削减电力对东盟清洁能源的潜在可再生氢 ： 政策含义

ERIA - DP - 2020 - 25ERIA 讨论文件系列第 352 号削减电力对东盟清洁能源的潜在可再生氢 ： 政策含义Han PHOUMIN1Fukunari KIMURA2 Jun ARIMA3东盟和东亚经济研究所 （ ERIA ）2020 年 11 月Abstract:东南亚国家联盟 （ ASEAN ） 的发电组合以化石燃料为主，2017 年占近 80 ％，如果该地区不过渡到更清洁的能源系统，预计到 2050 年将占 82 ％ 。太阳能和风能是最丰富的能源，但对电力结构的贡献微不足道。由于东盟的系统集成实践，风能和太阳能的可扩展电力生产面临巨大挑战。如果不使用多余的电力，太阳能或风电场的投资者将面临电力削减的高风险。已经开发了电池存储技术 （ 锂离子电池 ） 来处理风能和太阳能的剩余电力生产，但它们仍然昂贵。然而, 使用剩余电力从电解产生的氢具有补充电池存储的许多优点, 因为氢可以作为液态气存储, 其适合于许多用途并且易于运输。利用能源前景建模结果的政策情景分析，本文研究了在发电组合中可变可再生能源的高份额情景下，削减电力产生可再生氢的潜在可扩展性。该研究深入回顾了全球氢气生产的潜在成本降低及其对改变能源格局的影响。该研究发现，许多社会和环境效益，因为氢可以帮助增加可再生能源在东盟脱碳排放中的份额。关键字:能源转型 ， 可再生能源 ， 氢 ， 化石燃料 ， 系统集成。果冻分类 ：O20, Q30, Q2, Q35, Q401 韩富民 ， 东盟和东亚经济研究所 （ ERIA ） 高级能源经济学家。2 Kukunari Kimura ， 庆应大学教授 ， ERIA 首席经济学家。3 Jun Arima ， 东京大学教授 ， ERIA 能源与环境高级政策研究员。 11.Introduction东南亚国家联盟 （ ASEAN ） 的经济，社会和政治动态使其成为增长最快的地区之一。然而，随着该地区向低碳经济转型，东南亚在将其能源需求与可持续能源供应相匹配方面面临巨大挑战。转型需要开发和部署绿色能源。不断增长的能源需求可以通过可再生能源和其他清洁能源替代品如氢气和清洁技术产生的能源供应来满足。尽管经济合作与发展组织 （ OECD ） 国家响应巴黎气候大会或第 21 届缔约方大会 （ COP21 ） 的承诺迅速减少了温室气体排放，但发展中的亚洲还有一段路要走，以平衡经济增长和负担得起的可用能源。东盟新兴国家未来的大部分能源结构将依靠化石燃料来推动经济发展。然而，他们可以沿着可再生能源的道路实现经济增长、社会福祉和环境可持续性。政治问题、能源可负担性和负担得起的技术之间的权衡阻碍了可再生能源份额的增加。尽管各国拥有丰富的风能和太阳能资源，但系统集成实践极大地阻碍了可扩展电力的生产。当太阳能或风电场的投资者产生过多的电力而电网无法吸收电力时，他们将面临电力削减的高风险。在这种情况下，如果没有技术来利用或存储多余的电力，那么减少的电力会给太阳能或风能项目的收入带来风险。许多国家最近开发了用于电池存储 （ 锂离子电池 ） 的技术，用于风能和太阳能产生的剩余电力，但是电池存储仍然昂贵。然而, 使用剩余电力从电解产生的氢具有补充电池存储的许多优点, 因为氢可以作为液态气存储, 其适合于许多用途并且易于运输。在过去的 10 年中 ， 可再生能源的支持者很少提到氢气 ， 尽管它经常用于氨 ， 石化和炼油行业。但是 ， 由于氢气用途广泛并且可以从许多能源中生产 ， 因此氢气的使用一直在加速。氢燃料具有未开发的潜力 2作为清洁能源。全球生产约 1.2 亿吨氢气，其中三分之二是纯氢，三分之一与其他气体混合 （ IEA，2020 ） 。氢可以由化石燃料或可再生能源生产。大约 95% 的氢是由煤和天然气产生的，没有碳捕获、封存和储存 (CCS) (“灰色 ” 氢)，只有少量的是由 CCS (“ 蓝色 ” 氢) 产生的。大约 5% 的氢气生产总量使用可再生能源 (“绿色 ” 氢气 [H.2]).