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欧洲最大的并网氢气发电厂的燃料电池。
欧洲最大的并网氢气发电厂的燃料电池。 资料来源:DPA图片联盟/ Alamy Stock Photo
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2020年7月29日11:54

深入:英国国家电网表示,氢“需要”达到英国净零排放目标

西蒙•埃文斯

西蒙•埃文斯

29.07.2020 |11:54 AM
必威体育在线注册 深入:英国国家电网表示,氢“需要”达到英国净零排放目标

根据英国国家电网(National Grid)最新的“未来能源情景”(future energy scenarios),英国将需要氢来实现其到2050年实现温室气体净零排放的目标。必威体育在线注册

氢“可能是向净零过渡过程中许多最难的部分的解决方案”,国家电网说特别是在长途货运、航运和重工业。

一年一度的“未来的能源情景必威体育在线注册“(FES)为英国能源系统勾勒出了四种可能的未来,直到本世纪中叶。必威体育在线注册今年到2050年,四种途径中有三种将达到净零。在前几年在美国,大多数FES情景都未能实现英国的气候目标。

净零的三条路线在其社会变化水平和对氢气依赖的情况下变化,但所有需要大的能量效率和沉重的运输充电。必威体育在线注册他们还看到风力和太阳能的大量升高,而化石煤气用于电力和供暖。

然而,至关重要的是,该报告警告称,要实现净零排放,“需要在所有关键技术和政策领域立即采取行动,并需要全社会和最终消费者的充分参与”。

未来能源的场景必威体育在线注册

每年,国家电网为英国未来的能源供需出版了四种情况,基于自己的需求必威体育在线注册造型咨询和能源社区。必威体育在线注册

作为英国电力系统的运营商(国家电网不在北爱尔兰运营),以及该国天然气传输网络的所有者和运营商,这些项目旨在帮助公司规划未来。

[一个合法的独立实体,国家电网电力系统运营商,现在运行着电网。正是这家公司现在“拥有”FES出版物和建模工作。

这些情景不是做出单一的预测,而是旨在展示一系列“可信的”未来,探索关键的不确定性和人们对事物将如何变化有更大信心的领域。

随着时间的推移,报告回应转向政治,技术和社会。例如,他们已经搬到了更高的水平随着技术成本的下降,可再生能源和电动汽车的销量下降。

类似的,然而早期的迭代该报告认为,国内页岩气满足了英国未来的大部分能源需求,但这种燃料在新的净零路径中没有发挥作用。必威体育在线注册该报告解释说,这“主要是因为政府和消费者的支持减少”。

直到2017年,每年公布的四种FES情景中只有一种达到了80%的目标。在2019年的报告中,净零目标只是作为一种“敏感性”被包括在内,四种主要情景中只有两种实现了英国到2050年减排80%的老目标。

今年的报告对英国的现状做了几项重大改变具有法律约束力的目标零到2050年,这是四种场景中的三个,如下图所示。

国家电网还开始在其建模中的农业和国际航空和航运中的排放,尽管来自进口货物的排放量被排除在外。

根据脱碳速度(x轴)和社会变化水必威体育在线注册平(y轴)显示的2020年未来能源情景。
根据脱碳速度(x轴)和社会变化水必威体育在线注册平(y轴)显示的2020年未来能源情景。资料来源:国家电网未来能源场景2必威体育在线注册020

