低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用（英）

低碳燃料在电力行业清洁能源转型中的作用 低碳燃料在电力行业清洁能源转型中的作用 国际能源机构国际能源署审查全方位能源问题，包括石油、天然气和煤炭的供需、可再生能源技术、电力市场、能源效率、能源获取、需求侧管理等等。通过其工作，IEA 倡导提高其能源可靠性、可负担性和可持续性的政策。30个成员国，8 个协会国家及其他国家。请注意，本出版物受到限制其使用和分发的特定限制。条款和条件可在 www.iea.org/t&c/ 在线获得本出版物和其中包含的任何地图不损害任何领土的地位或主权，不损害国际边界和边界的划定以及任何领土、城市或地区的名称。资料来源：国际能源署。版权所有。国际能源署网站：www.iea.orgIEA成员国：澳大利亚 奥地利 比利时 加拿大捷克共和国 丹麦 爱沙尼亚芬兰法国德国希腊匈牙利爱尔兰意大利日本韩国卢森堡 墨西哥 荷兰 新西兰 挪威 波兰 葡萄牙斯洛伐克共和国 西班牙瑞典 瑞士 土耳其英国 美国欧盟委员会也参与国际能源署的工作IEA协会国家：巴西 中国 印度 印度尼西亚 摩洛哥 新加坡南非 泰国 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用抽象的磷年龄|页3抽象的世界各国政府都面临着确保电力安全和满足日益增长的用电量同时减少排放的挑战。可再生能源的显着增加和最终用途的电气化在清洁能源转型中发挥着核心作用。然而，由于太阳能光伏和风能的可变性，一个安全和脱碳的电力部门需要比目前规模更大的其他灵活资源。其中包括低碳可调度发电厂、储能、需求响应和传输扩展。这些技术的可用性和成本取决于当地条件、社会接受度和政策。在化石燃料发电厂中燃烧大量低碳氢和氨的可能性为各国提供了一种额外的工具来使电力部门脱碳，同时保持现有车队的所有服务。相关技术发展迅速。小型发电厂已成功实现了高达 20% 的氨和超过 90% 的氢气的共燃，并且正在开发具有更高共燃率的更大规模的测试项目。最终，在电力部门使用大量低碳氢和氨将有助于建立供应链并通过规模经济和技术改进降低成本，从而补充和相辅相成地在其他硬燃料中使用低碳燃料。到减弱的部门，如长途运输和工业。国际能源署。版权所有。 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用致谢磷年龄|页4致谢、贡献者和学分本研究由来自 IEA 多个理事会的跨机构工作组编写。该研究由 Paolo Frankl（可再生能源部门负责人）设计和指导。报告的分析和制作由 Ilkka Hannula 领导和协调。这项工作得益于 Keisuke Sadamori（能源、市场和安全总监）的战略指导。主要贡献者有：Ilkka Hannula、Paolo Frankl、Niels Berghout、Keith Everhart、Peerapat Vithayasrichareon、Luis Lopez 和 Sara Budinis。为这项工作做出贡献的其他 IEA 同事包括（按字母顺序）：Julien Armijo、Elisa Asmelash、Jose Bermudez Menendez、 Carlos Fernandez Alvarez、 Alexandre Gouy、 Astha Gupta、Taku Hasegawa、Cesar Alejandro Hernandez、Zoe Hungerford、Javier Jorquera、Randi克里斯蒂安森、彼得·莱维、雷蒙德·马利舍克、萨曼莎·麦卡洛克、格格利·莫尔纳、托马斯·德·奥利维拉·布雷达里奥、乌维·雷姆、妮可·托马斯和布伦特·万纳。该报告还得益于以下外部顾问的贡献：Alfonso Chinnici（阿德莱德大学）、Graham J. Nathan（阿德莱德大学）和 Cédric Philibert（IFRI）其他高级管理人员提供了宝贵的意见、反馈和指导，包括 Keisuke Sadamori、Peter Fraser、Aad van Bohemen 和 Timur Gül。