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終端行業脫碳:綠色氫能的實用見解 Decarbonising End-Use Sectors: Practical Insights on Green Hydrogen
2021/05
International Renewable Energy Agency (IRENA)
https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2021/May/IRENA_Coalition_Green_Hydrogen_2021.pdf
一、前言
持續的氣候危機加上COVID-19大流行,促使許多國家採取綠色振興(Green Recovery)措施和政策,成為推動全球能源結構轉變的重要契機。截至2020年12月,已超過120個國家-占全球溫室氣體(Greenhouse Gas, GHG)排放量近三分之二-宣布實現淨零排放(Net-Zero Emissions, NEZ)承諾。為了實現淨零排放,各國需從化石燃料轉向再生能源,並擴大終端應用行業的脫碳。

以再生能源生產的綠氫,可應用於再生能源發電、工業與運輸等行業,亦可在再生能源系統中發揮平衡電網的功能。目前,綠氫占全球氫氣生產的比例不到1%,然而,隨著生產技術成本下降,綠氫被各國評估為最具長期發展潛力的綠色能源。此外,根據國際可再生能源機構(International Renewable Energy Agency, IRENA)的報告,預計到 2050 年,氫氣及其相關應用將占全球最終能源使用量的12%,而綠氫可滿足其中三分之二的需求。

文章將摘述全球綠氫的市場預測,以及國際發展現況後,再列出發展綠氫的建議,提供各國政府參考,擴大使用再生能源生產綠氫的規模及終端應用,以實現全球氣候目標。

二、全球綠氫的市場預測
大量、低成本的再生能源電力供應對於綠氫市場發展至關重要,根據IRENA的預測,到2050年,全球30%的電力將用於生產綠氫及其相關應用。全球每年需要近21,000TWh的再生能源電力供應,方以滿足終端應用行業電氣化和全球綠氫供應鏈發展的需求。因此,投資電解槽製氫,藉以提高產能滿足市場需求,並透過研發新技術降低成本、提升競爭力,將成為全球綠氫供應鏈的重要發展方向。根據IRENA的預測,到2050年需近5,000GW的電解製氫產能,才能達到每年生產400Mt的綠氫。

此外,氫能委員會(Hydrogen Council)在調查200多個綠氫項目後,預估
到2030年綠氫的總投資將超過3,000億美元。到2030年,IRENA行動聯盟(IRENA Coalition for Action)也將共同開發至少5GW的電解產能和250GW的再生能源發電產能(相當於2020年全球再生能源發電量淨成長261GW)。
其IRENA行動聯盟主要發展方向包括:
(1)向工業承購商出售綠氫;
(2)優化電解槽-再生能源混合解決方案以降低成本;
(3)透過提供電網輔助服務(Ancillary Services)以獲得收入。

從全球綠氫市場的長期發展而言,普華永道(PwC)估計,到2050年綠氫出口的市場價值每年可達到3,000億美元,而高盛(Goldman Sachs)則預計2050年綠氫的可用市場(Addressable Market)將達到10兆美元。

三、國際綠氫發展現況
政府支持和民間企業的參與是擴大綠氫投資(主要投資項目包括綠氫生產、氫氣運輸和儲存的基礎設施,以及將電力傳輸到電解槽的電網基礎設施)、加速綠氫部署,以及推動全球能源系統轉型的關鍵。與再生能源相同,透過發展規模經濟,綠氫的生產成本預計將繼續下降。政府可採用各種支持性政策措施,加速綠氫生產,實現國家氫能策略。目前,大多數國家還未發布國家的總體綠氫發展策略,而已經發布的國家多數集中在歐洲地區。

(一)歐盟的綠氫策略
歐盟已確定將綠氫作為實現淨零排放目標的關鍵能源策略,並制定到2030 年電解槽容量達40GW的目標,預計到2050年對綠氫的投資將高達5,670億美元。歐盟成員國在國家能源策略中擬訂到2030年的電解槽容量目標如下:法國6.5GW、德國5GW、義大利5GW、西班牙4GW、荷蘭3-4GW,以及葡萄牙2-2.5GW。此外,歐盟也通過為期7年(2021-2027年)的歐盟科學研究計畫"Horizon Europe",資助綠氫的研究和創新。

(二)日本、韓國的氫能策略
日本向來在氫能燃料電池領域中擁有技術上的優勢,並於2017年發布國家氫能策略,其發展重點為降低氫氣的生產成本,以及發展國際氫能供應鏈,隨後並在2019年更新氫能燃料電池策略路線圖。2019年,韓國也公布該國氫能經濟路線圖,優先發展汽車燃料電池和應用於發電的大型固定式燃料電池。

(三)各國發展氫能策略的瓶頸
1.未有足夠國家預算支持氫能發展
氫能目標必須有足夠的研發資金予以支持發展新技術,進而降低綠氫生產、分配和應用的風險。例如:許多國家的氫能策略中,過於依賴私人投資或是歐盟基金來實現氫能目標所需的補貼,因此增加氫能發展風險。

2.側重發展大型綠氫項目
大多數國家的氫能策略著重於建置大型綠氫供應項目,可能限縮綠氫項目的發展空間。因此,需要國家支持各種規模綠氫項目需求,並制訂相關監管政策。

3.未充分評估擴大綠氫應用對整體能源系統的影響
實現綠氫策略必須大幅提升再生能源發電產能,並建置相關的電力系統基礎設施,以及輸送綠氫的專用基礎設施。

4. 未提出鼓勵發展氫能認證計畫(Certification Schemes for Hydrogen)的政策框架
氫能認證計畫對於創建國家、區域和全球綠氫市場至關重要,許多國家的氫能策略中雖將氫能認證計畫列為發展項目,但未提出支持性的政策框架鼓勵發展氫能認證計畫。此外,亦需建立國際公認的氫能認證計畫,以發展全球綠氫市場。

四、發展綠氫的建議
(一)盡速制訂國家綠氫的策略性計畫
迄今為止,僅不到五分之一的國家提出氫能發展策略。建議各國可將綠氫計畫納入其國家自主減量貢獻(Nationally Determined Contributions ,NDCs)中加以修訂。此外,在制訂國家氫能行動計畫和路線圖前,應先評估未來的市場需求,促進綠氫產業的長期發展。

(二)實施財政政策和激勵措施
為加速綠氫技術的創新和部署,在綠氫相較於其他能源具有成本競爭力之前,國家需擬訂相關財政政策和激勵措施。在短期內,建議國家提供工業部門針對性的財政支持,將現有碳排放量較高的工業製程轉為使用綠氫作為能源來源。其他可運用的財政措施包括,實施補助或貸款等財政措施,降低融資項目的成本,或是採取租稅減免的激勵措施。

(三)開發綠氫樞紐
在短期內,政府應與工業界、學術界合作開發綜合綠氫中心,將綠氫的生產、儲存、分配以及消費集中在一個地理區域。透過建立生產者和消費者間的夥伴關係,可預先確定綠氫生產的承購商,進而降低風險。此外,開發綠氫樞紐亦可減少長途輸送氫氣的基礎設施需求。除了國內生產之外,也可盤點現有的基礎設施(氫氣輸送管道和航運)資源,再策略性設置綠氫樞紐,以利發展綠氫輸送和出口的市場發展策略。

(四)加強國際合作
透過加強國際合作,以及建立產、官、學間的夥伴關係,加速綠氫的應用,並開創快速脫碳的綠氫解決方案。合作重點包括研發綠氫相關技術;建立國際綠氫認證標準和共同協議;促進綠氫的國際貿易,並完善綠氫的國際供應鏈。
謝汎琪
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