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2021年全球氫能策略分析

謝汎琪、陳霈、古慧雯/ 發布日期:2022/02/23/ 瀏覽次數:668

一、前言

國際能源署(International Energy Agency, IEA)於「2050年淨零排放:全球能源部門路線圖」(Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector)報告中預估,至2050年,低碳氫將達到全球總能源消耗量的10%。目前,全球有17個國家已公布氫能發展策略,亦有20多個國家已公開承諾將訂定氫能策略。

各國提出到2030年達到淨零排放的氫能發展關鍵里程碑(表一),包括氫能的生產、基礎設施要求、轉化為其他燃料和終端應用等範疇,藉以呼籲各國政府採取行動,並透過各種政策工具,包括碳價、拍賣、配額、公共採購的授權和要求等擴大氫氣的生產並創造需求。國際能源署(IEA)提出制定氫能政策框架的5大關鍵領域,供各國政府規劃氫能的短期政策建議之參考,以敦促各國政府盡快採取措施積極推動氫經濟。

 

二、各國氫能策略發展趨勢

全球碳中和共識是增加氫能發展的關鍵驅動力,特別是針對難以脫碳產業。因此各國氫能策略中重點發展領域,主要有重型和長途運輸應用(公共汽車、卡車等)、碳密集或需要消耗化石燃料產氫的工業(煉油廠、化肥、鋼鐵)。而終端應用則需仰賴技術創新及政策誘因,例如:以氫氣進行家用供暖,需由現有基礎設施轉為氫氣應用,將天然氣轉化為氫氣管道或是改進鍋爐以適應氫氣等;航空業則因龐雜的系統和安全考量,發展時程較為緩慢。在成本競爭力方面,氫能委員會(Hydrogen Council)預計2030年低碳氫有機會在終端應用中與其他能源達成本競爭。

(一)日本與南韓:發展氫經濟

日韓兩國同質性高,皆屬於具經濟發達,但自然資源有限的主要能源進口國。有鑑於此,兩國不約而同將電力部門設為氫能經濟優先發展的領域,例如:日本已經擬定氫氣發電的預設目標,並積極推動家用燃料電池「ENE-FARM」的普及,使用氫進行分散式小規模發電,且利用發電時產生的熱能來供應暖氣或熱水。韓國政府則持續探索優化中央發電的可能性外,同時也嘗試在住家與建築物中的分散式發電系統使用燃料電池,並擬定深具企圖心的目標。此外,兩國都著眼於交通運輸部門,將發展重點投入在建立國內燃料電池汽車 (fuel cell vehicles, FCV)市場,目標是輕型汽車的使用;韓國特別致力於成為氫動力汽車的全球領導者,專注開發出口市場潛力。

(二)澳洲:以出口為重心

相較於日韓仰賴進口能源,澳洲是主要能源出口國,該國策略側重在氫氣的製造與出口,如潔淨氨的大規模製造,以及將運輸過程中所面臨的挑戰(例如:重型和長途運輸)納入考量。

(三)歐洲:工業和運輸部門脫碳

歐洲是世界能源消費大戶,其能源轉型目標設定在增加多數會員國使用再生能源的比例。因此,潔淨氫的主要應用目的在於協助工業脫碳,其次則是運輸部門。

德國在工業重點項目方面是以化工、石化和煉鋼業,運輸部門則是著重在:軍用車輛、拖板車和公共汽車等重型車輛。法國則聚焦於替換現有工業部門(例如:煉油、化學、農企業)所使用的碳基氫(carbon-based hydrogen),並在海運和航空產業展開前導計畫,並力求成為電解槽的主要生產商。荷蘭政府選擇開發氫基礎設施以觸及更廣大的用戶。有鑑於高昂的基礎設施成本,挪威基於基礎設施之成本考量,選擇在主力消費者所在地點附近生產,而後將二氧化碳運回挪威儲存。西班牙和葡萄牙專注於再生氫的生產和國內消費,並以長期出口為目標,但也考慮從能規模化生產潔淨氫的國家(像是:中東、北非、拉丁美洲)進口,以兼顧經濟效益。

(四)智利與加拿大:生產、消費和出口潔淨氫

在美洲,智利和加拿大初期先以滿足當地供需做為開發重心,中期再考慮出口。而智利擁有良好的再生能源條件,該國的目標是以在地生產綠氨與灰氫取代進口氨,並在煉油廠使用綠氫,亦期綠氫應用於未來長程與重型運輸。

加拿大則是碳氫化合物主要出口國,近程發展重心著重在運輸領域的終端應用,預計將燃料電池佈局在公路運輸、鐵路和航運,長程亦規劃將天然氣與氫氣混合,來達到脫碳與加熱的目標。

 

三、氫能政策框架的5大關鍵領域

(一)制定國家總體目標及長期政策

政府應確定氫能用於脫碳的最有效方式,並據以制訂政策作為長期能源發展策略,進而提高利害關係人開發氫能技術的信心,促進企業和國際間的合作。

1.製氫技術

在已發布氫能策略的國家中,其共同之處係將電解製氫作為長期發展氫能的首選技術,包括運用再生能源(德國、葡萄牙、西班牙和智利)製氫,以及利用低碳電力製氫(法國)。

此外,有9個國家(包括歐盟)在其氫能策略中提及結合化石燃料與碳捕獲、利用與封存技術(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)製氫,以降低現有的碳排放量。值得注意的是,多數國家的氫能策略皆涉及新興技術製氫的發展潛力,例如甲烷熱解或生質能製氫等新興技術。

