氫能趨勢分析與儲能應用新思維

 

COP21大會過後，世界主要國家均已對全球暖化以及減碳達成共識，減少石化燃料之使用並朝向永續能源發展的目標前進。其中氫能由於資源豐富、高能量密度、環境友善、高經濟效益與用途廣泛而被列為重點發展項目。現今支撐全球經濟發展仍以化石燃料為主要支柱，因此氫能產業的發展必須依賴政策的支持。

本文將從以下大綱，就歐、美、亞主要國家於氫能作為混成電力供應一環之評估考量、政策規劃與規範制定進行說明與探討，期能作為國內氫能發展參考之思維。
‧全球主要國家未來之低碳能源政策
　1. 美國
　2. 歐盟
　3. 中國
　4. 日本
　5. 台灣
‧混成型電力供應
‧氫能成本分析
‧國際氫能規範

【內文精選】
為朝向永續能源發展的目標前進，新能源開發與再生能源(Sustainable Energy)發展勢在必行。在此同時，世界各國不約而同地將氫能發展列為重點項目，主因有以下五點：①資源豐富；②高能量密度；③環境友善；④高經濟效益；⑤用途廣泛。

全球主要國家未來之低碳能源政策
在2015年於法國巴黎舉辦之「第二十一次締約國大會」(COP21)會議中，世界各國均已對全球暖化以及減碳達成共識，簡要說明如下。
1. 美國
①2025年較2005年減碳量達26~28%。
②逐步提升再生（低碳）能源發電，2030年總能源淨進出口達平衡。
③發展低成本產氫技術，技術指標產氫成本2 USD/kg、氫氣運輸成本2 USD/kg。未來氫能應用構想如圖一所示，主要電力來源以再生能源為主，藉由高效率產氫技術調節以提升總能源使用效率。

圖一、氫能應用構想

5. 台灣
① 2025年總再生能源裝置容量規劃為27 GW，太陽光電裝置容量為20 GW，風力發電裝置容量為4.2 GW。
② 2050年溫室氣體排放量降為2005年溫室氣體排放量50%以下。

混成型電力供應
以現今全球的儲能發展趨勢而言，在再生能源占比較大的國家如德國，目前除了儲電系統外，更是導入了Power to Gas (P2G)的化學能儲存，來達到一個更為經濟的儲能方式。德國於P2G的運行架構、規劃與實施地點如圖二所示，同時結合現有的天然氣管線，以省去建置氫氣管線之高額成本。

圖二、德國Power to Gas計畫架構

而於P2G中之具體作法為藉由水電解產氫系統導入，結合再生能源或既有電網之餘電進行，以提升總能源使用率與利用率，同時藉此帶動下游應用端之儲氫及用氫產業之發展（燃料電池熱電共生系統(CHP)應用、加氫站等）。根據在2017年IPHE (International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy)會議資料，德國已建造33座加氫站、建設中的有10座、準備建造中的有23座，預計於2030年前完成300座。

氫能的利用若使用燃料電池，則可藉由電化學反應將化學能轉換為電能，能量轉化過程將不受卡諾循環限制，也因此能量轉化效率較高。以燃料電池車而言，其能源使用效率為汽油車之兩倍以上，也因此眾多國家均已開始發展燃料電池車