氫促會獲悉，麻省理工學院的一項最新研究發現，電力和氫能供應鏈基礎設施的協同最佳化，有利於減排和降低基礎設施成本。
當前，世界各國政府和企業都在增加對氫能研發的投資，越來越認識到氫在實現全球能源系統脫碳目標方面可以發揮的重要作用。由於氫質輕、能量密度高、可儲存，並且在使用時不會直接產生二氧化碳排放，因此，研究人員認為，“這種多功能的能源載體可在未來的清潔能源系統中以多種方式加以利用。”
富有競爭力的減排新選項
研究人員指出，作為規模化儲能的一種方式，氫已經引起較多的關注，部分原因在於，人們預計未來的電網將由風能和太陽能等波動性可再生能源主導，而水電解槽的成本將逐漸降低——這將使可再生能源製取的“綠氫”比化石燃料生產的氫氣更具成本競爭力。同時，氫作為清潔能源燃料的多功能性，也使其成為滿足能源需求，並且在難以直接電氣化、難以脫碳的部門（如交通、建築和工業）開闢減排途徑的一個有吸引力的選項。
“我們已經看到了許多關於電力脫碳途徑的進展，但我們無法實現所有終端用能的電氣化。這意味著僅僅對電力供應進行脫碳是不夠的，我們還必須制定其他脫碳的策略。”麻省理工學院能源倡議（MITEI）的科學家Dharik Mallapragada表示，“氫是一種值得探索的能源載體，但要了解氫的作用，需要我們研究電力系統和未來氫能供應鏈之間的相互作用。”
在最近發表於《能源與環境科學》雜誌的一篇論文中，麻省理工學院和殼牌公司的研究人員提出了一個框架，以系統地研究氫基技術途徑在未來低碳綜合能源系統中的作用和影響，並考慮其與電網的相互作用以及能源需求和供應的時空變化。在各種不同排放價格的情景下，該框架使電力和氫能供應鏈的基礎設施投資和運營得到了協同最佳化。當應用於美國東北部的一個案例研究時，研究人員發現這種方法可以在成本和減排方面帶來了巨大的好處，因為它充分發掘了氫的潛力，在透過電解生產時為電力系統提供了一個大的靈活負載，同時也使難以通電的終端應用部門實現脫碳。
Dharik Mallapragada指出，“如果我們要真正瞭解直接電氣化或其他脫碳戰略的成本和收益，我們需要建立一個跨部門的框架來分析各個能源載體在多個系統中的經濟和作用。”
電氫耦合優於傳統氫儲能
為了進行分析，該研究團隊開發了低碳電-氫網路決策最佳化（DOLPHYN）模型，透過該模型可以研究氫在低碳能源系統中的作用，電力和氫能耦合的影響，以及跨越兩條供應鏈的各種技術選擇之間的權衡。殼牌公司研究員Heuberger Austin表示：“能夠評估電力和新興氫經濟之間的系統級相互影響，對於推動技術發展和支援戰略價值鏈決策至關重要，而DOLPHYN模型有助於解決此類問題。”
對於預定義的電力和氫能需求場景，該模型確定了電力和氫能行業中成本最低的技術組合，同時遵守各種運營和政策約束。該模型可以包含一系列技術選項——從間歇性可再生能源發電（VRE）到用於發電和制氫的碳捕獲和儲存（CCS），再到用於氫氣運輸的卡車和管道。憑藉其靈活的結構，該模型可以很容易地進行調整，以顯示新興技術選擇，並評估其對能源系統的長期價值。
為了測試這一模型，研究人員觀察了在各種需求、技術和碳價格情景下美國東北部的能源系統。該地區目前有可再生能源的立法和政策支援，還有不斷上升的減排目標，其中一些目標非常嚴格。它對能源供暖的需求也很高，這是一個難以電氣化的行業，尤其可以從氫能以及電氫系統的耦合中獲益。
研究人員發現，電力和氫能耦合相互作用，比傳統的氫儲能更為有利，因為傳統的氫儲能將氫轉換回電力時，會帶來額外的效率損失，也就是說，氫作為靈活需求來源的角色，比儲能的角色更為有利。Dharik Mallapragada指出，“電力制氫在平衡電網方面提供的靈活性與用於其他終端脫碳的氫一樣重要。”
研究人員還發現，與電力部門相比，在氫供應鏈中使用CCS更具成本效益。他們預計，到2020年代末，電力部門的CCS專案將比用於制氫的專案多6倍——表明在規劃未來能源系統時，需要更多的跨部門耦合。
“除非採取全面的方法，否則無法實現氣候目標。”麻省理工學院科學家Emre Gençer指出，“二氧化碳減排是一個系統問題，有些行業無法透過電氣化脫碳，有些行業無法透過碳捕獲技術脫碳。如果把所有問題放在一起考慮，就會得到一個協同解決方案，從而顯著降低基礎設施成本。”
來源：中國產業發展促進會氫能分會
