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荷蘭用於能源轉型的氫 Hydrogen for the Energy Transition
Jörg Gigler, Marcel Weeda, Remco Hoogma, Jort de Boer
2020/05
TKI NIEUW GAS Topsector Energie
https://www.topsectorenergie.nl/sites/default/files/uploads/TKI%20Gas/publicaties/7017-TSE%20Programmatische%20Aanpak%20Waterstof_EN-web.pdf
國際能源署(IEA)2019年發佈的「未來氫能(The Future of Hydrogen)」報告指出,再生能源與氫能的結合應用,將會是未來能源領域達到零排放的發展重點。荷蘭政府也於2019年發佈《國家氣候協定》積極推動氫能發展與應用,文章綜整其重點發展項目與實際案例,並歸納出臺灣發展氫能參考的方向。

國際能源署(IEA)2019年發佈的報告中 提到,2030年生產綠色氫氣的成本可能因再生能源產氫成本降低和氫能應用擴大而下降30%,並指出再生能源與氫氣的結合應用,將會是未來能源領域達到零排放的發展重點。

以往荷蘭是高度依賴石油、天然氣和燃煤發電的國家,為了因應氣候變遷及巴黎公約等氣候協約的規範,需要擬定積極的政策推動能源轉型,為此荷蘭擬定鼓勵發展氫能的政策措施,期能為零碳排放作出貢獻。文章主要概述荷蘭的氫能政策和應用,並介紹其重點發展項目與資源投入概況以及市場應用實例。最後列出臺灣未來具發展潛力的方向。

一、荷蘭的氫能政策
2019年發佈《國家氣候協定》,奠定氫能在荷蘭的工業、發電、運輸、建築等相關產業中扮演著重要角色,並訂定發展目標與實施方法,焦點為技術研發、研究試點項目、建設基礎設施和氫能應用。在盤點國內氫能技術的新興發展以及市場中的實際需求後,進一步提出氫能的多年計劃方案,藉由跨部門共享資訊、資源的方法,促進跨部門氫能創新的研發、推動實施試點和擴大應用規模,進而實現《國家氣候協定》的目標。

二、氫能應用
氫能應用係指使用氫作為能量載體(燃料)的應用,其用途包括:供給工業生產過程中所需的熱量、建築業的家庭供暖、運輸業中在電動汽車使用氫能燃料電池,以下將針對氫能的工業與再生能源領域的應用進行更詳細的說明與介紹:
(一)工業應用
在氫能技術應用市場中,工業部門擁有最大的市場需求。主要應用是將氫作為化學產品(例如甲醇和氨)的原料或輔助材料,並用於石油和生物質的精製過程 。此外,在技術上已經可以生產綠色或藍色氫 ,市場上已發展出MW級的應用系統。以下整理氫能工業應用重點發展項目、初期資源投入與市場應用案例:
1.透過電解製氫方法生產綠色氫,應用於工業用電。
--初期資源投入
(1)累積實施電解製氫的經驗,並進一步進行研發、降低製程中的成本。因目前氫能工業應用的主要限制因素是價格,市場應用正朝向自動化生產、優化系統提高效率和延長使用壽命的方向發展。
(2)建立國內相關製造業的合作與聯繫,確保電解系統裝置零件的供給數量與品質。

--市場應用案例
(1) Gasunie與Nouryon公司合作發展20MW規模的氫能工業應用。
(2) Nouryon、Tata 鋼鐵在阿姆斯特丹港共同研究100 MW規模的大型綠色氫工業應用 。

2.使用碳捕集技術對天然氣和廢氣進行脫碳,並用於發電和工業供熱
--初期資源投入
(1)建設大型藍色氫氣(GW規模)的氫能基礎設施。
(2)將化石燃料驅動的氣渦輪機換成氫能驅動。
(3)將新型氫/氧燃燒器用於高溫工業製程,例如:玻璃生產。
(4)以氫氣為燃料驅動生產玻璃、鋼鐵和陶瓷的加熱爐。
(5)發展、設置大型儲能系統。

