日本在綠氫能源上的發展(08/26/2021 風傳媒)
氫將是人類最清潔的燃料,其燃燒只產生水而不排碳,由於這種對環境的友好性,氫被稱為「完美能源」或「未來能源」。
氫廣存於地球之中,其能源密度極高,且可以氣態、液態及固態的氫化物呈現,以適應各種運儲方式及應用環境的要求,和化石能源相比,其製取更為方便,不受地區因素的限制,也不會因資源分布不均而引發地緣政治風險,通過可再生能源製氫,將促成碳中和的實現。
作者:胡僑華
太陽能製氫是前景最好的製氫法
目前以化石燃料做為主原料的煤氣轉化法占全球氫製備總量的95%,而以電解水製氫的的比率不足5%,以太陽能製氫的比例更小。其實以太陽能製氫已有40年的的發展歷史,被認為是最有前景的製氫方法之一,值得繼續努力研發。
當今全球在建的以可再生能源製氫項目總計80GW(1GW = 100萬千瓦),在2020年新增的項目即達50GW,就像過去十年風能和太陽能的價格成倍下降, 一旦形成規模效應,即大幅降低其LCOE成本(Levelized Costof Energy,均化能源成本)。
日本百年老店──電氣產品製造商東芝集團(Toshiba)正在全球布置此具「未來能源」之稱的氫能,並以大規模可再生能源製取綠氫,做為碳中和時代的解決方案。
放眼全球,日本是近年來最熱衷發展氫能的國家之一,利用碳捕獲(CCS)實現平價化石燃料的脫碳製氫,以及可再生能源製氫,對能源自給率甚低的日本而言,用零排碳的可再生能源以製取清潔、高效且較易儲運的氫能,無疑是「後福島時代」得以兼顧能源安全和碳中和目標的理想選擇。
早在50年前東芝就開始做氫能方面的研發,當時日本的氫路線是烴類或醇類重整製氫,但現在零碳的理念下,近10年已全面提升氫能體系。例如東芝燃料電池體系全部都是純氫製備,其燃料電池系統H2Rex 在日本國內已累計交付了100台以上,這種100KW的模塊化單元,可根據需求做靈活組合,啟動後不及5分鐘時間,高效管道或儲槽中的氫氣轉化為電能和熱能。
從製氫到氫利用的全程實現了零排碳
以東芝的新氫能綠合中心為例,利用太陽能電解水製備氫氣,並直接將其應用於東芝的府中工場的燃料電池驅動叉車(Fork lifter)上,不但叉車運轉不排放二氧化碳,且因利用可再生能源作為製取氫能的燃料,從製氫到氫利用的全程實現了零排碳。當突發災難時,這套小型分布式能源亦可大顯身手,做為一條生命線為300名受災群眾提供一週所需的電力和熱水供應。
綠氫雖有諸多優點,但在全球範圍內仍為成本高居不下所困擾,在日本要靠政府的政策來支持。此外光伏、風電仍存在間歇性問題,且因電網調峰要求甚大,導致棄風、棄電的狀況經常發生,若將這部分電力轉換為氫能儲存起來,需要時再予釋出,成為最理想可靠的結合。亦即可再生能源與電解質製氫技術綑綁在一起,製造出完全的綠氫。
在日本國立新能源產業技術綜合開發機構NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization)的帶頭下,東芝與另外兩家日本企業合作的福島氫能研究基地(FH2R)已於2020年成立。東芝在該領域所長的是對電力系統、電子設備及控制系統的深入了解,及對氫的長期技術累積,目前正與上游製氫企業研討合作。
在氫能起動階段,東芝呼籲政府對全行業給予政策支持,鼓勵更多企業參與氫能產業鏈的完善,並儘早明確氫能使用的法律及規範,在此前提之下,氫能成本才能隨著規模效應而快速下降。
氫能成本的下降有賴於一個足夠大且高速成長的下游市場,東芝正在推動純氫能燃料電池系統H2Rex儘早應用於日本及中國市場,使其成本符合市場潛在的需求,並聯合中國合作夥伴一起開拓市場。
福島事故讓東芝不得不脫鉤核能
實際上東芝對於 「終極能源解決方案」的認知,在福島核能事故之後,出現了徹底的轉變,東芝曾是全球核能領域的重要領先者,旗下擁有歷史戰績輝煌的美國西屋電氣公司。但2011年發生的福島核能事故,使全球核電技術放緩,建造成本陡增,西屋電氣申請破產保護等諸原因,東芝最後選擇脫鉤核電資產。
2020年10月日本首相菅義偉在臨時國會上發表施政演說時宣布,日本將爭取在2050年實現溫室氣體净零排放,這標示做為全球第三大經濟體及第五大排碳國的日本,在氣候議題上的立場有了巨大的轉變。
日本的溫室氣體排放中,至少有80%來自能源範疇。二氧化碳零排放並不是最近才有的呼聲,早在〈京都協議書〉及〈巴黎氣候協定〉且更早以前,就進行了與此相同的探討。
