只有當購買綠電不僅與制氫的電量相等，且“綠電發電時間和制氫時間達到小時級別匹配”，即什么時候發綠電什么時候制氫，才有可能是“綠氫”。

 

沒錯，這種“小時匹配”原則在歐洲的法案里被廢除了——原因是不想落后于“慷慨寬松”的美國政策，然而最近美國方面也開始了“小時匹配”的爭論。

 

 

IRA定義“綠色”氫的方法是采取美國阿貢國家實驗室的GREET工具計算碳排放，該模型的計算基于制氫所用電力的碳排放。

 

然而如果電網不是綠色的，但生產商采取采購綠電或綠證的模式進行“抵消”，定義綠氫和碳排放將是個復雜和棘手的問題。

 

目前，美國財政部正在權衡如何對“綠色”氫生產進行定義和要求，以避免在能源集團之間對“綠氫”的定義產生分歧。財政部的結果可能對氫氣作為氣候工具的可信度產生深遠影響——一些電網建模者、智囊團和環保人士警告說，“靈活”的定義可能會在未來幾年抹殺“綠色”氫的氣候可信度。

 

最容易被定義為綠氫的是可再生能源耦合的“離網”電解項目，直接使用100%的可再生電力，而不與來源復雜的電網電力牽扯。只要不離網且從電網取電，就很難定義和追蹤其“綠色”來源。

 

 

1-電網非靈活制氫：電解槽始終使用電網電力，滿負荷利用率高達95%以上，該模式不僅是碳排放的問題，還涉及經濟性問題——比如我國電網高峰電價可以高達一兩塊錢每度。

 

2-電網靈活制氫：與“1”同樣使用電網電力，但選擇低電價時段來降低用電成本，高電價時低負荷運轉，滿負荷利用率遠低于“1”。

 

3-共址（孤島）：完全離網型，off-grid，完全綠色，電解槽與電網不相連，僅依賴可再生發電設施；電力成本低、利用率低、波動性高，可再生發電設施功率即便在最優匹配下也需要遠大于電解槽功率（以保障高電解槽利用率），可能會導致大量棄電的產生。

 

4-共址（電網）：與完全離網的孤島模式相比，該模式連接電網，增加了電解槽的靈活性；該模式既產出氫，也向電網售出可再生電力，盡管出售電力意味著電解槽利用率的降低（制氫成本的提高）。該模式類似于“表后”behind-the-meter，比如屋頂光伏送出電力首先經過家庭或企業自用，之后才通過電表；當無太陽能發電時候，家庭或企業可以通過電表連接的電網取電。

 

唯一能夠直接保障“綠色”的，只有3；我國目前存在類似1和2模式的項目，通過購買制氫消耗等量的綠電，來間接“漂綠”氫氣，這種做法的碳減排效果存在爭議。

 

很多美國的氫氣生產商希望將這個爭議變為政策上的定論，即他們希望通過購電協議PPA或者能源屬性證書(EAC，比如可再生能源證書REC)來漂綠其“電網制氫”并獲得補貼，而不是建造自己的風力或太陽能設施來獲取綠色電力——允許使用高比例火電電網全天候制氫，只是其購買的綠電電量與其制氫使用的電量相當（盡管綠電發生時間與制氫時間并不對應），他們希望這樣做其產品依然被定義為綠氫。

 

支持此種“漂綠”手段的主要論據是，“隨著時間的推移，電網將變得更清潔，這意味著氫氣將變得越來越綠色。”

 

 

小時匹配、額外性和可交付性，一個不能少

 

《環境研究快報》（Environmental Research Letters）發表了一篇同行評議的論文，普林斯頓大學零實驗室（ZERO Lab）的研究人員考慮到2030年前美國西部的情況，研究了與電網發電（結合購買綠證抵消）產生的綠色氫相關的排放，結論是該模式導致其“綠色”氫氣可能比“灰色”氫氣的碳排放更糟糕，特別是如果當地電網依賴煤炭的話。論文作者及其ZERO實驗室同事已經提交給財政部公開評論，建議對“電網制氫”+“綠證”模式進行嚴格限制，限制條件見下文。

