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氫能:英國能源轉型的重要手段

日期:2019-10-10    來源:第一元素  作者:劉濤

能源資訊中心

2019
10/10
09:33

關鍵詞: 氫能 傳統能源 石油

   作為工業革命的發源地,英國目前是最早進行能源轉型的國家,引領了全球的低碳革命,未來英國進一步降低碳排放,氫能是重要手段。
  作為最早進行能源轉型的國家之一,英國當前的能源結構相對優越,在全球低碳化和應對氣候變化的當下,英國目前在嘗試氫能的應用,并在探索多孔巖石氫氣的地下儲存。
  第二次世界大戰后,歐洲的經濟處于恢復時期,能源需求巨大。
  在恢復期的黃金十年中,作為當時的主要能源品,煤炭年消耗量從1.8億噸上升到2.18億噸,導致發生了1952年著名的“倫敦煙霧事件”。
  因此早在上世紀50年代,由于空氣污染問題,英國就開始能源轉型變革,煤炭退出了英國能源舞臺,解決了霧霾的同時,也成功實現了能源轉型。
  但經過幾十年能源變革,化石能源目前仍然是英國的主力能源,因此碳排放問題依舊嚴峻。
  氫能未來將在英國的能源結構轉型中扮演什么樣的角色?又將獲得怎樣的發展?
  英國能源結構
  傳統能源方面。
  英國是歐洲第二大石油和第三大天然氣資源國,拋開空氣污染的問題,雖然煤炭在英國發展的歷史上起到了極其重要的作用,但是英國煤炭資源非常緊缺,截止2014年,已探明儲量為2.28億噸,僅占全球儲量的0.03%。
  可再生能源方面。
  英國由于地處北半球西風帶,且四面環海,沒有高山阻隔,因此風資源豐富,尤其是海上風電;英國商務、能源與產業戰略部于2019年3月7日公布了最新海上風電發展目標,即到2030年,英國1/3的電力將來自海上風電。
  由于地處高緯度地區,太陽高度角較小,全年陰天較多,日照時間較短,太陽輻射強度較弱,因此英國太陽能資源比較缺乏。
  具體到英國的能源生產和消費。
  能源生產結構
  2017年,英國石油占能源總產量的40%,天然氣占32%,初級電力(包括核能、風能、太陽能和水力發電)占17%,生物能源和廢棄物占10%,煤炭占比為1.5%。
  由上圖可知,英國的能源生產主要以石油和天然氣為主,兩者占比總和接近80%,可再生能源主要用來發電占比17%,未來提升空間巨大,煤炭僅為1.5%,基本退出能源生產結構。
  能源消費結構
  2017年,英國石油消費占能源消費總量為35.85%,石油消費主要用于交通運輸領域;
  天然氣消費占能源消費總量的39.02%,天然氣消費主要用于家庭燃氣供熱方面;
  生物能源和廢棄物占能源消費總量的8.33%,核能占到了能源消費總量的11.55%,煤炭消費只占能源消費總量的5.26%。

 
能源結構
  由上圖可知,英國的能源消費結構仍以化石能源為主,其中天然氣是第一消費能源。
  英國能源低碳路徑
  低碳能源是一種含碳分子量少或沒有碳分子結構的能源,煤炭、石油、天然氣等因為在結構組成中都含有碳分子,因此在使用后都會產生碳排放。
  2013年至2018年間,英國碳排放量減少了9800萬噸,其中97%的減少源于煤炭消費的下降。從前面內容也可以看出,煤炭無論生產還是消費占比均處于個位數。
  除了煤炭使用量的大幅度降低外,英國主要通過加強可再生能源的使用比例來降低碳排放。
  在可再生能源發展的政策方面,英國給與了極大的支持。21世紀以來,英國政府陸續發布了《英國生物能源戰略》、《海上風電產業戰略規劃》、《潔凈空氣戰略》、《零排放之路》等多項戰略支持可再生能源的發展,未來英國將能源發展的重點放在可再生能源上。
  自英國實行低碳經濟以來,英國可再生能源供應占比逐年提高,從2000年的9.4%提高至2017年的18.4%。2018年英國可再生能源電力在發電結構中占比創歷史最高水平,達到33%;化石燃料發電占比創歷史最低水平,約46%。
  2017年,英國可再生能源的結構中,風電占21%,與2016年相比,英國可再生能源發電量的增長幾乎全部來自于風能。
  結合英國風資源豐富的特點,可再生能源中支持力度最大就是海上風電。
  英國商務、能源與產業戰略部于2019年3月7日公布了最新海上風電發展目標,即到2030年,英國1/3的電力將來自海上風電。
  氫能的“減排手段”
  雖然英國能源轉型非常成功,碳排放方面成績顯著,但是根據前文英國能源結構所知,化石能源仍然占據消費主力的位置,碳排放壓力依舊嚴峻,同時可再生能源也存在著一些問題,氫能是可以解決這些問題的重要手段。
  首先,氫本身就具有清潔、高熱值以及零排放的優點,而且最為關鍵的是,氫是可以連接所有能源之間相互轉化的“載體”。它可用于連接各種電能和化學原料,是實現提高能量獲得、存儲、輸送的綠色中間體。
  接下來結合氫本身的特點和英國的能源結構來分析氫能的作用,其作用主要體現在兩個方面。
  第一、從前文可知,當前英國能源消費占比處于第一位的是天然氣,占到了能源消費總量的39.02%,主要用于家庭燃氣供熱,其余用于發電。
  據英國相關媒體報道,英國家庭燃氣的使用是當今英國的第一大碳排放來源(甲烷雖然碳氫比很低,但仍然含有碳分子),未來完全可以將甲烷轉化為氫氣代替甲烷用于家庭供暖來實現碳排放的大幅度降低。
  第二、英國能源消費占比第二位的是石油。石油占到了英國能源消費總量的35.85%,其主要用于交通運輸領域。
  未來全球交通電氣化是必然趨勢,英國也不例外,因此英國的電力消費將來勢必會大幅度增高,當前英國電力結構中大約有20%的電力來自于風能和太陽能,隨著英國政府對于可再生能源的持續支持,可再生能源發電比例將會逐漸增加。
  但是風能和太陽能當前有一個致命的缺陷就是其間歇性導致的不穩定性,氫以其可連接各種電能、可儲存和可輸送的特性,是解決風能、太陽能不穩定的重要手段之一。
  根據外媒報道,近日英國成了一個科學家小組,正在推進一個名為HyStorPor的項目,該科學家小組由愛丁堡大學碳捕獲和儲存教授Stuart Haszeldine領導,還包括來自愛丁堡的埃里奧瓦特大學、阿伯丁大學的羅伯特戈登大學和帝國理工學院的科學家,小組從英國工程和物理研究委員會獲得了140萬英鎊的資金,用于探索多孔巖石氫氣的地下儲存。
  科學家們認為,未來商業化、規模化的地下儲氫對于未來英國的可再生能源發展至關重要,他們相信這種形式的可再生能源是克服當前風能和太陽能間歇性問題的關鍵。
  “在清潔空氣和應對氣候變化的道路上,英國很有可能將家庭和工業的加熱從高碳甲烷氣轉變為零碳氫。Haszeldine說:“在夏季儲存氫氣用于冬季的變化是非常重要的一部分。”
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