福島事故改變了全球滅碳的思路,2011年之前,日本及歐洲都將低碳發電目標寄望於核能,但現在已轉變為寄望於可再生能源的發展。除了氫能之外,東芝還有其他頗具競爭力的的能源業務和碳捕獲及儲存技術,可以根據不同地區的條件與與特徵,進行靈活的組合,無論在水電領域、光伏領域及地熱領域,均處於世界領先的地位。
該項目建有全球最大的利用可再生能源的10 MW(1萬千瓦)級製氫裝置,正在驗證清潔低成本的製氫技術,在此所產生的氫氣不僅使用為平衡電力系統,還為固定的氫燃料電池系統,及移動的氫燃料電池車輛(汽車、巴士)等提供動力源。
日本的綠氫發展可供台灣借鏡,台灣現行的可再生能源發電占比僅20%,卻以進口液化天然氣以支持50%的氣電 ,與其如此,不如投資於光源充足的澳洲建立液化綠氫廠,並進口台灣以取代LNG(主成分為排碳的甲烷)以供發電,達成低碳及無排碳的能源承諾。
本文作者胡僑華為工程專業經理人
完整圖文內容請見:
https://www.storm.mg/article/3875207?mode=whole
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台灣地熱分布 在 文茜的世界周報 Sisy's World News Facebook 的最佳解答
<文茜的世界周報>能源系列報導
加拿大杜魯道政府上台之後,正式加入巴黎氣候協定。
當年加拿大也曾加入了京都議定書,結果最後退出了。這一次,加入了巴黎氣候協定之後,加拿大開始進行對於所有能源政策的重新反省。
目前加拿大的人均碳排放量,直逼美國。
加拿大大力開發水力發電,水力發電占整個加拿大的所有發電量64%,減半煤炭發電是此波能源改革的重點,難得的是加拿大本身產煤,卻卻二氧化碳排放有高度地球公民意識。
加拿大認為使用煤及另一個自產的高污染油砂,是加拿大對地球所做的破壞。煤炭火力發電廠決定把現在占比6.5%要減半只有3%。
反觀台灣現在煤炭發電廠,在台灣發電比例裡這三年從40%升至50%,而且毫無愧疚,繼續興建煤炭火力發電廠,未來上看發電比60%。這是台灣和全世界,重視全球暖化國家裡頭,相反的道路。
另外加拿大也推出「排碳稅」,目前排碳稅是6.8歐元,到2020年起要增加至34歐元,逼迫所有的工廠,面對二氧化碳的排放,而且節能減碳。
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如果要替每一個國家塗上顏色,面積最大的色塊不是加拿大,而是俄羅斯,但是如果可以替每個國家,地底下的天然資源塗上不同顏色,那麼加拿大絕對有最華麗豐富的色彩
(節目旁白:在能源方面加拿大真的是得天獨厚,我們生產大量的能源,不但跨所有提到的類型提及,還要再加上幾種結合起來,我們比世界上任何其他國家都要多)
不但天生就是高富帥,而且還是能量飽滿的肌肉男
(節目旁白:加拿大擁有全世界目前第三大的石油儲量,包含重油和常規石油儲備總量,差不多是1740億桶原有的儲量,僅次於沙烏地阿拉伯和委內瑞拉)
加拿大是世界五大能源生產國之一,也是美國最大的能源供應國。因為加拿大的問題
和所有大富豪的問題一樣,不患寡而患不均,除了石油之外,加拿大也擁有豐富的天然氣
(節目旁白:它是全世界第三大的天然氣生產國,僅次於美國和俄羅斯,但是天然氣預計未來將會減產,加拿大境內龐大的頁岩氣儲量,將會逐漸取代天然氣)
加拿大高達96%的能源總量出口到美國,提供美國市場三分之一的能源需求,但是這個近水樓台的優勢,從美國開始大量開發頁岩油和頁岩氣之後,正在迅速消失
過於依賴美國出口市場,促使加拿大必須著手進行能源出口多元化,開發新市場是加拿大能源經濟轉型當務之急。
很難想像,加拿大仍然要花費139億美金進口能源,它既是全球煤炭和石油市場的供應商
也是大宗客戶。因為加拿大97%的儲油來自油砂,一般煉油廠無法處理加拿大產量最大的油砂
(節目旁白”油砂需要經過特殊的處理,這個提煉程序比一般石油需要消耗更多的能源
所以經濟效益相對較低)
加拿大近80%的排碳量都來自能源工業,油與砂經過提煉分解之後,會留下大量的瀝青和粘土泥,對生態環境造成嚴重影響
(這是加拿大紀錄片「洞的故事」(Hole Story )的片段,油砂提煉對環境造成的傷害難以想像)
