2024年11月11日更新-【牛津能源研究所】2024正确测量低碳氢的碳强度对降低监管风险的作用研究报告_41页_4mb

这份报告探讨了低碳氢气（low carbon hydrogen）在脱碳经济中的关键作用及其面临的挑战，主要涉及以下要点：

1. 低碳氢气的定义与测量
   低碳氢气被定义为与化石燃料制氢（非碳捕集与封存技术CCS）相比碳强度显著更低的氢气，其碳强度取决于生产过程中的能源来源和电网的碳排放水平。低碳电能则包括可再生能源（如风能、太阳能）、核能及配备CCS的化石能源。报告指出，目前缺乏统一的命名规则，导致不同地区对低碳氢气的界定存在显著差异，例如欧盟采用“从可再生资源（RFNBOs）制氢”的定义，英国和美国则强调碳强度的具体阈值。测量方法需考虑系统边界（如“井到轮”或“井到生产端”）及排放范围（1、2、3类排放），并结合能源来源的时空分布。

2. 碳强度的影响因素

   • 能源效率：电解制氢效率受技术（如碱性电解、PEM）影响，高效设备能降低碳强度。
   • 电网碳强度：不同地区电网的碳排放差异显著，如丹麦电网碳强度极低（0.28 kgCO₂e/MJ），而捷克碳强度较高（7.5 kgCO₂e/MJ）。
   • 时间相关性：使用电网电力时，若仅依赖低强度时段（如晚间低电价）可能因电力短缺导致更高的碳强度。欧盟提出“时间匹配”要求，需确保电能与氢能生产过程的时间段对应，以避免“彼得换保罗”效应（资源错配）。
   • 地理相关性：不同地区资源禀赋和电网特性影响碳强度，需根据本地能源结构制定标准。

3. 政策挑战与风险
   政策制定者面临双重挑战：一是低碳氢气成本较高（如电解制氢需24.0 kgCO₂e/kgH₂的可再生电力），二是碳强度标准不统一可能导致监管不确定性。报告指出，欧盟对低碳氢气的认证规则（如RFNBOs）较为严格，而美国IRA法案对“清洁氢气”（碳强度≤4 kgCO₂e/kgH₂）的补贴可能扭曲市场。此外，低碳氢气的国际化（如欧洲“共同标准”）需解决不同国家定义差异及技术差异（如DAC或BECCS）带来的争议。

4. 时间相关性与实际应用
   时间相关性规则直接影响氢能生产成本与减排效果。例如，采用小时级匹配（如Swedish电解槽需10小时低强度电能）可确保低碳强度，但若规则放宽（如月度或年度匹配），可能需更多化石燃料发电导致碳强度上升。研究显示，严格匹配能通过“经济性”促进可再生能源消纳，而放宽规则可能增加新项目对减排的依赖，需权衡短期利益与长期减排目标。

5. 案例与数据

   • Green Lab Skive案例：通过电网+光伏+风能的多能源组合，实现低碳氢气生产效率最优（碳强度降至0.0037 kgCO₂e/MJ），但需极高额外电力成本（3.40 €/kgH₂）。
   • 德国数据：2017-2020年数据显示，不匹配规则时，电解氢气对电网的影响导致碳强度波动（如2020年LCOH为3.28 €/kgH₂），而匹配规则下可显著降低成本（如158.06 €/MWh）。
   • 美国市场：IRA法案对低碳氢气的补贴（45V信用）可能激励项目依赖净零电能，但需确保不破坏能源平衡。

6. 未来路径与建议
   报告呼吁建立统一的低碳氢测量框架，如基于IPHE方法论（国际氢能经济伙伴关系），涵盖全产业链排放，并明确“额外性”（新增清洁能源项目）门槛。同时，需平衡严格规则（促进可再生能源消纳）与灵活政策（降低生产成本），以减少监管风险。此外，加强国际互认（如COP28声明）和透明度（如数据公开）是推动低碳氢能发展的关键。

该报告强调，低碳氢气的推广依赖于精准的碳强度测量、统一的政策框架及可再生能源的规模化应用，同时需权衡技术经济性与减排目标的协调性。