绿氢：平衡之要

影响力系列白皮书 第五册绿氢：平衡之要影响力系列白皮书 第五册1 影响力系列白皮书 第五册既扩大氢能规模又保持电网稳定且成本可控序言Mika Kulju丹佛斯集团传动事业部总裁全球对气候变化的讨论愈加热烈，其中氢能作为一个新近出现的能源载体，不仅引发各方激烈的讨论和争议，也是全球各地媒体热议的话题。既有拥趸者赞之曰“奇迹燃料”，也有人提出警示，称之为无法摆脱化石能源的代价高昂的双刃剑。面对气候变化，行业正在探寻可持续的应对之道，这一过程既事关紧迫，又错综复杂。有人希望寻找灵丹妙药，也不难理解。同样，氢能效用的相关研究使其成为绿色转型中争议最大的话题之一。但是，无论我们将氢能视为灵丹妙药，还是继续就如此两极化的观点进行激烈的争论，都无益于我们达成净零目标。在摆脱化石能源的转型中，绿氢将会发挥关键作用。当前，氢能主要还是聚焦于传统应用领域。在重工业、长途运输等难以减排的行业，需要加快推广氢能应用。好消息是，我们已经掌握了降低绿氢制备成本所需的技术。正如上一册《影响力系列白皮书》第四册所述，为将全球温升幅度控制在1.5℃之内，我们必须采用可再生能源发电技术替代化石燃料发电技术。 2 影响力系列白皮书 第五册历经多年反复辩论无果，这一情况在阿联酋迪拜举行的第28届缔约方大会（COP28）上最终得到承认。会上，198个缔约方同意“摆脱各类化石能源，让世界在2050年前实现净零排放”1。关键在于，历史性地摆脱化石能源意味着，我们必须弃用传统能源技术和系统，改用充分电气化的能源系统。COP28传来的消息，令人鼓舞。但是，尽管提高能效、推进电气化、扩大利用可再生能源的决议作用巨大，却只能让我们部分达到净零目标。补上能源转型的最后一块拼图，要靠替代性低排放燃料，实现最难减排的行业脱碳。要应对这个挑战，氢能是关键。低排放氢能是减排降碳的多面手，在可再生能源发电供大于求时，可以用于储存余能。如果是用可再生能源制氢，氢能就能使农业、航空、航运、重工等行业提前几十年实现间接的电气化。尽管绿氢的应用前景广阔，但市场对可再生能源的需求量也很大。事实上，到2050年，制氢能耗将超过目前电力需求总量的一半2,3,4,5。若要充分发掘氢能潜力，又不压垮能源网络，我们就要高效制氢、智慧用氢，包括改造现有灰氢生产设施，使其转产绿氢。本文将聚焦于平衡且体系化的氢能发展方式提出一系列原则，使得政府、行业中的决策制定者既能高效扩大制氢规模，又能避免可再生能源生产或者财务资源压力失控。通过降低整体能耗、高效制氢、智慧用氢，我们可以在全球范围内，帮助当前碳排放过高的行业和工艺实现有效减排降碳。就像其它环境优化技术一样，氢能也不能包打天下。我们需要一个整体的且具有成本效益的发展路径。毫无疑问，氢能必将会在绿色转型中发挥关键作用。我们已经掌握了快速、经济、可持续的氢能技术。现在要做的，就是不再纠结极端，而是开始拥抱未来机遇。丹佛斯行业专家库（按名首字母排序）程宝江船舶解决方案13952447758chengbaojiang@danfoss.com曲 磊数据中心解决方案13924018046qulei@danfoss.com朱 阳绿氢 / ESG能效提升182 2116 5212yang.zhu@danfoss.com唐小辉储能、工业热泵解决方案13925015676tangxiaohui@danfoss.com练 俊新能源汽车功率半导体解决方案15201847582jun.lian@semikron-danfoss.com芮小东电子厂房解决方案13601696529ruixiaodong@danfoss.com王 超电气化解决方案13061893621chao.wang@danfoss.com3 影响力系列白皮书 第五册依托实证证据和可靠信源，《影响力系列白皮书》第五册阐述了氢能在未来能源体系中的定位。