降低成本:通往净零排放之路上利用绿氢的关键

Green hydrogen can become viable when the cost of producing wind power and solar energy come down.
Green hydrogen can become viable when the cost of producing wind power and solar energy come down.Image: Unsplash/Appolinary Kalashnikova
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  • 可再生能源已取得长足进步,但依赖于适宜的天气条件;绿氢可能成为化石燃料的可行替代品。

  • 绿氢依赖可再生能源,因此后者的生产成本必须比绿氢下降得更快,绿氢才具有可行性。

  • 纵向一体化,即企业承担与其主要产品相关的所有上游和下游活动,可能显著降低绿氢的生产成本。

随着2023年联合国气候变化大会(COP28)尘埃落定,各国开始响应号召,逐步摆脱能源系统中对化石燃料的依赖,“以公正、有序和公平的方式”进行,值得反思实现净零排放需要付出哪些努力,尤其是对于那些严重依赖能源进口且发展刚刚起步的印度等国家而言。

2021年,我在COP26前于伦敦举办的全球投资者峰会上谈到了“公平”转型,令人欣慰的是,“公平”一词出现在COP28的核心声明中。

2011年,我们启动首个太阳能项目时,位于古吉拉特邦比塔的40兆瓦(MW)装置,初始电价为每千瓦时15卢比(kWh)(约合0.30美元),而板块效率为14%至15%。如今,印度最低电价已低至每千瓦时1.99卢比(0.024美元),而板块效率已达23%。材料科学的进步将进一步提高效率。

尽管太阳能和风能等可再生能源已取得长足发展,但其间歇性特点要求配备储能解决方案,以应对阳光不足和无风的时段。工业、重型运输和化工领域的脱碳需要一种绿色分子来替代化石燃料。绿氢通过利用可再生能源电解水制取,是解决这两方面问题的答案。

绿氢的可行性

一个多世纪以来,氢气一直被视为一种潜在的储能介质。它可以通过燃料电池发电,唯一的废弃物是水;也可以在涡轮机中燃烧发电,且不产生二氧化碳(CO2)排放。它还是化肥和化学品的原料。然而,如今几乎所有氢气都是由化石燃料生产的,每年排放的二氧化碳当量近十亿吨二氧化碳。

相比之下,绿氢是一种清洁燃料、可扩展的储能解决方案,也是零排放的工业原料。要使绿氢发挥这些作用,其生产成本必须与可再生能源一样下降。鉴于绿氢成本的60%至70%来自电力,因此只有可再生能源的生产成本比绿氢下降得更快,这种情况才能实现。

对印度而言,绿氢提供了一个本土化的机遇:与可再生能源一道,它有望帮助本国经济摆脱昂贵的能源进口——每年原油进口支出超过2300亿美元(19.1万亿卢比)。

扩大应用

负责任的企业在追求净零排放的过程中,正推进运营电气化,采用生物燃料,并积极采购可再生能源。尽管纯电动汽车将在减少出行领域排放方面发挥重要作用,但重型运输可能还需要其他解决方案。

生物燃料是化石燃料的碳中和替代品,但供应量不足。绿氢及其衍生物——甲醇和氨——有潜力应对这些挑战。对许多行业而言,绿氢可能是净零排放之旅的最后一英里,印度尤其如此。

然而,要实现广泛应用,绿氢成本必须从目前每千克3至5美元大幅下降。随着生产成本的降低,绿氢将逐步成为众多应用领域中化石燃料的清洁替代品。当价格降至每千克1美元(相当于每百万英热单位7.5美元,MMBtu)时,即使是最具挑战性的行业,也将具备经济可行性,无需承受沉重的碳价负担。

克服生产挑战

绿氢的可行性对印度尤为重要,因为印度缺乏大规模已探明的封存储备,使得碳捕集与封存难以实施。此外,过去十年进口液化天然气的价格一直徘徊在每百万英热单位7.5美元($7.5/MMBtu)或更高,尚未计入内陆运输、再气化及各项税费等额外成本,使该国易受美元汇率波动影响。

进口液化天然气现货价格走势——印度港口到岸船边交货(DES)JKM期货月均价Image: Adani Group

氢气运输相关的初期挑战意味着,贸易早期重点可能集中于绿氨和甲醇等衍生物。氢能枢纽,即生产、使用及绿氢出口及其衍生物集中布局的场所,目前也在积极推进。

在国际层面,各国正出台政策措施,加快绿氢发展:

创新,尤其是提高电解槽效率,也将发挥作用。对绿氢及其衍生物的总允许排放量作出严格定义,将带来价格溢价,从而释放投资。GH2绿氢标准是迈向正确方向的一步。

纵向一体化方案

然而,降低成本需要持续专注于规模化的纵向一体化。近期最显著的成本下降将来自涵盖整个供应链的大规模纵向一体化项目。这些项目将包括太阳能组件及其配套设备、风力发电机、电解槽的吉瓦级制造,内部工程、采购与施工能力,以及绿氢及其衍生物的生产,且全部位于同一地点。

此外,如果该地点同时是一个港口,并毗邻工业生态系统,涵盖从源头到终端消费的全部商品和服务流动,利用绿氢,并具备出口氢衍生物的基础设施,则可缓解部分与长期储存和运输相关的早期挑战。此类大型项目将提升执行速度,并因中间环节减少而降低成本。

这一方案资本密集度很高,且纵向一体化本身also伴随风险,例如技术变革。不过,它也最有望加速实现每千克1美元的目标。气候融资讨论必须考虑此类大型一体化项目的资本需求,尤其是对发展中国家而言,尽管企业愿意承担风险,但资本成本长期以来一直是长期难题。

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公平的解决方案

诚然,采用基于绿氢的脱碳方案,需要早期试验、基础设施投资,并持续改进学习曲线,以推动燃料电池及氢涡轮机等技术的发展。然而,随着每千克1美元这一里程碑逐渐可以实现,新的商业模式将不断涌现,而碳定价等机制——将温室气体的外部成本内部化——将在加速应用方面发挥更大作用。

对印度而言,公平的解决方案不是用一种化石燃料替代另一种,而是跨越式转向可再生能源和绿氢。太阳能成本的下降经验可以在绿氢领域复制。这一转变将帮助印度实现能源安全,并改善其城市的空气质量。它还将通过消除进口氨价格(化肥的关键成分)的不确定性,为粮食安全作出贡献。最重要的是,它将为世界提供避免气候变化不利影响的机会。

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