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綠能勢在必行,台灣氫能源的未來在哪裡?

ISSUE #046

綠能勢在必行,台灣氫能源的未來在哪裡?

2022-05-25 10:00:00

在 2050 零排碳的目標下,各先進經濟體紛紛發展綠色能源。繼風電與太陽能光電後,氫能源也被寄予厚望。台灣政府也宣示,將氫能源列為戰略項目,究竟台灣氫能源未來在哪裡?

#能源轉型需要戰略 #再生能源之外的選擇 #氫能來源在哪 #氫能該怎麼用

郭晏銓

郭晏銓 / 特約記者

採訪寫作

陳卓君

陳卓君 / 副總編輯

審訂

圖片來源 - Kelly L, Pexels

questionquestion

發生什麼事?

氣候變遷正在引發另一波「氫」熱潮。 各國紛紛設立專法推動,也提供相關補貼,鼓勵業界發展相關應用,企業投資也不斷增長。

  • 經濟學人報導,到 2030 年累計氫相關投資可達 5,000 億美元。摩根士丹利銀行估計,2050 年氫氣的年銷售額可達 6,000 億美元。(天下
  • 美國高盛(Goldman Sachs)報告剖析全球氫能產業長遠發展,點出各國為達成淨零碳排目標,預計將投資五兆美元,完善電解槽、儲氫設備等基礎設施全球氫能相關應用的潛在產值,預估將從目前的 1,250 億美元(約新台幣 3.6 兆元),大舉跳升至 2050 年的 1 兆美元(約新台幣 29 兆元)。
  • 2022 年 3 月底,國發會公布台灣「2050淨零排放路徑」宣示台灣未來能源結構將大幅調整,氫能源將被納入 12 項關鍵能源戰略,推動進口綠氫及餘電產製氫能,同時也將訂定《氫能管理專法》。


產業如何因應減排?

降低碳排,已經成為全球產業供應鏈的「必要」任務。高排碳量、不符環保規格的廠商,很可能被踢出供應鏈。「減碳」不僅攸關獲利,還攸關企業存亡。但隨著製造業回歸台灣,電力需求越來越大,如何有效運用電力,同時減少碳排放,並多元化能源來源,是政府與企業都必須面對的問題。

  • 國發會主委龔明鑫 2022 年 3 月 11 日於立法院接受立委質詢時指出,再生能源於 2025 年達20%,恐要延後 1、2 年才能達目標。且由於台灣用電量年年成長,再生能源除了太陽能、風力發電外,必須要將新的再生能源納入,氫能、地熱都將成為選項。(工商時報
  • 產業必須思考如何採購或產生綠電。基於能源的多樣化考量,取自於自然,低污染的氫能源將成為綠能新選項
  • 電力分散、自由化,企業與家庭自立供電,不足的部分再由統一電網取得,是很多國家都在走的方向。
  • 很多國際大企業都自已創建綠電來源。除了向台電採購太陽能、風電等綠電以外,企業也可以考慮在頂樓設置太陽能發電、汽電共生儲能,或使用氫燃料電池,利用製程中產生的廢氫,搭配氫燃料電池與儲能設備,產生綠電。


未來會如何?

  • 為了達到 2050 淨零碳排的目標,台灣現行的「溫室氣體減量及管理法」將更名為「氣候變遷因應法」,將淨零目標入法,並推動碳費、碳交易等項目,補助、獎勵執行溫室氣體減量工作事項、投資、研究及開發溫室氣體減量技術等。(關鍵評論
  • 台灣相關產業供應鏈已經形成,產、學、研界也組成「台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟」、「台灣氫能產業發展聯盟」合作推動,目前是以運輸與氫能發電與儲能為主。(台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟
  • 氫的供給是一個問題,全球目前提供的氫,大多從天然氣等化石燃料發電,進行水電解產生。隨著再生能源的發展,以此進行水電解再產生的綠氫,也逐漸增加。
    • 製造綠氫的成本下降、效率提升,是未來推動氫能源需要克服的問題。
    • 舉例來說,日本東京大學等組成的研究團隊成功利用陽光照射,從水中分解出氫與氧的「光觸媒」作用,在 100 平方公尺大範圍實驗中,成功安全地分離出高純度氫,盼有助大量提供便宜的氫。(聯合報

《旭時報》專訪成功大學能源科技與策略研究中心主任林大惠教授,與長期研究氫能的台灣經濟研究院一所副所長/台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長林若蓁博士,談談台灣氫能政策與未來相關綠能的走向。

什麼是氫能發電?