减少温室气体排放是 COP21 和即将举行的 COP26 的全球议程上的重中之重，这将要求领导人寻求替代燃料途径，从基于化石燃料的能源系统转向清洁能源系统。尽管氢燃料在全球能源消耗中的份额仍然很小，但随着世界领导人开始看到其用于缓解气候变化的巨大好处和希望，氢燃料代表着积极的增长潜力。氢燃料在许多发达国家得到政治支持，包括德国、荷兰和其他几个经合组织国家。在许多东盟国家，氢作为替代燃料尚未列入政策议程。然而，东盟能源合作行动计划 （ APAEC ） 第二阶段将包括鼓励新兴和替代技术的政策措施，如氢和储能。氢在运输，发电和工业中的潜在用途已被世界各地的项目证明。在风能和太阳能可再生能源成本下降的情况下，可再生能源作为增加可再生能源在电网中份额的一种选择，吸引了领导者的注意。国际可再生能源机构 （ IRENA，2018 年 ） 预测，到 2040 年，用于从水中生产氢的设备的成本将从现在的 840 美元减少到每千瓦 420 美元。在可预见的未来，可再生氢气生产可能是最便宜的能源选择。生产可再生 H2 的成本竞争力是广泛采用氢气的关键。可再生 H.2生产成本从 2010 年的 US $10 - US $15 / kg （ kg ） 急剧下降至 2020 年的 US $4 - US $6 / kg （ Hydrogen Council, 2020 ） 。成本预计将下降至 US $2.00 - US $2.50 / kg H2 在 2030 年 ， 这与使用天然气通过与 CCS 的蒸汽甲烷重整生产氢气具有竞争力。1 公吨 = 1, 000 公斤。 3氢气是一种清洁的能源载体，可以储存和运输，用于氢运行车辆，合成燃料，石油和 / 或生物质的升级，氨和 / 或化肥生产，金属精炼，加热和其他最终用途。因此，开发氢气是实现可持续清洁能源系统的理想途径，可以帮助扩大太阳能和风能等可再生能源的规模。采用可再生氢气将使更多的可再生能源进入能源结构，并可能成为从化石依赖向更清洁能源系统过渡的游戏规则改变者。氢可以帮助整合目前的电力系统与风能和太阳能。来自风能和太阳能的电力的高间歇性阻碍了电网的太阳能和风能渗透，因此，世界各地的许多电网运营商都不愿包括其中的大部分。对于有能力在可再生能源上进行更多投资的东盟成员国 （ AMS ） 来说，一个重要的问题是电力存储和智能电网的需求，以支持更高的可再生能源渗透率。智能电网技术已经为一些经合组织国家的电网做出了重大贡献。然而，这些技术正在不断改进，并且容易受到潜在的技术和非技术风险的影响。可再生能源的增长受到基础设施发展薄弱和技术部署缓慢的制约，包括评估和预测许多发展中国家可再生能源可用性的能力。氢气可以从风能和太阳能中提供无限的电力供应。它是如何工作的很简单。现场电解槽将风能和太阳能中多余的电能转化为氢气，氢气可以储存更长时间，用于发电、工业热能、车辆燃料电池和氨等化肥，并为石化过程提供动力。 42. 研究的目标和结构该研究调查了可再生氢气作为东盟能源结构清洁能源的潜力 ， 这将需要在氢能相关行业进行巨额投资。本文旨在做到以下几点 ：(i)利用能源建模方案 ， 探索增加可再生能源 ， 特别是风能和太阳能在电力组合中的份额的政策选择 ， 并探索由于可转化为氢气生产的可再生能源的高份额而导致的电力削减的可能性。(ii)估算由于引入使用减少的可再生电力生产的氢气而导致的潜在减排量。(iii)考虑到全球经验 ， 从降低成本的角度审查风能和太阳能的可扩展可再生电力。(iv)回顾使用削减电力生产的氢气的技术和成本观点。(v)审查可适用于东盟的氢政策和路线图。氢的采用和开发可能对东盟非常有利。可再生氢气将使可变可再生能源 （ VRE ） 的部署成为可能，并将通过打破集成传统电力系统的障碍来改变游戏规则，传统电力系统无法吸收高份额的风能和太阳能。该文件强调了公众对促进氢气使用的认识和参与，特别是对可再生氢气生产的支付意愿和公共融资，将如何促进投资。第 2 节回顾了文献。