型天然氣運輸公司FNB Gas亦計畫開發5900km的氫氣運輸網絡,藉由局部轉換現有的天然氣管道,連接德國北部未來的氫氣生產中心。另一方面,與建造新的電力基礎設施相比,「新的」天然氣基礎設施較具成本效益,而低成本且可大規模運輸能源,將能促進可再生能源的發展。

三、儲存優勢

在歐洲天然氣的需求量隨季節性出現強烈性變化,一般冬季的需求量是夏季的2-3倍,為達供需平衡,目前約有15-20%的天然氣儲存於空曠的氣田、多孔岩層和鹽洞中。鹽洞是生產鹽的礦坑,歐洲有許多空的鹽洞可供大規模的儲存天然氣或氫氣,如英國利茲附近數十年前就儲氫於鹽洞中。一般鹽洞中可在200 bar的壓力下存儲6,000噸的氫氣(約240 GWh),研究報告中更指出其建置成本可較電池儲能設備便宜100倍,因此藉由數GW太陽能和風能生產廉價的氫氣,透過管道進行大規模氫氣運輸並在鹽洞中儲氫,可降低總體能源系統的成本,並提供可靠且潔淨的脫碳能源系統。

四、應用優勢

歐洲擁有主要的石化和化學工業,占全球煉油和化學產品總產量的6%至15%。而氫氣在石化和化學工業的生產過程中扮演重要角色,氫氣可在鋼鐵生產中代替煤來還原鐵礦石及和二氧化碳合成甲醇和煤油;在工業中代替天然氣和煤炭高溫熱和蒸汽;在建築物中用於加熱和發電;在電網中更可以平衡集中式或分散式發電的峰值功率,且不受時間及地域的限制。因此,未來氫動力運輸載具市場將大幅成長,而將氫轉化為電能的燃料電池亦成為未來的主要技術。
 

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