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風能 專題分析

淨零排放目標下氫能的多元應用:離岸風電結合氫能

October 19, 2021 Wind InfoLink

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離岸風電─氫能 簡介

氫能成為淨零排放目標的其一發展要項

國際能源署(IEA)於 5 月發布《全球能源部門 2050 淨零排放路徑》(Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector),報告分析了未來三十年間實現減碳目標需要達成的 400 多項里程碑,而氫能以其多元的特性,成為各國實現淨零排放的發展要項之一。許多國家開始制定綠氫開發政策,企圖將綠氫納入再生能源的藍圖,澳洲便是其中一國,澳洲自 2019 年發表《國家氫能策略》(National Hydrogen Strategy)啟動氫能發展,目標從化石燃料出口大國轉型出口再生能源。

氫能具有能夠長時間大量儲存之優點,是極佳的能源載體(energy carrier),當未來綠能供電比例越來越高,氫氣可以提高能源的供給穩定性。氫能亦可以作為各種工業活動的原料,例如透過取代煤炭,使鋼鐵及化學業擺脫對化石燃料的依賴。除此之外,燃料電池也是一種使用氫作為燃料的應用之一,使氫能轉化成電力。

氫氣可以透過兩種不同的生產過程和技術獲得,蒸汽重整(steam reforming method)和水電解(electrolysis)。前者的產物即為俗稱的「灰氫」,但由於原料組成本身含有碳,在製程中會產生大量的碳排放,與節能減碳的目標背道而馳;而使用這種方法並通過碳捕獲和封存(Carbon capture and storage, CCS)產生的氫則稱作「藍氫」。至於水電解法,則是透過可再生能源所產生的電力進行電解水產生氫,也就是「綠氫」,此過程並不會排放污染氣體,能實現零碳排放。

離岸風電結合氫能的應用

風氫,即透過風力發電電解產生氫。目前位於成熟階段的風力發電場面臨電無法充分被使用的問題,進而被迫停止部分風機運轉,而儲氫能夠克服此窘境:在風電需求不高的時機,利用多餘的風電來生產氫,除了可以解決能源過剩的問題,亦便於傳輸及儲存能源,達到供需平衡。除此之外,氫能相較其他儲電設備,可透過改良後的管線來儲存及運輸,成本上佔極大優勢。

然現階段而言,將電送到製氫廠仍有能源損耗的疑慮,因此西門子歌美颯和西門子能源公司正在開發一種可以透過電解生產氫的商業規模離岸風機,計畫改造現有風機 SG14-222 DD,使風機具備電解功能。比起將電送至製氫廠,結合發電及電解可以避免電轉換及運輸時的損耗,進而提高轉換效率。此計劃預計於 2025 年至 2026 年落成。

許多再生能源開發商也抓緊這個機會,規劃投入氫能的研究。由沃旭能源主導的 SeaH2Land 開發計畫將在北海打造一座 2 GW 離岸風電場及兩座共 1 GW 電解水製氫廠,預計 2030 年前完工。沃旭表示,北海港的氫氣需求約為每年 58 萬噸,而此計畫能滿足約 20% 的需求。而計畫完工後,比利時與荷蘭之間會多出一條長達 45 公里的氫氣管線,SeaH2Land 計畫也將協助兩國實現 2030 年的減碳目標。

石油巨擘荷蘭皇家殼牌公司亦參與了離岸風電結合氫能的研發,著手規劃歐洲最大的離岸風電─氫能開發案 NortH2,此一計畫將於 2040 年在北海興建一座 10 GW 的離岸風電廠。此開發案仍在草創期,預計於今年年底提出完整的計畫內容,而目前考慮搭配三種做法來製氫:

  • 參考海上油氣平台結合氫能的計畫 PosHYdon,該計畫預計在 Neptune Energy 公司研發的 Q13a 石油和天然氣平台上用風電和太陽能進行電解產生氫
  • 透過電纜將風場產生的電送至位於北海人造島上的電解廠進行製氫,並運輸至周圍國家
  • 採用具備電解功能的風機,也就是參考上述提及西門子歌美颯和西門子能源公司研發整合電解器的離岸風機
 

總結

若氫能發展成熟,全球能源經濟結構將有所改變,再生能源將取代油氣在能源界的地位,而先天條件不足、缺乏天然油氣資源的國家也有望成為能源輸出國,例如南韓及日本。然而,現階段綠氫的發展仍十分漫長,氫能存有效率及成本的疑慮,至少要等到綠電價格以及轉換成本大幅下降,氫能生產才有機會達到規模經濟,進而實現商業化。

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