第 3 节解释了方法论方法。第 4 节讨论了研究结果。第五部分得出结论并建议政策。3. 文献综述3.1. 氢的采用和发展东盟和东亚经济研究所自 2017 年以来对氢能的研究已经确定了东亚地区氢能供需的巨大潜力 ， 到 2040 年 ， 如果在所有部门采用 ， 氢的成本将下降 50 ％ 以上。目标价格为 2.00 美元 - 2.50 美元 / 千克 H2 52040 年与汽油价格竞争。供应氢气的成本约为天然气的 3 - 5 倍，这主要是由于对氢气供应链的投资有限以及缺乏广泛采用氢气使用的策略。氢的广泛采用和使用将需要时间来确保成本竞争力和安全性，特别是对于汽车。从 “灰色 ” 和“ 蓝色 ” 到 “绿色 ” 的大规模氢能转变将与全球向可再生能源的转变同时发生。“绿色 ” 氢气可能面临当前的系统集成挑战，这些挑战阻碍了风能和太阳能份额的增加。氢吸收将以几种方式发生。欧盟到 2050 年使欧洲成为第一个气候中性大陆的雄心包括氢燃料的重要作用。到 2023 年，许多经合组织的氢项目将上线，包括向最终用户分配氢的电解槽和管道。由于氢气是一种清洁能源载体，因此在印度尼西亚，马来西亚，菲律宾，文莱达鲁萨兰国，澳大利亚和新西兰等岛国加速储氢的最佳前景。在东亚，中国是最大的氢能潜在生产国和消费国之一。中国最近加快了对当地工业的氢投资支持，预计未来几年将投资约 20 亿美元。中国计划在 2025 年建立 300 个氢燃料站，到 2030 年扩大到 1000 个，以支持在 2025 年至 2030 年部署 50, 000 至 100 万辆燃料电池电动汽车 （ 氢能委员会，2019 年 ） 。日本正在推动在全球范围内将氢用于汽车、发电厂和其他潜在用途。日本曾计划为 2020 年奥运会提供燃料电池穿梭巴士。在美国 （ US ），每年生产超过 1000 万吨的氢气，以满足主要在炼油和化肥氨生产中的需求。在美国生产的大约 95% 的氢气来自天然气原料 (DOE, 2020c) 。美国拥有约 1600 英里的氢气管道，使用中的 26, 000 多辆氢燃料电池叉车，30 多辆氢燃料电池公共汽车和 40 多个公共站，支持 7500 多辆燃料电池汽车。仅加利福尼亚州就有大约 40 个用于乘用车的氢气站 ； 其他拥有此类站的州包括康涅狄格州，夏威夷，马萨诸塞州，密歇根州和南卡罗来纳州。2020 年 1 月 23 日，美国能源部宣布提供高达 6400 万美元的资金，以推进支持转型研究的创新。 6发展 （ R & D ） ， 以及创新的氢概念 ， 这些概念将鼓励市场扩张 ， 增加氢的生产、储存、运输和使用规模。在东盟，文莱达鲁萨兰国在氢供应链方面处于领先地位，自 2019 年底以来一直从 Mara 港口向日本提供液化氢。然而, 液化氢工艺消耗大量能量以在 - 253 摄氏度和更低的温度下将气态氢冷却成液态氢。氢供应链示范项目与日本政府合作，探索了一种使用称为液体有机氢载体的新技术运输氢的替代方式。如果该技术在经济上可行，它将为全球市场准入铺平道路，并克服氢供应链障碍。氢的使用在运输中不断扩大并获得动力。例如，印度开始呼吁外国投资在一些试点城市的燃料电池汽车和氢运输基础设施发展。在日本，东京都政府将在 2020 年将氢公交车的数量增加到 100 辆，在马来西亚，砂拉越政府将很快开始运营氢公交车。新加坡正在与日本公司密切合作，探索开发氢燃料以使排放脱碳。日本正在开创可再生氢经济的先河，在这种经济中，通过从风能，太阳能和核能中电解可再生电力来生产氢可能会改变减排的游戏规则。日本是东亚第一个采取基本氢战略的国家，以确保氢生产在长期内与汽油燃料和发电成本持平。富士经济在 2019 年对日本潜在氢需求的市场调查显示，到 2030 年，氢需求将增加 56 倍，需要投资估计超过 4000 亿日元。尽管日本政府和企业正在努力启动氢的采用和使用，但实现氢社会将在很大程度上取决于氢生产的成本是否具有竞争力以及社会是否愿意支付。大韩民国为氢的使用设