澳大利亞“氫布局”

在環保和能源危機等多重壓力下,進行能源系統變革已成為全球共識。氫能源作為一種能量密度高又沒有污染物排放的理想清潔能源,得到國際社會的廣泛關注。目前,日本、美國、韓國、歐盟等國家和組織紛紛制定氫能發展戰略或路線圖,爭搶產業制高點。澳大利亞也后發直追,力爭在全球氫能產業布局中占據一席之地。氫能戰略緣起澳
Admin     2019-7-19 10:06:57
  在環保和能源危機等多重壓力下,進行能源系統變革已成為全球共識。氫能源作為一種能量密度高又沒有污染物排放的理想清潔能源,得到國際社會的廣泛關注。

  目前,日本、美國、韓國、歐盟等國家和組織紛紛制定氫能發展戰略或路線圖,爭搶產業制高點。澳大利亞也后發直追,力爭在全球氫能產業布局中占據一席之地。


  氫能戰略緣起


  澳大利亞在地理、人口分布和能源方面有著天然優勢,其廣袤的國土擁有豐富的煤炭、天然氣、煤層氣等化石能源資源。
  澳大利亞煤炭儲量占世界總儲量的8.9%,是全球第四大黑煤和褐煤資源國,在一次能源生產結構中占到80%以上。同時,澳大利亞的煤炭質量優于很多國家,在世界能源市場中極具競爭力,是經濟合作與發展組織(OECD)國家中僅有的3個能源凈出口國之一。
  澳大利亞還是全球第11大天然氣資源國,2018年其液化天然氣(LNG)出口增長23%,成為全球最大的LNG出口國。
  豐富的太陽能、風能、地熱能、海洋能等可再生能源也是澳大利亞的天然優勢,尤其在太陽能方面,澳大利亞是世界上大陸國家中每平方米國土獲得太陽輻射能最多的國家。
  但從澳大利亞的電力結構看,約71%的電力來自煤炭,8%來自天然氣,可再生能源的占比極小。
  對煤炭發電的嚴重依賴導致澳大利亞在OECD國家中單位GDP所產生的碳排放量位居第二,人均排放量位居第一。2016年,澳大利亞批準了《巴黎協定》,承諾到2030年將溫室氣體排放量在2005年的基礎上減少26%~28%,但落實情況并不理想。
  2018年澳大利亞向聯合國提交的國家清單報告顯示,其溫室氣體排放量已經連續4年上升,增長最快的是化石燃料的開采以及天然氣加工等能源部門帶來的排放。據國際能源署(IEA)預測,到2040年,澳大利亞的煤炭出口還將增長36.7%,成為世界上最大的煤炭生產和出口國。
  因此,澳大利亞政府面臨經濟利益與氣候責任的雙重夾擊,內部關系非常緊張,自由黨內至今還有“廢除《巴黎協定》”的聲音。
  2019年2月25日,澳大利亞出臺了《氣候解決方案》,旨在啟動20億美元的投資來降低整個經濟體的溫室氣體排放,具體計劃包括:擴大電力市場和國家電池項目的投資,為國家提供價格合理、供給穩定的電力;幫助普通家庭和企業提高能源效率并降低能源費用;制定國家電動汽車戰略;提高燃料質量標準;通過進一步的技術變革、經濟效率的提高和其他減排措施確保澳大利亞實現其2030年的減排目標等。
  從能源安全角度講,澳大利亞能源政策目標主要有三個:一是穩定能源供給,提高能源自足率,維護國家能源安全;二是提升能源出口增加值和自身工業化水平,降低經濟對資源出口的依賴;三是在增長經濟和降低能源價格的同時采取行動應對氣候變化。
  政策重點包括推動液化天然氣的生產與出口;大力發展煤層氣產業;加大新能源戰略的實施力度,包括加強煤炭氣化、捕獲能力以及封存二氧化碳的技術研發力度,引入替代交通燃料以減少車輛的碳排放,并在全國范圍內開展氫能前景的相關研究,致力于使用氫和電池儲能技術相結合的電動汽車最終完全取代以石油為基礎的汽車等。

  在2018年12月召開的澳大利亞政府委員會(COAG)上,能源、礦產、資源和環境部長們一致認為氫能對澳大利亞的未來經濟、社會和環境可持續發展至關重要,同意制定國家氫能戰略,并力爭到2030年成為全球氫能產業主要參與者。會上還成立了由澳大利亞首席科學家阿蘭·芬克爾擔任主席的COAG能源委員會氫工作組,重點圍繞氫出口、氫運輸、天然氣制氫、氫氣支持電力系統等開展研究和部署,優先事項是完成2020~2030年澳大利亞國家氫戰略設計,并于2019年底之前進行審議,正式拉開澳大利亞氫能戰略的序幕。