2.擬定階段性目標

一般而言,各國政府趨向採取階段性方式將氫能逐步納入能源系統中,雖然各國區分發展階段的方式各不相同,但其氫能策略可歸納為3個主要階段性目標:

(1)擴大規模並奠定市場基礎(2020年代初);

(2)擴大氫能應用並促進氫能市場發展(2020年代末至2030年代初);

(3)全面性地將氫能作為潔淨能源載體(2030年後)。

(二)創造低碳氫氣的需求並擴大應用範疇

由於目前大多數政府目標和政策都聚焦於擴大氫氣供應,導致低碳氫氣生產有超過需求成長的趨勢。因此,各國政府需要採取相應措施以避免價值鏈失衡。例如:

擬定氫能政策,並透過各種政策工具創造對低碳氫的需求,以驅動氫能價值鏈的投資,使氫能發展項目可順利融資並克服部署障礙。

(三)以政策工具促進低碳氫取代化石燃料

部署中的許多氫能項目皆面臨需求不確定、缺乏經驗和價值鏈複雜等投資風險,因此,政府採取各種碳價、拍賣、配額、公共採購的授權等政策工具,以降低資本和營運成本風險的措施,有助於吸引私部門資金進入氫能市場。

1.歐洲發展經驗

歐洲政府相當積極協助降低氫能開發商的風險,例如:2021年5月,荷蘭政府承諾提供20億歐元發展Porthos項目,以支持化石燃料結合CCUS技術製氫項目開發。此外,2020年9月,歐盟委員會宣布為其100MW規模的氫氣電解廠進行招標。更重要的是,歐盟委員會將氫能納入歐洲共同利益重要項目 (Important Projects of Common European Interest, IPCEI)計畫中,允許透過成員國和委員會驗證的氫能項目可獲得大於國家援助規則的資金。預計可有效提升氫能價值鏈的重大項目投資,並擴大未來10年的氫經濟規模。

2.新的政策工具

(1)德國

H2 Global計畫和碳差異合約(Carbon Contracts for Difference, CCfD)試點計畫

2021年6月,德國政府公布H2 Global 計劃,編列9億歐元的預算,並預計帶動超過15億歐元的私人投資。該計畫目標在於擴大再生能源電力生產氫氣的國際市場,亦將招標為期10年的氫基產品採購協議,為投資者提供項目融資的確定性。

在德國國家氫能策略中,聯邦政府還宣布將啟動新的碳差異合約(CCfD)試點計畫,並支付碳價差額(氫能項目的碳排成本與歐盟排放交易機制(European Emission Trading Scheme, EU ETS)之間的差額),以支持鋼鐵和化工產業使用再生能源所生產的氫氣。

(2)拍賣

拍賣為推廣太陽光電和風力發電等再生能源技術的重要政策工具,現在亦將應用於氫氣領域中。例如:印度政府2021年6月宣布拍賣再生能源生產的氫氣;荷蘭國家氫能策略亦提及離岸風電結合氫氣生產,進行聯合拍賣的發展潛力。

(四)促進研發、創新、示範項目和知識共享

由於尚未達到規模經濟,處於早期開發階段的氫能終端應用技術無法在開放市場中競爭,因此在私部門的創新並推動技術商業化的發展中,政府的政策工具扮演著關鍵角色。例如:歐盟政府與私部門共同組成氫能燃料電池聯合(Fuel Cell Hydrogen Joint Undertaking, FCH JU)自2008年起提供超過10億歐元的資金,支持氫能燃料電池技術研發和示範。

2021年7月歐盟委員會發起歐洲清潔氫能聯盟,連結中央政府、產業、地方政府、民間團體和其他利害關係人,共同擬定氫能投資計畫。美國能源部(Department of Energy, DOE)也啟動了第一個氫能專案Energy Earthshot,2030年的目標為降低80%的低碳氫氣成本(降至1.00美元/kg H2),並整合資源用以建立利害關係人之間的合作與連結。

(五)統一氫能部署的法律、規範和標準

1.需重新審視公用事業和電網營運商相關法規

就氫能發展現況而言,氫氣可併入天然氣網路,以維持電網的彈性和可靠性。換言之,氫氣將促使電力和天然氣公用事業部門之間的合作,因此,政府需重新審視現有法規,並建立新的監管框架。

2.需建立國際公認的統一標準

國際公認的統一標準可避免重複計算環境效益,因此建立國際公認的低碳氫氣認定標準對氫能市場發展至關重要。報告中亦指出,國際認定標準需兼具以下特性:包容性(不應排除任何能源類別)、靈活性、透明度和實用性。

 

三、小結:推動氫能的短期政策建議

經審視氫能市場發展現況與各國政策與相關措施後,IEA提出各國政府推動氫能的短期政策建議如下:

1.將氫能納入國家能源系統中,並制定氫能發展策略及路線圖;

2.創造以低碳氫氣取代化石燃料的誘因;

3.促進對製氫設備、基礎設施和氫能工廠的投資;

4.積極支持技術創新,推動關鍵技術商業化;

5.建立相關認定標準和監管制度。

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