--市場應用案例
(1)氫能工業供熱已完成大規模的試點營運。
(2)在Bedum的FrieslandCampina工廠以氫氣取代天然氣。

(二)再生能源領域的應用
擴大再生能源占比為國際能源市場趨勢,尤其太陽能與風能在再生能源中占比逐年增長。由於氫氣可做為燃料電池的燃料來源,可整合、平衡各種再生能源,解決供電不穩的問題。因此,將剩餘的太陽光電或風力發電用來生產氫氣的需求也隨之成長。目前荷蘭此類應用大多處於可行性試驗和初期建置階段,尚未大規模商業化。以下整理荷蘭目前氫能在再生能源領域應用的重點投入項目、初期資源投入與市場應用案例:
1.將太陽光電與風力發電的電力轉換為綠色氫能
初期資源投入
(1) 藉由調節儲氫槽的容量進行氫能的長期儲存,並延長放電時間(可達月或季),以實現網絡穩定或平衡。
(2)QualyGridS計劃針對氫能電解槽應連接電網的服務,進行標準化測試。

市場應用案例
(1) 荷蘭的RWE和innogy公司正在Eemshaven測試並建置容量100 MW的綠色氫氣製氫廠,並利用Innogy公司在附近的Westereems風電場提供電力,進行大規模製氫的可行性試驗。
(2) HyStock的試點計劃是荷蘭第一個發電能力為1MW的燃氣發電設施。安裝工作於2018年底開始,並於2019年5月完成。EnergyStock和Gasunie New Energy公司的目標是將太陽能光電的電力轉化為氫,並用於運輸和工業。HyStock的計劃共安裝容量1 MW的太陽能光電場,包括12,500塊太陽能電池板,其中約4,500塊電池板專門用於HyStock計劃。

2. 利用電解法生產綠色氫氣,並應用於運輸、建築以及工業
初期資源投入
(1)研發直接產生氫氣的風力渦輪機。
(2)發展小規模、可符合當地需求的製氫系統,進行發電、轉換與應用,以解決發電量過剩的問題。

市場應用案例
(1) Duwaal公司在北荷蘭省建造具電解功能的風力渦輪機,用於生產氫氣。該設施擁有4.8 MW容量的風力發電機,並設有2 MW容量的氫氣電解槽生產氫氣,再將氫氣應用於燃料電池驅動的電動卡車。

三、小結︰
(一)海上風能製氫
臺灣的再生能源政策以及市場發展以太陽光電與風力發電為能源轉型推動重點,在能源轉型的過程可藉由綠色氫氣降低發電的碳排放量。而多餘的海上風能可為石油和天然氣平台上的電解槽供電,生產綠色氫氣並混入天然氣管線中,通過既有的天然氣基礎設施輸送到陸地。目前荷蘭正在進行海上風能製氫的試點計劃。除了荷蘭之外,丹麥的風電大廠沃旭能源(Ørsted)獲得丹麥政府約新台幣 1.54 億元的補助,用於建造2MW的電解儲氫廠 。沃旭能源將利用兩座3.6 MW的離岸風電機製造氫氣,預計每天的氫氣產量為 600kg,並可驅動20-30輛氫燃料電池公車。

(二)燃料電池的應用
臺灣經濟部能源局正積極推動氫能與燃料電池產業,整合國內燃料電池產業共同研商產業發展策略,預計2020年有接近千億元的潛力,國際市場占有率約達5% ,使我國氫能與燃料電池產品技術、產業規模在國際占有重要地位。而荷蘭政府提出到2030年的氫能燃料電池發展策略包括推動氫燃料電池大規模以及自動化的生產,並應用在公車、卡車和工業發電機中。再根據市場的電力需求,研發相應的燃料電池系統,以提高供電系統的效率和可靠性。以上氫能燃料電池應用策略或可為臺灣未來發展提供參考。

謝汎琪
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