一、前言

離岸風力發電為英國再生能源發展的主力，其政府透過開發大量的大型離岸風力發電廠並結合電網的部署，有效提升供電效率，現今英國離岸風力發電的平均發電成本已從2010年的140£/MWh降至2020年的83£/MWh，預計於2024年可比電價低6£/MWh(圖一)，而具成本競爭的風場則預估有高達675GW的開發潛力，每年可生產3,375TWh（2018年英國能源消耗約1,600TWh）。

根據英國離岸再生能源整合開發中心(Offshore Renewable Energy Catapult)提供之數據顯示，透過結合離岸風力發電的發展，預估2030年質子交換膜(Proton-exchange membrane, PEM)電解法製氫之均化成本可降至2.2£/kg，與2020年 5.2£/kg相比，降幅達到58%(圖二)。離岸風電產氫的優勢除確保英國能源的安全外，還可減少對俄羅斯天然燃氣及北非太陽能發電的依賴，以避免政治及經濟風險影響供應鏈的安全。而歐洲對於綠氫的潛在需求，促使英國可透過電纜連結或氫氣管道向歐洲出口能源，亦可供應全球氫氣貨船燃料，預測到2050年對歐洲的能源出口可達40億~480億英鎊。因此，以下綜整英國於氫能市場的需求與生產技術的發展以供參考及借鏡。

二、氫能策略

(一)運輸部門
1.市場需求
現今英國汽車供應鏈積極進行電氣化轉型，使得電動汽車(Battery Electric Vehicle, BEV)在小型汽車領域快速成長，但因驅動電池的負重高而降低車輛的有效負載，且耗費充電時間，因此在長途運輸的應用上大幅受限。而與鋰電池電動汽車相比，氫燃料電池電動汽車的重量及體積皆較輕巧，加上充電效率高且使用時間較長，對於重型卡車(Heavy goods vehicle, HGV)或長途大型客運而言更具實用性，使得其被認為是更具成本效益的技術，預計2030-2050年潛在的市場規模將從3萬輛/年增加至50萬輛/年。此外，由於目前氫氣仍屬成本較高之燃料，海上運輸及航空運輸等相關技術持續開發中。

2.政府政策
目前英國政府運輸部門(Department for Transport)在《氫氣運輸計劃》(The Hydrogen for Transport Programme, HTP)中規劃2,300萬英鎊的發展基金，擬於2017年至2020年間加速氫燃料電池電動汽車及能源供應基礎設施的部署。此外，亦於Orkeny 群島啟動HySeas III項目，開發以綠氫為燃料的車輛、客輪，而HyFlyer項目則是進行具電動馬達、氫燃料電池及儲氫裝置的小型客機之示範驗證。

(二)建築部門
1.市場需求
對於建築部門熱能和動力的脫碳策略，要以低碳的替代燃料或是透過提高建築效率達到降低熱能需求是困難且複雜的，因此氫氣提供一種高經濟效益且可靈活運用的脫碳方式。其除可在目前天然氣網絡不升級設備的情況下，以2:8的氫與天然氣比例提供加熱或電力的需求，亦可以燃料電池替代鍋爐，氣候變化委員會CCC(Committee on Climate Change)更預估到2050年採全氫氣供熱的成本將低於電力。
2.政府政策
英國商業、能源及產業策略部門(Department for Business, Energy and Industrial Strategy, BEIS)及天然氣暨電力市場管制局(Office of Gas and Electricity Markets, Ofgem)投資建築脫碳的相關研究計畫，主要以氫氣應用於建築供熱及供電技術的可行性、安全性及經濟性方面，如Hy4Heat計畫是以開發應用於供熱或烹飪的家用型氫能技術。

(三)工業部門
1.市場需求
氫氣在工業部門主要可分為三類型的應用，分別為熱能、動力及原料。氫氣除可提供工業上從融化到乾燥的化學反應所需低於100℃~400℃以上的熱能外，亦能應用於電氣化、生質能和二氧化碳捕獲與封存(CO2 Capture and Storage, CCS)，以提供其他行業脫碳的途徑。例如煉油、氨氣、鋼鐵和甲醇的製造大多來自非再生能源-天然氣、煤炭、或石油，因此僅能藉由CCS技術或是綠氫達到脫碳的目的。而未來化學及鋼鐵製造產業對低碳氫的潛在需求，將得以形成一個巨大規模的氫經濟。

