绿色氢能可能是零排放未来的最后一块拼图

可再生能源发电和电池储能可以消除电力系统的大部分温室气体排放，尤其是在短期内。

但为重型车辆提供燃料、满足其他行业的特殊需求以及储存大量能源， 长期 是 重大挑战 ，电力难以直接满足。分析师告诉Transport Dive的姊妹刊物Utility Dive，利用可再生能源发电通过电解器从水中提取的氢气，可能是最佳的无温室气体替代方案。

"实现长期、大规模储能的最佳方式是利用电解器将电子转化为分子，" ITM Power 首席执行官Graham Cooley告诉Utility Dive，他正在建设全球首座吉瓦级电解器工厂。"绿色氢分子可以替代目前使用的化石燃料制氢。"

温室气体减排要求已将可再生能源成本推至前所未有的低点，并开始对电解器产生 同样的影响，利益相关方、公用事业高管和倡导者告诉Utility Dive。预计到2030年或更早，绿色氢将具备成本竞争力，公用事业和重型车辆车队所有者正在开发涵盖多种应用场景的试点项目。

问题在于， 将可再生电子转化 为零温室气体氢分子，是否是使用可再生能源发电并实现全面电气化的必要且具有成本效益的替代方案。

可再生能源、电解器和氢气

电力生产 占美国温室气体排放的26.9%，根据美国环境保护署最新（2018年） 数据。但来自 交通运输 (28.2%), 行业的温室气体 （22%）和 建筑 （12.3%）是其两倍多。

如果氢是由零温室气体排放电力制成的绿色氢，它可以替代化石燃料，解决发电和非电力生产用途中的温室气体排放问题。但根据伍德麦肯兹的 2019年10月绿色氢报告.

随着可再生能源强制要求推动更多州出现过剩的风能、太阳能和水力发电，政策制定者和利益相关者已经开始将绿色氢的储存视为减少能源和工业应用排放的双向解决方案。它可以帮助实现温室气体减排目标，并解决 可再生能源过度生产可能导致的弃电和电价低迷问题 。

伍德麦肯兹报告称，需求增长可能使绿色氢在其全部应用范围内“到2030年在特定市场具备成本竞争力”。而根据5月的一项 国家可再生能源实验室研究.

在欧洲，可再生能源的过度发电“已经在推动电解槽制造的规模经济”，从而“降低 电解槽资本成本，”可再生氢联盟执行董事肯·德拉贡表示。“ 1000万吨 氢气 在美国每年生产，其中大部分使用天然气，可以被绿色氢气替代，因为与天然气一样，它可以按需调节、储存和输送。

经济部门——如化学和工业制造、航空旅行、海运以及长途重型运输——可能需要一些合成燃料，如绿色氢气，以消除温室气体，Dragoon表示。而绿色氢气可能是最具经济性和灵活性的 长期储能 选项，适用于上述任何应用，他补充道。

碱性电解槽和聚合物电解质膜电解槽， 即PEM，是生产绿色氢气的两种主要方式。两者都可以利用可再生能源发电将水转化为氢气，用于化工或能源应用。传统的碱性生产更经济，但耐久性较差，ITM Power的Cooley表示。自20世纪50年代起使用的PEM生产，因其灵活性和更小的占地面积而在市场上“崭露头角”。

ITM已签约“过去12个月内超过5000万美元的绿色氢气项目”，并有“总额2.63亿美元的待定投标，这表明市场响应经济性的持续改善而发展得有多快”，Cooley补充道。

欧洲多吉瓦级电解槽项目承诺可能会推动电解槽价格在“2020年代中期降至每千瓦500美元以下，负荷系数为50%”，这可能会引起美国开发商的兴趣，Cooley表示。

研究表明，安装的电解槽产能每翻一番，成本就会下降约20%，Dominion Energy新气体业务拓展经理Andrew Hegewald告诉Utility Dive。他补充说，要使绿氢规模化，目前美国的价格需要降低约50%，降至每千瓦600至900美元，这更有可能在2030年前实现。

随着关注度的加速提升，电解槽价格可能下降得更快，业务拓展、项目及政府事务总监Steve Szymanski表示，他任职于 全球电解槽制造领导者Nel。"美国市场可能带来足够的需求，推动成本在2020年代中期下降，但大多数应用仍处于高度商业化前阶段，目前在建的大多数项目都是试点规模，需要激励措施支持。"