本出版物是在日本经济产业省 (METI) 的支持下制作的。我们感谢 2021 年 4 月举行的 IEA 在线研讨会“低碳氢和氨在电力部门脱碳中的作用”（按字母顺序排列）的演讲者的贡献：Mohit Bhargava NTPC 可再生能源Tobias Birwe 蒂森克虏伯保拉·布鲁内托·埃内尔安德鲁·迪克森 CWP Global藤森敏郎 IHI国际能源署。版权所有。 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用致谢磷年龄|页5Jitendra Gupta 壳牌Ahmad Al Khowaiter 沙特阿美公司 Thierry Lepercq HyDealTorben Nørgaard Mærsk Mc-Kinney Møller 零碳中心船运谷口明彦 JERASammy Van Den Broeck Yara Clean Ammonia Stephanie Queen GE PowerIEA 还要感谢以下专家，他们为基础分析工作提供了必要的投入并审查了报告：Kenji Akiyoshi Inpex Corporation Henrik Bach Mortensen Siemens Gamesa Herib Blanco IRENAJohn Bøgild Hansen Haldor 托普索保拉·布鲁内托·埃内尔Jose Chaves Comillas 宗座大学 Cosmas Chiteme 科学与技术系，南非 Fernando de Sisternes 世界银行 Gniewomir Flis Agora Energiewende藤森敏郎 IHITimo Gerres Universidad Pontificia Comillas Walburga Hemetsberger Solar Power EuropeMarina Holgado IEA 氢 TCP绫香琼斯Emmanouil Kakaras Mitsubishi Heavy Industries EMEA John Lau 独立专家法老 Le Feuvre Enagas弗朗茨·莱纳现在Thierry Lepercq HyDealPaul Lucchese CEA 和 IEA Hydrogen TCPLaura Martin 加拿大自然资源部 Giuseppe Montesano Enel 基金会三村木东京煤气Manabu Nabeshima 外务省、日本 Carlo Napoli Enel 基金会Yasushi Ninomiya 日本能源经济研究所 Daria Nochevnik Hydrogen Council国际能源署。版权所有。 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用致谢磷年龄|页6Torben Norgaard Mærsk Mc-Kinney Møller 零碳航运中心Luc Pelkmans IEA 生物能源 TCP塞德里克·菲利伯特 IFRIAttilio Pigneri H2U - 氢气公用事业托比亚斯·伦霍姆·瓦滕福尔奥田久秀 JERADavid Reiner 剑桥大学贾奇商学院Xavier L. Rousseau SnamNicolo' Sartori Enel 基金会罗伯特·斯蒂尔 EPRI须田俊之 IHI伊曼纽尔·泰比 IRENAHeino von Meyer 国际 PtX 中心渡边政史经济贸易省工业，日本Akira Yabumoto J-PowerDeepak Yadav CEEW – 能源、环境和水委员会Mads Zacho Mærsk Mc-Kinney Møller 零碳航运中心还要感谢 IEA 通信和数字办公室 (CDO) 在制作本出版物时提供的帮助，特别是 CDO 负责人 Jad Mouawad、 Astrid Dumond、 Mariam Aliabadi 和 Therese Walsh。我们感谢 Elspeth Thomson 对手稿进行了复制编辑。国际能源署。版权所有。 