本文讨论氢能和制氢时使用的术语有异于国际标准或法规。目前，不论电网上的电力来自什么能源，电解制氢都被视为“绿色”。利用可再生能源电力进行制氢，则术语各异。但在本册之中，我们将利用可再生能源电力生产的氢能称为“绿氢”，碳排放强度趋近于零。遵循国际能源署6,7 和欧盟8 对于通过可再生能源发电制氢和配套技术的化石燃料（天然气和煤制气）制氢的定义，本册会在个别论述中会将其称之为“低排放氢能”，包括“蓝氢”和“绿氢”。这些术语在行业文献中广泛使用，但没有标准定义。特别感谢Mathias Berg Rosendal (DTU管理学院能源经济与建模专业博士生) 为本文初稿提供的宝贵意见和建议。本文仅代表丹佛斯公司的观点。其完整性和准确性不应归责于任何外部审稿人员或实体。丹佛斯《影响力系列白皮书》第五册由丹佛斯集团传播与公共事务部分析团队编写。如有点评或问题，请联系丹佛斯集团传播与公共事务分析团队负责人Sara Vad Sørensen: sara.sorensen@danfoss.com。 4 影响力系列白皮书 第五册首先要实现电气化、 减少能源需求绿氢制备能耗大、成本高，制氢所需的可再生能源并不是免费资源。在大规模应用氢能之前，先要采取一切可能的措施，推广电气化，提高能源效率。提高能效是最经济的净零之道。高效制氢到2050年，制氢能耗将超过目前电力总需求的一半9,10,11,12。因此，对于减少能源浪费而言，提高电氢转换效率至关重要。此外，制氢时间也很关键。如能在电网中的可再生能源富余（且廉价）时制氢，就可以降低电网侧的成本和压力。最后，制氢地点也很重要。如能在现有或规划的区域能源系统附近布局电解厂，就可以利用余热制备热水，为住宅等建筑物供热，而不是白白浪费。电解厂选址还要保证邻近丰富且洁净水源，且生产过程应避免影响饮用、农业等其它用水活动。智慧用氢虽然氢能供应预计将会大幅增加，但由于制氢能耗高，氢能仍将是高成本的稀缺资源。因此，必须明智且审慎地使用氢能。只要设备和工艺能够电气化，就应直接电气化。氢能目前仍然集中于传统用途，需要在重工业、长途运输等难以减排的行业迅速扩大氢能使用。绿氢关键要点只有两分钟？H25 影响力系列白皮书 第五册氢能释要氢能是什么？氢是宇宙中最常见的化学元素，虽然无色无臭无味，却是构成所有维持人类生命的事物的主要物质，我们喝的水、为我们送来温暖的太阳，甚至于人体本身。但是，氢尽管经常被称为“宇宙的基本构成要素”，却很少以自由状态（气态）的形式出现。恰恰在这种状态下，它让能源系统深度脱碳的力量。为何需要氢能？氢不但构成了浩瀚的宇宙，而且在地球上发挥着 重大作用。第一，作为高效能量载体，氢可以储存能量。第二，氢可以燃烧，或转化为电燃料(e-fuel)，这是一种不使用化石燃料生产的合成燃料，可以作为甲醇或煤油等传统化石燃料的低排放替代品。如果制备和使用得当，氢能对环境的影响会很小，从而在推动绿色转型方面具有很大潜力。在钢铁、水泥、长途航空等很多行业，能源强度非常 高，这些行业同完全实现电气化、使用可再生能源驱动还有很大距离。面对迫在眉睫的气候危机，我们必须探索一切可能。在高强度、高温作业的直接电气化技术尚未开发完成的阶段，通过采用绿氢实现间接电气化，可以更早启动脱碳进程。由于绿氢燃烧不排放温室气体，氢能在这些行业是替代化石燃料