氫是宇宙中含量最高的物質,存在於水、活生物與任何有機化合物中。現在燃料電池多將氫與氧進行「電化學反應」以產生電力,這兩者進行電化學反應後唯一的排出物是水。氫的來源非常多,天然氣、甲醇、乙醇...等碳氫化合物裡面都可見到,甚至是一般水將過電解後也能產生氫。在發電後零污染與取得相對容易,氫被視為最潔淨的能源之一。

氫能基本戰略

深度對談

question
未來氫能源會在台灣的能源來源上扮演什麼角色?

共 1 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

目前政府在氫能的規劃上,大致還是以發電為主。畢竟如果核電廠除役,化石(Fossil)能源也不用的話,找尋其他能源就是當務之急,氫能源就是其中的選項。

氫能源的使用目前有兩個選項,一種是氫氣,另一種是氨氣。對於大型發電系統而言,無論是氫氣或是氨氣,都需要透過燃燒過程來進行能量轉換。純氫氣大多與天然氣混燒,氨氣則與燃煤混燒。

以熱值來說,天然氣是氫氣的三倍,也就是說若要燒氫氣,要達到與天然氣相同的效果,就必須提供三倍的體積流;從輸儲的角度來看,液態氫的供應比較能夠滿足大型發電系統的需求,然而氫的凝結點比天然氣更低,要液化氫氣需要提供較大的冷凍能量,這也是使用氫氣的另一挑戰。

由於目前氫和氨供應量不足,政府目前的規劃期程主要以混燒為主,未來視技術發展的成熟度將朝向氫和氨的全燒。雖然純氫燃燒與氧氣結合只會產生水,氨媒混燒,則會產生氮氧化物(NOx),會有空污的問題。不過,電廠都有處理氮氧化物的設備,所以這問題可以克服。除了發電以外,就是煉鋼,這部分就以氫為主了。國際間已經開始研究以氫能煉鋼,來降低以煤煉鋼的碳排放量。

2022-11-20 23:34:50
question
若要將氫能源納入戰略項目,有哪些問題要克服?如何克服?

共 2 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

台灣目前不產氫,必須倚賴進口。國外有以太陽能光電電解水產氫,這需要大量的太陽板,但台灣沒那麼多土地架設太陽能板發電。另一方面,台灣再生能源本來量就不多,不太可能用再生能源來產氫。即使產出,把氫轉換成液態再儲存的成本也很高。

目前政府思考氫能還是以發電為考量,但我認為以燃料電池儲能,或者是固態氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell,SOFC),也是一個應該思考的方向。因為這兩種系統的耗費的氫比較小。

2022-11-20 23:34:50
林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

其實不只台灣進口氫,也有先進國家的氫能是進口。例如日本自己不足的量就有規劃向澳洲買。智利則有許多用不完的太陽能與風電來源,用以電解水產生綠氫輸出。但發展初期就限制以綠電產氫,很難一蹴可及達標。

歐洲近年已開始發展綠氫認證,是由於歐盟綠能發展較早,現在有多餘的太陽能與風能,可轉換成氫能作為穩定電網,或儲能的應用,因此有條件這麼做,其他國家不見得有這個條件。一般來說,能源產業發展初期會先以政策支持鼓勵的方式推動,例如韓國就是這樣,先補貼碳排較低的氫能鼓勵用電大戶應用燃料電池發電,例如天然氣產生的「灰氫」也予以補助,但政策也定調待未來國家綠電普及,可用多餘的太陽能、風力去電解水時,就可以進入規定一律使用「綠氫」了。

2022-11-20 23:34:50
question
在政策上,發展氫能與其他綠電有什麼不同?