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用执行摘要磷年龄|页7执行摘要在化石燃料发电厂中使用低碳氢和氨可以发挥重要作用，有助于确保清洁能源转型中的电力安全世界各国政府都面临着确保电力安全和满足日益增长的用电量同时减少排放的挑战。可再生能源的显着增加和最终用途的电气化在清洁能源转型中发挥着核心作用。然而，由于太阳能光伏和风能的可变性，一个安全和脱碳的电力部门需要比目前规模更大的其他灵活资源。其中包括低碳可调度发电厂、储能、需求响应和传输扩展。这些技术的可用性和成本取决于当地条件、社会接受度和政策。热力发电是当今世界上最大的电力和热力来源，同时也提供有助于电力供应安全的关键灵活性和其他系统服务。这些电厂的使用寿命也很长：到 2030 年，发达经济体中 79% 的燃煤和燃气电厂仍将具有可用的技术寿命，然后在 2040 年下降到 43%。在新兴经济体，由于最近的投资，这些数字2030 年为 83%，2040 年为 61%。 强烈依赖化石燃料发电的国家将需要做出非常重大的努力，以实现脱碳目标，以遵守《巴黎协定》或适用的净零目标。在化石燃料发电厂中燃烧大量低碳氢和氨的可能性为各国提供了一种额外的工具来使电力部门脱碳，同时保持现有车队的所有服务。相关技术发展迅速。小型发电厂已成功实现了高达 20% 的氨和超过 90% 的氢气的共燃，并且正在开发具有更高共燃率的更大规模的测试项目。电力行业低碳燃料的价值取决于系统环境和区域条件低碳可调度电力容量的价值取决于多个变量，例如市场设计、其他灵活性选项的可用性、能源组合和碳价格，这些变量在不同地区可能会有很大差异。到 2030 年，使用低碳燃料的火力发电厂可以作为一种可调度资源发挥越来越大的作用，以覆盖峰值需求时期，当其价值达到国际能源署。版权所有。 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用执行摘要产生的电力很高，并用于提供一系列系统服务，以确保能源安全和容量充足，以避免能源供应中断，代价高昂。例如，到 2030 年，印度的可调度火力发电厂预计将提供 IEA 可持续发展情景 (SDS) 中 40% 的能源、50% 的系统惯性、近 60% 的峰值容量和超过 70% 的爬坡灵活性服务。在热力机队还很年轻的国家或地区，或者当低碳可调度资源的可用性受到限制时，低碳燃料可以发挥特别重要的作用。在这些环境中，即使在气候法规收紧的情况下，它们也可以允许现有资产继续运行，从而降低造成搁浅资产的风险。在东亚和东南亚尤其如此。本报告详细评估了 2030 年电力部门使用低碳氢和氨的三个供应链类别：向发达经济体进口低碳燃料（日本）；向新兴经济体进口低碳氨（印度尼西亚）；在新兴经济体（印度）中使用国产低碳氢。低碳燃料生产成本必须进一步降低具有碳捕获、利用和储存（CCUS）的天然气是目前低碳燃料成本最低的生产路线。 2030 年的成本估算通常在氢气的 8-16 美元/吉焦（0.9-1.9 美元/公斤）和氨气的 12-24 美元/吉焦（230-440 美元/吨）范围内。成本天然气和 CO 的可用性2贮存。由于可再生电力成本的持续降低和电解槽制造的规模经济，电解路线的生产成本正在迅速下降。到 2030 年，在具有良好风能和太阳能资源。到 2030 年，用作化学原料的低碳氢和氨的成本将与化石燃料生产的成本相当。然而，就用作燃料而言，预计 2030 年 SDS 中煤炭和天然气的预计价格仍将显着高于煤炭和天然气的价格。磷年龄|国际能源署。版权所有。 低碳燃料在电力部门清洁能源转型中的作用执行摘要在比较使用不同来源低碳燃料的成本时，必须考虑完整的价值链，包括运输和储存广泛的运输和储存基础设施是建立全球价值链以及将低成本生产地区与低碳燃料用户连接起来的先决条件。通过管道输送氢气和氨气是一项成熟的技术，占整体供应成本的比例相对较小。洲际氨运输也很发达，依靠化学和半冷冻液化石油气（LPG）油轮。对于海上运输，氢气可以以类似于天然气的方式液化。然而，液化是一个能源和资本密集型的过程。通过运输超过 10 000 公里的