到2048年,“带头前进”的方案将实现净零排放,国家电网将其描述为“最快可信的脱碳”途径。

这涉及显着的社会变化,远离私人汽车使用和家庭能源效率的大量改进。必威体育在线注册这种情况不会直接解决饮食或土地使用。

在“系统转换”下,净零达到2050年,但人们的生命将受到较小程度的影响。例如,可以少努力改善家庭绝缘和传输行为的较小变化。

能源系统必威体育在线注册将严重依赖从进口天然气中提取的氢,并结合CCS来限制二氧化碳排放。然而,由于不包括进口的排放,这种情况并不包括天然气生产带来的上游排放。

必威体育在线注册这四种情况下2050年的能源流动如下图所示。

氢经济

今年转向实现净零排放目标,意味着它们依赖于所有经济部门更大的气候雄心。为了做到这一点,如上所述,国家电网将技术解决方案和行为改变结合起来。

在技​​术方面,该报告指向氢气与“多增加的作用,因为它有潜力帮助“难以触及”的领域脱碳。

这包括重型货车,运输,以及在某些情况下,家庭供暖和重工业。氢也可能在电力扇区中具有零碳的作用“可分派“可以随时打开的电力来源,以满足最高需求。

下面的图表按部门显示了四种FES情景下2050年的氢需求。这些是“消费者转型”(CT)、“系统转型”(ST)、“领先”(LW)和“稳定发展”(SP),它们都没有达到净零目标。(在SP中,2050年的排放量为258MtCO2e,比1990年的水平低68%,比2019年的水平低46%。)

在四种未来能源情景下,2050年英国经济各部门对氢的需求为太瓦时(TWh)。必威体育在线注册
在四种未来能源情景下,2050年英国经济各部门对氢的需求为太瓦时(TWh)。必威体育在线注册资料来源:国家电网未来能源场景2必威体育在线注册020

这种氢的来源在场景之间变化,反映了哪些选择将是最实用和成本效益的不确定性。一个来源是“绿色的氢来自可再生电力和电解,而“蓝氢”来自化石天然气和CCS。

这两个路线都需要兴起的效率损失,这意味着一些能量沿途浪费。必威体育在线注册这意味着氢最好使用最小的替代品。

然而,所有净零方案都使用大量的气体,从2050年的152太瓦时(TWh)到591太瓦时。这是经济总能源需求的五分之一到五分之三。必威体育在线注册就高端而言,这相当于目前天然气的年需求量。

相比之下,英国目前生产根据世界卫生组织的数据,每年大约有27太瓦时的氢气气候变化委员会(CCC)。它的指示性途径到2050年,净消耗270太瓦时的气体,大部分是蓝氢。该委员会将在12月发布新的建议。

最氢依赖的国家电网情景是“系统转型”,其中对化石气体的需求仍然在2019年低于2019年后的16%相对较不变。

据推测,这种气体几乎完全从海外进口,这意味着在开采和运输过程中上游的甲烷排放不计入英国总量。它被转化成氢气,而CCS捕获了整个过程中假定的97%的二氧化碳。

相比之下,另外两个网络零场景将化石燃气需求视到2050年靠近零。化石天然气国内锅炉在所有网络零场景下逐步淘汰。

(今年夏天晚些时候,碳简介将在氢气作为达必威手机官网到净零排放的贡献者作为贡献者的承诺,潜力和陷阱上发表深入的问答。)

必威体育在线注册能源效率

贯穿所有净零方案的另一个常见的线索是能源效率的大幅提高,这被视为一个必威体育在线注册前提满足国内和全球气候目标。

如下图所示,英国当前的能源使用(最左边的条)与2050年的水平进行了比较。必威体育在线注册在图表中间的三个净零场景中,需求下降了至少35%(“系统转型”)和多达58%(“领先”)。

英国2必威体育在线注册019年和2050年四种未来能源情景下的燃料、太瓦时(TWh)的能源需求。
英国2必威体育在线注册019年和2050年四种未来能源情景下的燃料、太瓦时(TWh)的能源需求。资料来源:国家电网未来能源场景2必威体育在线注册020

由于更好的绝缘和使用更高效的电器,可以使必威体育在线注册用大部分时间来实现。这种变化有已经帮助了在过去的十年中减少英必威体育在线注册国的能源消耗,但要实现FES中假设的改进,还需要更快的进展。

(2019年,约37%的英国家庭达到了EPC能效C级。必威体育在线注册在某些FES途径中,这一比例到2035年将达到60%,到2050年将高达84%。)