  出臺氫能路線圖


  2018年8月,澳大利亞出臺了兩份報告——澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)的發布《國家氫能發展路線圖:邁向經濟可持續發展的氫能產業》報告、阿蘭·芬克爾領導的氫戰略小組發布的《澳大利亞未來之氫》報告。這兩份報告為澳大利亞氫能產業的發展提供了藍圖。
  首先,在氫制造的部署方面,CSIRO報告認為,從技術成熟度看,化石原料制氫以天然氣制氫最為經濟、合理,水裂解制氫以及太陽能電解水制氫也是提供可持續供應氫能的有效途徑,但從制氫成本看,煤制氫成本最低,電解水制氫成本最高。
  在項目層面,報告提出要在維多利亞州富產褐煤的拉特羅布山谷試驗煤炭氣化制氫項目。目前,日本川崎重工已經與澳大利亞政府合作在澳維多利亞州打造全球首個價值3.88億美元、為期4年的褐煤制氫商業試點項目,旨在將污染最嚴重的褐煤轉變成適用于氫燃料汽車以及發電和工業領域的清潔能源。發展目標是在2030年代后實現煤制氫領域的商業化生產,使生產氫氣的成本降至每公斤2.14~2.74美元,并使拉特羅布山谷成為全球主要的氫產地。
  另一個重點項目是太陽能和風能電解制氫,然后將氫氣用于悉尼天然氣能源的長期儲能。澳大利亞可再生能源署(ARENA)已承諾向澳大利亞能源公司Jemena提供750萬澳元(1澳元約合4.79元人民幣)的資金,用于在其位于悉尼西部的工廠建造一個示范規模的500kW電解槽,還將投入2200萬澳元用于出口氫氣的研發資金,支持9個澳大利亞大學和研究機構的16個研究項目。
  其次,良好的氫氣運輸網絡是氫能產業發展的必要基礎條件。氫具有易燃易爆的特點,同時在高壓下容易使材料發生氫脆,因此氫氣的儲存和運輸一直是個比較棘手的問題。
  CSIRO報告認為,考慮到儲存成本和空間可用性,到2025年,液化會使氫氣生產成本增加1.59~1.94澳元/千克,而作為替代方案的氨合成則將使氫氣生產成本增加1.10~1.33澳元/千克,因此氫氣壓縮應是氫氣儲存的最佳選擇。
  再次,在氫利用的部署方面,除了做航空器專用航空燃料外,氫能目前的主要用途有三塊:氫燃料電池、工業部門原料、電網和發電。
  目前,燃料電池電動汽車市場面臨的主要問題是成本高昂以及相應的基礎設施缺乏。2018~2025年間,澳大利亞在氫燃料汽車領域的部署重點包括擴大加氫站的適用范圍等,目標是將加氫站的成本從目前的每站150萬~200萬美元大幅減少到2025年的50萬~100萬美元。
  鑒于氫在鋼鐵工業中既是中間產物同時也能作為燃料就地消納,在鋼鐵工業過程中更有效地使用氫有助于提高整體能效并減少碳排放,且富氫氣體也可用作鋼生產的還原劑。澳大利亞對2018~2025年氫能在工業領域的研究部署是將氫氣作為生產源植入現有的工廠生產中,2025~2030年的部署是將氫氣作為鐵礦石還原劑的替代品。
  在電力方面,澳大利亞2018~2025年將把部署重點放在以下幾個方面:研發燃料電池,降低資金成本和提高電池堆的壽命;研發氨/氫渦輪機和可充電燃料電池;致力于將風能、光能等可再生能源產生的電能通過電解水制氫的方式轉化為氫能儲存起來以備燃料電池使用,進而實現長期的能源儲存。

  最后,在氫出口方面,CSIRO指出,澳大利亞2030年后才可能具備褐煤制氫的商業生產規模。想要與其他氫氣出口國競爭,澳大利亞的氫氣生產價格必須降至2~3澳元/千克。為此,2018~2025年間,澳大利亞應加大研發力度,尤其是氫氣生產、儲存和運輸等技術的研發,致力于為未來出口奠定基礎。


  前景與挑戰


  目前氫能產業的全球布局已經初步展開,長期看,氫能將是全球能源系統的重要組成部分,而澳大利亞在氫能發展方面具有諸多優勢。
  首先,澳大利亞擁有大規模制氫的所有必要資源:風能、太陽能、煤炭、甲烷、碳封存場所和專業知識等。
  其次,澳大利亞擁有完善的煤炭產業鏈條,完善的天然氣生產、液化及運輸等基礎設施和強大的技術和專家團隊,并且已經具備了一系列成熟的技術來建立經濟可持續發展的氫能產業鏈條。
  此外,市場方面,澳大利亞完善的能源貿易關系使其在面向亞洲出口方面具有優勢。CSIRO預計,到2030年,中國、日本、韓國和新加坡對進口氫氣的需求將達到99億澳元,是澳擴大氫氣出口的重要機遇。
  但另一方面,氫能產業還處于早期發展階段,2050年前能獲得大規模商業化應用的前景還不明朗。
  首先,目前制氫還主要依賴存量有限且會造成環境污染的化石能源,而且整個制氫過程耗能很大,制氫效率低下。
  其次,現階段氫氣使用成本遠高于傳統化石能源使用成本,經濟性上不占優勢,技術突破也存在諸多挑戰。比如,煤制氫技術中最核心的部分是對固體煤進行處理,使其變成氣態物質之后再進行制取氫的過程,投資成本偏高、污染處理困難,且全球只有極少數商業上可行的二氧化碳捕獲和封存(CCS)設施,如何將CCS技術和煤制氫進行有效結合,目前仍在探索中。
  此外,氫能發展的最大瓶頸不是氫氣的供應,而是儲存、運輸和使用,這方面的技術突破不是短期內能夠完成的。

  從全球能源轉型的大趨勢看,根據英國石油公司BP的預測,到2050年,天然氣、非化石能源、石油和煤炭將各占四分之一。在能源結構中,氫能作為可再生能源的一部分,在相當長的一段時間只可能作為一種過渡性的儲能解決方案,無法作為終極能源的選擇,但其在交通運輸和工業行業的應用前景十分廣闊。



來自:電池中國網




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