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在欧洲最大的并网氢发电厂的燃料电池。
在欧洲最大的并网氢发电厂的燃料电池。 信用:DPA图片联盟/ Alamy图片社图片
能源
2020年7月29日11:54

深入:氢“必要”,以应对英国净零目标国家电网表示,

西蒙·埃文斯

西蒙·埃文斯

20年7月29日
西蒙·埃文斯

西蒙·埃文斯

2020年7月29日|上午11时54分
能源 深入:氢“必要”,以应对英国净零目标国家电网表示,

英国将需要氢气,到2050年达到净零温室气体排放量的目标,根据最新的国家电网“未来能源方案”。

氢“可能是解决许多过渡到净零的最困难的部分”,国家电网表示,,尤其是在长途货运,航运和重工业。

一年一度的“未来的能源情景”(FES)勾画出了英国的能源系统四个可能的未来,直到本世纪中叶。今年,还有2050年在三四个途径达到净零的重大变化昔年,最FES情况下错过了英国的气候目标。

三种实现净零的途径在社会变化程度和对氢的依赖程度上各不相同,但都需要在能源效率和交通运输重电气化方面取得巨大进展。他们还看到风能和太阳能的大量增加,而用于发电和取暖的化石天然气被逐步淘汰。

最重要的是,然而,该报告警告说,达到净零“需要全社会和最终消费者在所有的关键技术和政策领域立即采取行动,并全面参与”。

未来的能源情景

每年,国家电网发布了四种情况对英国未来的能源供应和需求,根据自己的造型会诊与能源界。

这些都是旨在帮助该公司计划未来在其作为英国电力系统的运营商角色[国家电网并没有在北爱尔兰工作],以及该国的天然气输送网络的所有者和经营者。

[A法律上独立的实体,国家电网电力系统操作员,现在运行的电网。这是这家公司,现在“拥有” FES出版和建模工作。]

而不是把单数的预测,该场景旨在展示一系列的“可信的”期货,探索关键的不确定性和地方有在事情将如何改变更大的信心。

随着时间的推移,这些报告响应政治、技术和社会的变化。例如,他们已经搬到更高的水平可再生能源和电动汽车,由于技术成本的下降了。

与此相类似,而早期迭代报告看到了国内的页岩气会议多的英国未来的能源需求,燃料起着新的净零途径没有参与。这是,该报告解释说,“这主要是由于来自政府和消费者降低支持”。

到2017年,只有每年出版四种FES方案之一遵守了80%的目标。在2019年的报告中,净零目标只包括作为“敏感性”,只有两个在2050年满足英国的老目标的80%削减排放量的四个主要场景。

今年的报告提出了几项重大的改变英国各地的现在具有法律约束力的目标到2050年净零,其在三个四种方案的满足,在下面的图所示。

国家电网也已开始包括农业​​中的造型,以及来自国际航空和海运的排放量,虽然从进口商品的排放被排除在外。

根据脱碳(x轴)的速度所示的2020未来能源情景和社会变化(y轴)的电平。
根据脱碳(x轴)的速度所示的2020未来能源情景和社会变化(y轴)的电平。资料来源:国家电网未来能源展望2020

“领先之路”的情景达到2048年的净零排放,其中国家电网公司形容为“最快可信的低碳化”途径。

这涉及到社会变革的显著水平,与私家车的使用转变的路程,在家庭能源效率的重大改进。该方案不直接处理食物或土地使用权。

在“转制”,到2050年达到净零,但人们的生活会受到影响程度较轻。会有以下,从而改善家居隔热和运输行为的变化较小,例如努力。

能量系统将在很大程度上依赖于从进口天然气衍生的氢气,并结合到CCS限制二氧化碳的排放。因为从进口的排放被排除在外,但是,这种情况下没有考虑由于天然气生产上游的排放。

能量在2050流动下的每个的四个场景的显示在动画中,下方。

氢经济

今年的转向满足净零排放情景的目标,他们依靠更大的野心气候在所有经济部门的手段。要做到这一点,国家电网途径使用的技术解决方案和行为变化的组合,如上面提到。

在技术方面,该报告指出,氢燃料具有大量增加的作用与去年相比,由于其潜在能力帮助“难以触及”的细分市场脱碳。

这包括重型货车、船运,在某些情况下,还包括家庭供暖和重工业。氢也可以作为零碳能源在电力领域发挥作用。”分派”电力来源,可随意切换,以满足高峰需求。

在2050氢需求由扇区中的图表所示,下面,下的每个的四个FES场景。这是“消费转型”(CT),“转制”(ST),“领导之路”(LW)和“稳定发展”(SP),它错过了净零的目标。(在SP,在2050年的排放258MtCO2e,低于1990年水平和低于水平46%在2019年约有68%)

在四种未来能源方案下,2050年英国经济各部门对氢气的需求,太瓦小时。
在四种未来能源方案下,2050年英国经济各部门对氢气的需求,太瓦小时。资料来源:国家电网未来能源展望2020

此氢源场景之间变化,反映了不确定性的选项将被证明最实用和符合成本效益。一个来源是“绿色氢”由可再生电力和电解,而‘蓝色氢’是从与CCS化石气体。

这两种路线意味着沉重的效率损失,这意味着有些能量被沿途浪费了。这意味着氢,最好使用其中存在最小的替代品。

然而,所有的净零方案中使用的气体的大量,从2050年152太瓦小时(亿千瓦时)至多591TWh。这是五分之一的经济总能源需求的五分之三之间。在高端市场,它相当于天然气目前每年需求。

相比之下,英国目前生产围绕每年氢27TWh,根据气候变化委员会(CCC)。它的指示性途径到净零在2050年使用270TWh的气体,主要是蓝色氢。该委员会将在十二月发布新的建议。