2.政府政策
目前英國研究創新局(UK Research and Innovation, UKRI)於產業策略挑戰基金 (The Industrial Strategy Challenge Fund)耗資1.7億英鎊在工業脫碳挑戰(Industrial Decarbonisation Challenge, IDC)計畫上，透過開發二氧化碳捕獲與封存技術及部署氫氣網絡以加速工業脫碳的效率，並訂定2030年達低碳工業，2040年達淨零碳工業的目標。此外，商業、能源及產業策略部門(Department for Business, Energy and Industrial Strategy, BEIS)亦成立3.15億英鎊的工業能源轉型基金及2.5億英鎊的潔淨鋼鐵基金，促使高耗能產業及鋼鐵業達到脫碳的目標。

三、綠氫主要技術發展分析

(一)離岸風電製氫技術
離岸風電製氫可分為陸上製氫及海上平台製氫模式，前者為風場藉由高壓交流電纜(HVAC)輸電到岸上，以交流及直流轉換器(AC-DC converter)轉換為直流電並供電解槽使用以產生氫氣，將產出的氫氣壓縮後透過氫氣管路分配給終端用戶；後者為將水電解產氫技術所需之電解槽系統(electrolyser system)、海水淡化裝置(water desalination system)及氫氣壓縮機(hydrogen compressor) 架設於離岸平台上，將反應產生之氫氣透過氫氣壓縮機減少其體積以增加壓力，進而產生液態或壓縮氫氣，最後透過大型海上管道直接傳輸或原天然氣網絡管道輸送氫氣以供應給終端用戶或儲存備用。而根據能源三角洲研究所(Energy Delta Institute, EDI)的研究顯示，在最佳削減率(optimal curtailment)及最低氫能成本(lowest cost of green hydrogen)下，最佳電解槽峰值容量僅為離岸風力發電廠裝置容量的80%。雖然目前兩種製氫模式的成本皆高於傳統低碳製氫-蒸氣甲烷重組 (steam methane reforming, SMR)或自熱重組(Autothermal Reforming, ATR) 製氫法，但隨電解技術的提升及成本的降低之下，預估製氫成本可於2050年低於傳統低碳制氫法。

(二)電解技術
現今主要的水電解產氫技術共有三項，分別為鹼性電解法(Alkaline electrolysis, AEL)、固態氧化物電解電池(solid oxide electrolyzer cell, SOEC) 及質子交換膜(Proton-exchange membrane, PEM)。鹼性電解法透過將直流電與氫氧化鉀電解液作用產生氫氧根離子，並經由多孔傳導膜至陽極進行氧化反應產生氫氣；固態氧化物電解電池則是將陶瓷材料做為電解質，透過蒸氣型態的水進入電解槽時產生氫離子，並與外部迴路傳導之電子結合產生氫氣；質子交換膜技術使用固態酸性聚合膜做為電解質，透過陽極電解產生的氫離子，並經質子交換膜與電子結合產生氫氣(註1) 。
根據英國離岸再生能源整合開發中心在將電流密度做為測試基準下，以資本支出(capital expenditure, CAPEX)衡量成本，結果顯示，鹼性電解法為三項技術中較為成熟之技術，其用於製氫的成本最低；而質子交換膜技術的工作電流密度雖為AEL的5-10倍，相對增加啟動成本但雖技術快速成長，預計於2030年成本可低於AEL；固態氧化物電解電池目前商化技術尚未成熟，但卻有望在2050年達到比AEL與PEM更高的氫氣轉化效率(約85%)，預估2050年時，AEL、PEM及SOEC的平均製氫成本都將可低於2£ / kg。在技術發展方面，由於PEM的性能優勢，因此大多集中開發PEM相關技術，其關鍵技術的研發如表一。

四、結論

現今台灣約有98%的能源仰賴進口，且主要為石化原料，近期為配合國際減碳趨勢，台灣致力於綠能的推動，並將離岸風力發電及太陽能發電作為發展的首要項目。然而，離岸風力發電及太陽能在尖峰發電時期常有無法併網之問題，造成大量再生能源的浪費，為解決此項問題，再生能源進行電解產氫的綠色氫氣技術興起，透過綠色氫氣及再生能源的搭配將可大幅提升台灣的綠色能源自主率。而為加速台灣氫能產業的推動，近期除有學者召集業者創立「台灣氫能產業發展聯盟」外，政府亦將氫能運輸及氫能發電並行做為產業策略的目標，以帶動氫能技術推動(註2) 。由於台灣與英國皆將離岸風力發電做為主要發展項目之一，英國將離岸風力發電透過電網的部署結合綠色氫氣的發展模式，可供我國參考與借鏡。

註1:太原麗子 (2018)，電解產氫技術簡介及日本發展現況研析，P.2。https://reurl.cc/KjOgYy  
註2:黃得瑞 (2019)，台灣氫能產業發展策略分享。https://reurl.cc/ldnzbQ