 

該研究使用宏觀能源系統建模來評估2030年美國西部基于電網+綠證制氫模式的碳排放，包含三種要求情形：

 

a） 無任何要求

 

b） 每小時/每周/每年將電解槽電力消耗量與采購的清潔發電量進行匹配，以及

 

c） 協調采購/消費，以在一年內實現凈零短期邊際排放net-zero short-run marginal emissions（SRME）

 

這些政策下的所有清潔電力采購都必須是額外的（即來自新建資源），并且必須實際交付（位于與電解槽相同的模型區）。

 

碳排放包括兩種情況，直接歸于制氫的歸因性排放Attributional和間接的由制氫導致的后果性排放Consequential:

 

1-歸因性碳排放：測量與非清潔電網電力直接消耗相關的排放

 

2-后果性碳排放：測量氫生產所帶來的全系統排放的總體變化

 

對應如上3種情形的結果如下：

 

1. 由于沒有清潔能源采購的要求，基于電網的氫氣生產非常骯臟，是蒸汽甲烷重整的2倍；

 

2. 要求每小時匹配可導致零直接排放（因為電解槽消耗的功率永遠不會超過采購的清潔資源同時產生的功率），并在某些情況下（但不是所有情況下）顯著減少間接排放。

 

3. 每周/年度匹配和凈零SRME減少但不消除直接排放（因為電解槽有時消耗的功率比采購資源同時生產的功率更多），但間接排放與不要求采購清潔能源的情形一樣。

 

為什么這些表現如此糟糕？答案是額外性的失敗。盡管氫氣生產商正在采購大量的清潔發電，但我們發現這些采購實際上并未增加系統中的清潔發電總量：

 

每小時匹配的情形會好得多；然而，研究者仍然觀察到，在每小時匹配的情況下，會產生較大的后果性碳排放，原因是對有限清潔資源的競爭，即使氫氣更綠和使電網更綠產生了競爭。

 

例如，如果只有一些新的風力開發項目質量足夠高，能夠與現有的煤炭進行經濟競爭，那么采購這些項目用于制氫將導致系統的其他部分依靠煤炭來填補缺口。盡管這意味著即使在每小時匹配要求下，基于電網的H2生產仍會產生顯著的實際排放影響，但應注意的是，在表后制氫模式可能會產生完全相同的結果。

 

這只是將H2生產優先于電網脫碳的結果，而這正是大型IRA清潔氫PTC的有效作用。這也不一定是壞事，因為它可以在我們真正需要的時候幫助擴大美國的氫工業。

 

無論怎樣，“小時匹配”都是必須的，并盡可能的帶來了更低的碳排放，這些顯著的減排對氫氣生產商來說也沒有太大的代價。我們發現，在每小時匹配要求下，氫氣生產成本通常增加不到1美元/千克。

 

另外兩個要求，即額外性和采購清潔發電的實際交付能力，同樣非常重要，違反任何一個都會完全消除每小時匹配的好處。

 

因此，簡而言之，將美國電網制氫的排放影響降至最低的方法是通過以下要求：

 

1. 小時匹配

 

2. 額外性

 

3. 可交付性

 

即使有了這些，結果也不是完美的，但少了一點就更糟糕了。

 

普林斯頓大學的研究人員表示，這種被稱為“每小時匹配”的做法可能會導致設施的氫氣產量減少，但這是確保氫氣產量不會增加電網排放量的唯一途徑。在每小時匹配的情況下，只有當可再生能源發電時，你才能消耗電力。這將有效地模擬當生產商直接從自己的電表后behind-the-meter風能和太陽能項目中獲取電力時綠色氫氣生產的工作原理。

 

 