现实世界中

目前正在开发的最雄心勃勃的绿氢应用是犹他州西北部的Inter Mountain电力项目。现有的1800兆瓦燃煤设施将被一座双机组840兆瓦联合循环天然气电厂取代，该电厂到2025年能够燃烧30%绿氢与70%天然气的混合燃料。

该项目将由Inter Mountain电力机构拥有，该机构是由犹他州23家市政公用事业组成的联盟，并由洛杉矶水电部运营。通过目前服务于燃煤设施的现有2400兆瓦高压直流输电线路，洛杉矶水电部将成为该项目最大的承购方，但该项目也将服务于加州和犹他州的其他市政。

洛杉矶水电局发言人卡罗尔·塔克通过电子邮件告诉Utility Dive，该电力机构于6月23日发布了一份“多阶段”招标书，征集从2024年第四季度开始向IPP供应绿色氢能的报价。

该部门还与三菱日立电力系统公司签订了合同，涉及 两套动力机组 ，用于跨山电力项目。该部门报告称，它们是“业内首批作为从煤炭到天然气、最终到可再生氢燃料的全面转型计划的一部分而专门设计和采购的先进级燃气轮机。”

合同保证它们将在“2045年前改造为100%可再生氢能，以满足 洛杉矶零排放要求，”该部门的项目运营代理格雷戈里·胡恩在三月份告诉Utility Dive。

胡恩表示，跨山电力项目拥有可靠的水源供应，并将与大型现有及潜在的风能、地热能、水能和太阳能供应互联，用于现场绿色氢能电解。此外，2019年5月，三菱日立电力系统公司宣布了 先进清洁能源储存项目，该项目将在现场的地下盐穹中储存绿氢，以便按需调度。

作为 同类首创项目，Huynh承认，“经济效益仍有待观察”，且“可能相当昂贵”。但随着电解槽和可再生能源成本的下降，洛杉矶水电部将Intermountain电力项目视为推动绿氢实现成本竞争力迈出的重要一步，并已就其其他天然气厂生产或使用绿氢的“可行性进行了初步讨论”。

其他项目虽不及Intermountain项目的规模，但确实表明绿氢市场正在蓄势发展。

待监管部门批准后，NextEra Energy将建造一座20兆瓦的试点电解槽，将多余的太阳能发电转化为绿氢，供子公司Florida Power and Light使用， 该公司于7月24日披露。绿氢将被输送至该公用事业公司1.75吉瓦的Okeechobee天然气厂，以减少该厂的排放。

华盛顿州的 Douglas County公共事业区 最近购买了一台5兆瓦的PEM电解槽，计划于2021年底投入运行，该公用事业公司的公共信息官Meaghan Vibbert告诉Utility Dive。 该试点项目 将测试将多余水力发电以绿氢形式储存的使用场景，她表示。

Tacoma Power 正计划为其 丰富且低成本的水力发电寻求不同的应用，该公用事业公司的能源研发经理Cam LeHouillier表示。这些电力将被转化为绿氢，以液态形式储存并用卡车运输，以满足当地的燃料和工业需求，他说。

加利福尼亚州的 Stone Edge Farm Estates的碱性电解槽成功将其200千瓦太阳能阵列的剩余电力转化为绿色氢气，以至于它正在进行升级，Heila Technologies微电网工程师Jorge Elizondo告诉Utility Dive。Elizondo表示，新的、规模大10倍的PEM电解槽，加上现场的太阳能和800千瓦时的短时电池储能，预计将提供10兆瓦时的夏季太阳能储存，“以满足冬季负荷”。

交通运输领域最雄心勃勃的应用之一是 SunLine Transit Agency的16辆公交车 氢燃料车队，目前已运营约六个月，Nel公司的Szymanski说。他表示，Nel的2兆瓦电解槽及配套硬件在SunLine位于加利福尼亚州Thousand Palms的站点生产氢气。“如果用卡车运输，成本将是现在的四倍。”

加利福尼亚州的电网电力使SunLine的车队成为“24%绿色”，SunLine首席执行官/总经理Lauren Skiver通过电子邮件告诉Utility Dive。但该公司计划 到2035年将所有车辆转换为零温室气体排放 ，并且正在建设一个配备电池储能的专用4兆瓦太阳能阵列，使其成为“从油井到车轮的绿色产品”，她补充道。