停止在取暖和运输中使用化石燃料也可以节省大量能源,因为内燃机和锅炉的效率远远低于电动发动机。必威体育在线注册

氢脱碳的相对低效也解释了为什么“系统改造”(上图中栏)比其他净零途径消耗更多的能量。必威体育在线注册

FES的报告称,“电气化是交通脱碳的关键”,并预计到2040年至2050年,道路上的电动汽车数量将上升至3000万辆左右。相比之下,目前在路上行驶的汽车总数为3200万辆。

通过氢气满足残留的运输能量,在净零途径中,对油的必威体育在线注册需求均以2050降至零。FES报告中没有石油和煤炭功能。

如此前几年,国家网格表明,EVS可以通过使用智能充电在需求低至“栅格”(V2G)技术时使用智能充电来帮助平衡电网,以便在需求较高时向网格送回电网。

该报告表明,在需求峰值期间,V2G可以在2050年之前提供高达38个千兆瓦(GW)电力供应。这对应于电流峰值为58gW的近三分之二。

发电

电力系统仍然存在发展迅速在所有净零的情况下,以可再生能源发电为支柱。如果要实现净零排放,FES预计从现在到2050年,每年“至少”增加3千兆瓦的风能和1.4千兆瓦的太阳能发电能力。

因此,风和太阳能能力将在2050年达到173-206GW的总和,从今天到35GW。这些总数明显高于去年FES的FES,其中最多139gW的风和太阳能到2050。

(在一项名为“引领前进”的计划中,到2050年,将有额外的24GW的海上风能用于海上氢气生产,并通过管道连接到岸上。)

在净零的情况下,风能和太阳能是由氢、核能和其他低碳资源补充的具有碳捕获和存储的生物质(BECCS)。

BECCS在今年的报告中尤为突出,到2050年至少有8GW的容量。BECCS的快速增长意味着电力行业开始发电”负排放量“早2030年,净零途径早2030年。这在下面的图表中显示。

在2050年的四种未来能源情景下,英国发电的碳强度,每千瓦时二氧化碳克当量,gCO2e/kWh。必威体育在线注册
英国发电碳强度,每千瓦时的CO2等效,GCO2E / KWH,在4个未来的四个能源场景中的每一个都在2050年。资料来源:国家网格必威体育在线注册未来能源场景2必威体育在线注册020

到2050年,电力部门每年的负排放高达6100万吨二氧化碳(MtCO2)被用于抵消其他经济领域的剩余排放。这些残留排放主要来自航空和航运,但也来自农业和工业。

FES的负排放水平,即到2050年每年约49- 6100万吨二氧化碳的清除量,可以与气候变化委员会去年公布的指示性净零排放路径中的3500万吨二氧化碳进行比较。

为了适应在净零路径中非常高水平的风能和太阳能,国家电网考虑了各种灵活的选择,包括电动汽车智能充电和上述V2G。

电解者利用多余的电力来制造氢是FES途径中另一个重要的灵活性来源。到2035年,发电量将从目前的不到1000万千瓦升至1000万千瓦,到2050年将达到730万千瓦,这意味着用于制造氢气的化石气体更少。

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早在2035年,也有20GW的电力存储容量,如电池,从今天的3.8GW泵浦水泵 - 到2050年的总达到40GW。

与往年不同,FES对配备CCS的燃气电站没有长期作用。相反,氢气发生器满足了这些植物之前填充的作用。

核继续在净零路径中发挥作用,但它的前景差异很大。如今,英国的核电装机容量约为9GW。到2050年,国家电网预计这一数字将低至5千兆瓦或高至17千兆瓦,具体取决于具体情况。从低端来看,萨默塞特郡的欣克利角C核电站将成为英国未来30年建造的唯一一座大型新核电站。

英国国家电网公司将继续其“缩小与零的差距“,在2020年秋季推出了第二轮。

这项工作旨在探索未来能源情景中最重要和最不确定的部分,确定当前的政策重点,以帮助实现净零排放。必威体育在线注册在第一轮这项工作的重点是三个领域,研究结果反映在今年的FES中。

2019年的焦点领域是:在英国可获得可持续生物能源的金额和最佳使用量;必威体育在线注册电动汽车在辅助可再生能源集成中的作用;必威体育在线注册以及如何管理冬季电气化热量的峰值需求。

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