支持方，往往是“環保主義”者團體。目前有幾個團體支持ZERO實驗室，敦促財政部要求每小時進行一次配對，包括國際清潔運輸委員會的研究人員和自然資源保護委員會的支持者；RMI；以及非營利性的清潔能源購買者協會，該協會為企業提供無碳目標方面的建議。

 

反對方，往往是氫氣生產商/貿易商或間接關聯方，包括愛迪生電力研究所（EEI）、美國清潔電力協會（American Clean Power Association）和美國可再生能源委員會（America Council on Renewable Energy）等貿易組織，以及殼牌石油公司（Shell PLC）等石油和天然氣巨頭，以及插頭電源股份有限公司（Plug Power Inc.）等燃料電池公司，都在反對這一概念。

 

EEI在12月2日給財政部的一份評論中表示，每小時匹配規則將“大幅提高所生產氫氣的價格”70%至170%，并“嚴重限制綠色氫氣的使用”。EEI表示，如果財政部將該法律的稅收抵免取決于每小時的匹配要求，那么氫生產商將不得不在可再生能源最不可用且最昂貴的情況下購買可再生能源補償。報告補充道，在沒有此類可再生能源補償的時期，生產商將不得不完全停止生產氫氣，以遵守此類規則。

 

該組織指出，今年早些時候，歐盟投票廢除了自己對綠色氫的每小時匹配要求，“因為擔心這類要求過于復雜，難以實施，阻礙了綠色氫行業的發展……并推動了對美國的投資。”。

 

EEI、ACORE和美國清潔能源協會認為，應該允許氫能開發商在給定電網上使用與太陽能和風能項目年產量相同的電量。大公司早就達成協議，每年購買與一年內消耗電量相等的可再生電力，并將這些協議計入碳中和目標。在過去十年中，這種做法為可再生能源的增長提供了資金支持。ACORE的政策主管表示，氫生產商在符合《通脹削減法案》的信貸條件的同時，也應該能夠做到這一點。

 

ACORE政策副總裁Allison Nyholm表示：“我們不想在行業規模擴張的同時阻礙他們。這是我們評論的關鍵。”。“我們需要為我們的行業提供可用的工具來建設。”ACORE電力政策主管Elise Caplan表示，新的輸電和可再生設施將使電網足夠清潔、快速，從而消除對與綠色氫生產相關的電網排放的長期擔憂。她說：“這是綠化網格的一部分。你要確保有足夠的靈活性和問責制。”。

 

這種爭議有它的必然性：綠氫在規模化之前，大家一致的嚴格的倡導“綠色”概念，因為這個是“合理性”之本。然而當綠氫在補貼政策刺激下準備規模化的時候，大家更為關注的是“財務”數字，是否夠“綠”，成為了“通融”的選項。

 

 

2019年，斯坦福大學的一個團隊得出結論，許多公司的可再生能源目標沒有達到實際的無碳承諾（Climatewire，2019年5月28日）。研究發現，要保證公司排放量100%減少，就需要每小時將可再生能源發電量與公司的電力消耗量相匹配。

 

2021年，一些大公司，如谷歌和微軟公司，已經接受了100%的電力消耗每小時匹配。之前，谷歌通過購買抵消年度用電量的可再生能源來實現自愿可再生能源目標，而不是將這些購買與用電時間匹配。而目前，谷歌將不依賴于標準的可再生能源證書概念，而是依賴于每小時基于時間的能源屬性證書，稱為T-EACS（ time-based energy attribute certificates）。【存照】谷歌計劃將其每個小時的電力消耗都與可再生能源相匹配

 

對比一下，美國和歐洲關于綠氫綠電“小時匹配”之爭，充分反映了“綠氫”這一行業目前的“沒出息”。

 

參考：

 

https://www.eenews.net/articles/bidens-dilemma-how-do-you-define-green-hydrogen/

 

Minimizing emissions from grid-based hydrogen production in the United States原文及作者推文