“我们计划利用 我们的微电网 来生产可再生氢，”她说。这将支持“2兆瓦绿色氢燃料加注站的运营、额外氢气的储存以及未来的扩容。”

SunLine的目标是以低于每公斤5美元的成本生产绿色氢，她说。她补充道，在产量充足的情况下，SunLine可以为其他车队的氢燃料车辆提供燃料，服务电池电动汽车充电站，或在邻近的州际公路上供应氢燃料加注站。

“我们需要更多的氢，也需要更多的解决方案，”Skiver说。当他们的站点提供可负担的燃料时，“更多的车队运营商将转向氢能。”

Nikola Motor近期在纳斯达克的轰动表现，主要得益于其斥资逾3000万美元购买85兆瓦Nel碱性电解槽产能的消息， 市场分析师报告称。这些设备将为Nikola规划的五个重型车辆加氢站供氢，覆盖“多个州和卡车运输路线”，创始人兼首席执行官Trevor Milton在 公司声明中表示.

Nikola业务发展与国防副总裁Andrew Christian通过电子邮件告诉Utility Dive，该计划旨在到2023年为氢动力重型车辆、氢燃料及加氢站提供七年或70万英里的租赁服务。公司预计，这些租赁将使总拥有成本降低每英里0.02美元。

两位公用事业行业领袖正在考虑将绿色氢气应用于交通运输领域。

萨克拉门托市政公用事业区正在与萨克拉门托的 空气质量管理区 进行讨论，内容涉及提供变电站以及针对参与车队用户的重型车辆氢燃料加注试点电价，空气质量管理区执行主任兼空气污染控制官阿尔贝托·阿亚拉告诉Utility Dive。“合适的电价对于试点的可行性至关重要 ，试点项目才能得以实施."

Dominion Energy看到了绿色氢气在交通运输及许多其他应用领域的潜力。

绿色氢气可以成为“我们脱碳工具箱中的 一种工具 ，在州政策支持的地方尤其如此，”Dominion的赫格瓦尔德表示。他补充说，最终可能会形成“由配送管道连接的承购方生态系统”。“可能会有钢铁厂、加注站、氨厂等同时使用这种燃料和化学品，共同分担建设管道的财务风险。”

他表示，在拥有水源的可再生能源项目中，电解槽可以生产绿氢，“并建设一条主干管道将其输送至人口中心”。“主干管道的支线将延伸至终端用户，或延伸至可通过卡车将氢气运输最后几英里到达能够承担额外成本的用户的地点。”

这引出了绿氢在成本曲线之外最大的问题，即如何输送。

输送挑战

关于利用现有天然气管道进行输送存在争议。

Dominion公司的Hegewald表示，绿氢混合比例超过10%至20%会使现有管道变脆并容易泄漏。“天然气管道需要进行改造，这虽然昂贵，但比新建绿氢管道更具成本效益，因为现有管道已具备地役权和基础设施。”

他补充说，其他选择包括在可再生能源项目中生成和储存绿氢，并将项目产生的电力输入输电系统，或采用SunLine方案，或者特别是对于化工过程，将氢气液化后用卡车运输。

Nel公司的Szymanski表示，当今过剩的可再生能源和现有管道可以输送混合气体以扩大市场，并引领新的专用可再生能源项目用于绿氢生产。"但如果没有那种让天然气变得如此廉价且广泛分布的管道系统，绿氢不太可能实现规模化。"

在绿氢产量极高的情况下，需要新建或改造覆盖整个经济体的管道系统，但Dominion公司的Hegewald表示，"需要绿氢的大规模渗透才能证明这笔成本的合理性"。如果这种情况发生，"那将是遥远未来的事，而且很可能只有在政策支持推动绿氢成本下降之后才能实现。"

一些政策支持已经到位。

加州要求到2045年实现全经济范围温室气体零排放的规定，以及其新颁布的关于 到2035年该州销售的重型车辆中一半为零排放车辆 的规定，使"管道输送绿氢成为现实可能"，SunLine公司的Skiver表示。她也认同，现有的天然气管道和储存设施可能是满足这些政策要求的一种途径。

Szymanski表示，未来很可能是"多种技术组合来输送绿氢"。"通过电子到分子的转化，绿氢可以被液化并通过卡车或船舶进行大宗运输，用于长期储存、交通和工业应用，使氢成为连接不同经济领域的桥梁。"