油砂提煉的排碳量是一般原油的 3 到 5倍,能源相關工業消耗五分之一的加拿大能源需求總量,只有3600萬人口的加拿大,寒冷的氣候和高水平的生活條件,卻是全球第七大能源消耗國,人均排碳量直逼美國
(新聞片段:加拿大成為第一個正式退出「京都議定書」的國家)
(加拿大的環保署長Peter Kent:加拿大將朝著有法律約束力的減碳協議,讓我們可以繼續創造就業機會和經濟成長)
所以不難了解,加拿大為了不願支付,達不到減碳標準的巨額罰金,宣布退出「京都議定書」
(新聞片段:根據衛報的報導,目前加拿大的排碳量高於「京都議定書」所要求的23%,僅次於美國和澳大利亞,人均排碳量是全世界最糟的污染國之一)
一直等到2015年10月杜魯多勝選出任總理,加拿大才重新回到COP 21 簽署了巴黎協議
(加拿大總理杜魯多:加拿大很樂意在COP 21 扮演一個具有建設性的角色,我們的代表將致力達成一個雄心勃勃的協議)
加拿大希望藉此抹去,排碳大國和污染土豪的形象,希望能夠在2030年之前,達到減碳30%的目標
(新聞片段:賈斯丁杜魯多制定了未來的作法,將從2018起徵收每噸加拿大幣10元(6.8歐元)的排碳稅,逐漸增加到2022年每噸加拿大幣50元 相當於34歐元的排碳稅)
民調顯示雖然有77%的民眾支持減碳,但是隨著各省份不同的天然條件和工業背景,對排碳稅的反應是兩極化的支持或反對
(節目旁白:正如同人口的分佈,加拿大驚人的天然資源毫不平均地分布在各省份與領土之間,有充分資源可以自給自足的地方,偏偏不是那些對能源需求量最大的地方)
魁北克省早在2013年就設定排碳量的上限,安大略省也隨後加入,英屬哥倫比亞省
則從2008年起開始徵收排碳稅,但是艾伯塔「黑金之省」(Alberta )的周邊四省
則反對徵收排碳稅,當地省政府和石油公司連袂對聯邦政府施壓,強勢要求擴大興建液化天然氣輸送管和輸油管,促進油砂出口和增加產量,國家能源局預測到2040年,加拿大原油產量將增加56%,液化天然氣的出口量預計成長22%
(節目旁白:所以我們迫切需要一個以上的客戶,加拿大如何?但我們要怎麼賣給自己?)
很難想像怎麼賣給自己是一個棘手的問題,簡單來說,如果同樣的石油天然氣可以出口賺兩倍的美金,為什麼要殺價賣給本國同胞
(節目旁白:我們在這張地圖上,可以看見輸油管從艾伯塔省的省會Edmonton運往美國)
動之以情全國團結的口號,怎麼比得上大筆誘人的美鈔,1970年代的石油危機造成國內很大的衝突,於是制定了國內統一油價,內銷與出口的差額部分以出口稅達成平衡,油氣儲量豐沛的加拿大,2015年化石能源的生產比例高達73%。電力結構的分配,各省之間也大不相同,8%的煤炭發電集中在黑金省份地區,只有沒有其它資源的安大略省選擇以核能發電。2017年全國64%的電力來自水力發電,加拿大水電產量位居全球第二,僅次於中國,地廣人稀 車大路寬的加拿大,人均電力消耗為全球平均的5倍,甚至超過美國人均消費量的18%
(魁北克水力發電廠效益管理主任Michele Labrecque:地熱和沼氣發電的限制和風電與太陽能的問題是一樣的,它們目前都比較昂貴)
水電無疑是加拿大最重要的再生能源,全國一共有480座水力發電廠,魁北克省是水電工程的先驅
(魁北克水力發電廠能源生產經理:目前以風力發電的電力成本要比水電昂貴很多,現在的風電每度的成本要超過10分加幣,而且還是風電田區就蓋在用電區旁邊的時候)
魁北克省南部海灣區的水電,每度電費只要1.5分加幣,加拿大雖然有開發太陽能的空間條件,但是面臨著同樣昂貴的系統整合問題
(魁北克水力發電廠能源生產經理:例如在安大略省消費者要支付每度44分加幣到80分加幣
,來承擔整合光伏電進入電力系統的費用,在德國我們所講的光伏電差不多每度60分加幣
這讓大舉發展太陽能的國家,要面對電價飆高的狀況)
擁有蓄水池的水力發電廠,也填補了風電和太陽能靠天吃飯的不穩定性,因此加拿大未來再生能源中,水電/風電/太陽能的比例維持不變,值得注意的是,原來只有6.5%煤炭比例將會減半,加拿大沒有全國統一的電價,憲法將開發天然資源的權力委託給各省,大多數省份也擁有並經營在地的電力公司,聯邦政府主要負責跨省和國際貿易的監管,以及各種能源規格的標準化。
全球氣候變遷恐怕不在這兩位好朋友G7的議程裡,高富帥的肌肉男,如果決定要環保減碳
就像好人好事代表一樣,是錦上添花,而不是功德無量
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