共 2 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

氫能源要考量的是安全性的問題,尤其是運輸與儲存。氫的分子量比較小、燃點低,很容易飄散蓄積於到密閉空間的上方引發爆炸,如果是液態氨,工安要求也很高。儲存與運送的安全性規範很重要。

2022-11-20 23:34:50
林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

現在政府有「用電大戶」條款,要求 5000kW 以上的用電大戶使用 10% 的綠電,裡面所規範綠電,包含太陽能、風電等再生能源及儲能,可惜還沒把氫能也列入。其實氫能也是儲能的一種,可輔助再生能源、穩定電網,若能參考歐盟、韓國的經驗,納入初期納入潔淨燃料的氫能,未來再進一步規範綠氫,相信對於產業穩定綠電的需求將有相當大的幫助。

2022-11-20 23:34:50
question
目前在大系統的應用上主要有哪些?

共 1 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

主要是發電與煉鋼。台電很早就在找尋學界與產業界的合作對象,要研究用氨氣與燃煤的混燒。中鋼則是考慮用純氫煉鐵。鐵礦開採後常會與氧結合形成氧化鐵。因此,煉鐵必須用焦煤,才能把氧除去,形成鐵水。他們也在研究以氫取代焦煤煉鐵,有委託成大做相關研究。

2022-11-20 23:34:50
question
除了來源供應,台灣發產氫能還有什麼需要克服的問題?

共 2 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

雖然現在國際燃燒的技術相當成熟,但政府不論對於提升這領域技術,或是人才培育上的投資,還是非常少。最近幾年台電常常跟我要研究燃燒方面的專才,我兩手一攤,告訴他們一個也沒有,因為優秀的人才都到台積電去了。

不過,這也不僅燃燒領域如此,我過去曾擔任能源國家型科技計畫離岸風力主軸計畫的總主持人。台灣正在大力推動離岸風電,離岸風電需要船舶與海洋科技人才投入,但是當時台大與成大造船系,卻改名成「工程科學與海洋工程學系」,我們也就面臨造船人才斷層的危機。

2022-11-20 23:34:50

另外,若要大量供應氫氣,其儲存是一個問題。因為氫氣需要體積比天然氣大,儲存槽要更大,它也不能比照天然氣用管線輸送,其投資會比其他進口的能源高。而台灣人口密集,氫儲存地點的選址或建置,就會面臨很多執行上的難題。

我覺得如果從小系統的燃料電池著手,例如車用或家用的燃料系統,或是發展工廠裡面的儲能或緊急電力供給應用是可行的方向。因為這兩種的儲存量就不用太大,安全的門檻不會那麼高。

2022-11-20 23:34:50
question
你覺得發展綠電夠用嗎?

共 2 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

台灣 98% 能源都仰賴進口。我們訂了 20% 的再生能源目標,很有可能是短中期發展的極限,而且再生能源是有波動性、有季節性也有一些限制。

像太陽光電建置需要土地面積,台灣土地有限,不可能大幅擴增。風電多半集中在彰濱。的確,這裡是全世界最好的風場,但台灣海峽的東北季風風很大,如果面臨風況變化(冬夏季風速差,或是東北季風短時間風速變化),只要有 30% 的電力輸出變化,就是一座核電廠的發電量,會造成很大的影響。我們不能把它當作常態供電的來源。我們要依據每一種能源的特性,配置到正確的耗能單位,才能發揮系統的最大效益。

我們的電網其實很脆弱,再生能源變數也很多,基於電力供給分散的考量,現在由台電統一收購電力的方式要調整。以後家戶或工廠自建的發電系統,可以自給自足,不夠的,才由大區域電網供給。未來再生能源量多以後,就要改採區域電網的模式,若仍沿用統一大電網模式,電力調配控制就會很困難。

2022-11-20 23:34:50
林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

我覺得如果可以完備氫氣來源與供給,由再生能源搭配儲能、氫能,依時段差別訂電價、需量反應等作法,就不見得會缺電。太陽能在台灣雖然已經是比較久,但是在台灣還是有成長空間。風力除了陸上、離岸,還有浮動的發電風機可以多加部署。在儲能也持續進展後,綠電還是有成長空間。而氫能只要完備基礎設施與燃料來源,仍有大量成長的機會。

其實所謂「不夠」的問題,大多是用電尖峰時段的「不夠」。這需要整體規劃,不只是發電量的問題。可以透過智慧電網、浮動電價、離峰儲能等方式調節,再搭配分散式的微電網來彼此補足。

2022-11-20 23:34:50
question
如果電力供應吃緊,我們要如何因應?所以是不是建議企業、工廠甚至家庭自建電力系統?