最依赖氢的国家电网方案是“系统转型”,即化石天然气的需求相对稳定,仅比2019年水平低16%。

该气体被假定为几乎全部来自海外进口,这意味着提取和运输过程中上游的甲烷排放量不朝向英国总计数。它被转换成氢气,与CCS捕获假定与所述过程相关联的CO 2的97%。

相比之下,其他两个净零的情况看化石天然气需求在2050年化石气体国内锅炉在所有净零场景淘汰下降接近零。

(今年夏天晚些时候,《碳简报》(Carb亚慱官网on Brief)将发布一份深入的问答,内容涉及氢作为实现净零排放的贡献者的承诺、潜力和缺陷。)

能源效率

通过所有的净零方案运行的另一个共同点是在能量效率的大的增加,这被看作是一个条件为满足国内和全球气候目标。

这在下面的图表中,其中,在英国目前的能源使用(最左边的条)与2050年的水平在图表的中间三个净零情形相比所示,需求下降了至少35%(“系统转型”),通过高达58%(‘一路领先’)。

由燃料英国的能源需求,太瓦时(TWh),在2019年,并在2050年每四个未来的能源方案。
按燃料,太瓦时(TWh),英国的能源需求在2019年,并在每一个2050年来源四个未来的能源情景:国家电网未来能源展望2020

大部分的下降能源使用自带约得益于更好的保温和使用更高效的电器。这种变化有已经帮助减少英国的能源消耗在过去的十年,但更快的进展将需要做出的改进在FES承担。

(在2019年,英国家庭的一些37%在一些FES途径在2035年达到了EPC C波段等级为能量效率。这达到60%和高达84%,到2050年)

结束供热和运输也提供大型节能,燃烧发动机和锅炉比他们的同行电效率远不如使用化石燃料。

基于氢的脱碳的相对低效率也解释了为什么“转制”(中心杆,上文)使用更多的能量比其他的净零通路。

该FES报告说,“电气化是关键运输低碳化”,并在2040年至2050年之间与此相比,目前的总32米汽车的道路上看到的道路上升到周围30米对电动汽车(EV)的数量。

随着剩余运输能源需求由氢来满足,石油需求在净零路径下将在2050年降至零。在FES的报告中,石油和煤炭都不是重点。

作为昔年,国家电网认为,电动汽车可以帮助平衡电网,通过使用智能充电,以提高他们的电池时,需求低迷和“车辆电网”(V2G)技术反馈到当需求高的网格。

该报告表明,V2G到2050年在需求高峰期提供最大的电力供应的38吉瓦(GW)。这相当于58GW的电流峰值的近三分之二。

发电

电力系统仍在继续迅速发展在所有的净零的情况,用可再生能源发电的骨干。该FES看到“至少”正在逐年增加,现在到2050年之间的风电装机3GW和太阳能装机容量1.4GW,如果净零须满足。

因此,到2050年,风能和太阳能的总发电量将从现在的3500万千瓦增加到173万至206万千瓦。这一总数明显高于去年的FES,后者到2050年风能和太阳能的最大发电量为1.39亿瓦。

(在一个场景中,“领导方式”中,有2050年海上风的附加24GW专用于生产氢在海上时,经由管道连接至岸上。)

在净零场景,风能和太阳能是由其他的低碳资源,包括补充氢,核和生物质与碳捕获和储存(BECCS)。

BECCS是今年的报告中特别突出,与至少由BECCS的2050年快速增长的能力8GW意味着电力行业开始产生“负排放“在净零途径中,最早2030年,不迟于2030年。这如下面的图表所示。

英国发电的碳强度,克二氧化碳当量每千瓦时,gCO2e/kWh,在2050年的四种未来能源情景下。
英国发电的碳强度,克二氧化碳当量每千瓦时,gCO2e/kWh,在2050年的四种未来能源情景下。资料来源:国家电网未来能源展望2020

尽可能到2050年每年的CO2(兆吨CO2)的61米吨的情况下使用的负电力行业排放量,以抵消在其他经济剩余的版本。这些剩余的排放主要来自航空和运输,而且还来自于农业和工业。

在FES负排放水平,到2050年每年采伐的一些49-61MtCO2,可与去年发表在CCC的指示净零途径35MtCO2比较。

为了适应在净零途径中的非常高的水平风能和太阳能的,国家电网着眼于灵活的各种选项,包括EV智能充电和V2G如上所述。

使用过量的电,使氢电解是灵活性在FES途径另一重要来源。从今天小于1GW容量爬升至多达10GW由2035和73GW到2050年,具有较高端意味着更少化石气体是用来制造氢。

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早在2035年,也有电力存储容量20GW如电池和抽水蓄能电站 - 从今天3.8GW了 - 与总到2050年达到高达40GW。

与往年不同的FES看到了装有CCS燃气发电站没有长期作用。取而代之的是,以前这些植物充满了角色由氢气发生器满足。

核继续发挥在净零途径的作用,但其发展前景相差很大。如今,英国大约有核能力9GW。到2050年,国家电网认为这改变低至5GW或高达17GW,具体取决于该方案。在低端市场,这将看到欣克利点C在Somerset内置英国在未来30年来唯一的新的大型核电站。

国家电网将继续研究“桥接间隙以净零”在秋天2020年第二轮启动。

这项工作旨在探索未来的能源方案中最重要的和不确定的部分,确定以帮助解开进度即时优先政策对净零排放。在里面第一轮这项工作,重点是三个方面,与反映在今年的FES的结果。

2019年的重点领域是:英国可获得的可持续生物能源的数量和最佳利用;电动汽车在促进可再生能源整合方面的作用;以及如何管理冬季电气化供热的高峰需求。

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