共 2 則對談

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

現在由台電統一收購電力的方式要調整。以後家戶或工廠應該自備發電或儲能系統,自給自足,不夠的才由大區域電網供給,是一個可行的方向。日本很多家庭就把燃料電池放在家裡,可以接天然氣或氫氣,作為家庭小型供電系統,這值得我們參考。

其實全世界能源越來越吃緊,價格一定會往上走,但台灣的電價一直維持低電價。如果電價一直低廉,大家就不會想節能。我們應該建立讓個人或企業建立分攤能源成本的觀念。

2022-11-20 23:34:50
林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

分散式能源、電業自由化,企業與家庭自力供電,不足的部分再由智慧電網去互相調配、取得是先進國家都在走的方向。很多國際大企業都自已在工廠旁設置綠電來源自給自足。不少國際大廠都也有自己的再生能源生產與儲能、氫能燃料電池發電系統,確保自己的電力供給穩定。台灣的再生能源、新能源產業,可透過公、私協力,取得一些場域做獨立綠能電站,或提供設備補貼或綠色金融予以扶植。

在小系統部分,台灣的氫能與燃料電池供應鏈算是完整的,上、中、下游到系統的都有。氫氣供應有本土及外商企業,MW 級大型風電也有本土及一些外商長期耕耘,國內亦有 10kW 以下的中、小型風力發電機,台灣也有幾家在做,專門做能源系統整合服務,提供整合設計、建置等服務的廠商也有。所以,基本上,如果廠商想自建系統,國內都有供應鏈可以協助,只是需要更多的資訊平台讓需求端容易取得。我相信我們會越來愈好。

台灣環保署有規劃 2024 年後要收碳費,全球也有 CBAM 等政策 2026 年要進行碳稅徵收。但是,碳費要怎麼收?減碳如何抵繳?還有如何與國際的碳稅接軌,避免廠商成本被兩次徵收?這些相關細節,目前大家仍在討論具體的作法。對廠商來說,現在就開始部署綠電的投資設置,或許反而是最有利的。畢竟自己可以增加能掌握的穩定潔淨電源,又可以符合國際 ESG 的環保減碳要求,還可以避免未來長期的碳稅或碳費課徵,也可以確保留國際產業供應鏈的地位。

2022-11-20 23:34:50
question
你覺得台灣氫能源或綠電供應鏈已經成形嗎?有哪些機會?

共 1 則對談

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

目前台灣已經有小小的氫氣供應的 infrastructure(基礎建設)價值鏈。在氫氣供應鏈部分,中油進口天然氣,由聯華、亞東、三福等三家外商供應各種純度的氫氣給有需要的廠商,再透過槽車運送。甲醇的部分也是進口,再透過化工業運送,此外,也有如國內甲醇重組專業的如碧氫公司利用甲醇產氫。產業多餘的廢氫也有如鼎佳、高力等廠商可幫忙純化再利用或發電應用。

我們未來可以從本來在國際產業鏈結構的關鍵零組件位置進行延伸,台灣在輕型載具(如機車、無人機),或大型貨卡車、巴士等也很有機會。

台灣的廠商算是很早就發展氫能燃料電池,至少超過 20 年,雖然國內市場規模不是很大,但臺灣一直以來就致力於與國際接軌,也有許多實績。如果現在能抓住全球淨零碳排這個契機,就有機會持續擴大規模。如果錯過,很可能會被相對投資、補助較多的中國大陸或韓國取代。

2022-11-20 23:34:50

此次與談人

林大惠

林大惠

成功大學機械工程學系特聘教授兼能源科技與策略研究中心主任

林若蓁

林若蓁

台灣氫能與燃料電池夥伴聯盟執行長

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