Power to Gas真的值吗？

　　引言

　　使用可再生能源制氢有望解决能源转型过程中遇到的一些疑难杂症。它不仅可以提供碳中性的燃料，还可以为大规模季节性储能铺平道路。但到目前为止，电转气（Power to Gas））在工程实践中的应用还比较少。许多专家认为，政府应该行动起来，帮助电转气（Power to Gas）扩大规模，降低成本，以达到减排目标。但也有研究人员认为，这将增加德国对风能/太阳能进口的依赖。

　　电转气（Power to Gas）技术简介

　　今天，大部分合成氢气和甲烷来源于化石燃料和生物质。而电转气（Power to Gas）技术则用可再生能源产生的电能来生产氢气和甲烷。转化过程的第一步是通过电解水产生氢气。用于电解的电能必须来源于可再生能源。这些氢气可以被直接使用，或者与二氧化碳反应生成甲烷。

　　甲烷是天然气的关键成分，可以直接用在各种燃气设备上。需要注意的是，用于甲烷化的二氧化碳必须来源于空气或者生物质，使碳循环闭合。只有这样产生的甲烷才算是碳中性燃料。如果二氧化碳来源于化石燃料，则产生的甲烷不能算做碳中性燃料。

　　电转气（Power to Gas）：灵活，清洁，但是昂贵

　　在德国，生物质能的发展潜力有限。目前，燃气工业界普遍认为，电转气（Power to Gas）技术能够解决行业“脱碳”过程中遇到的诸多挑战：由于通过电转气技术所产生的燃料品质优异，不仅可以方便运输与长时间储存，同时也能够保证产生工业生产过程中所需的高温；同时，这项技术的可以保有现有的工业设备，而不需要用昂贵的成本去升级，这也意味着较低的技术转化成本。

　　但是另一方面，合成燃料也有很多不足之处。在电解、甲烷化、储存的过程中，会浪费大量的能量。这也就意味着生产合成燃料需要大料的可再生的能源的支持。在经过电解之后，只有67%到81%的能量能够保留下来，而在甲烷化之后，更是只剩下54%到65%。生产合成燃料并不容易，而且一定比直接用电更加昂贵和低效。

　　在夏季为冬季储能

　　这也就是为什么一些研究人员认为，合成燃料只能用在没有其他替代方案的情况下。而大规模跨季储能正是其中之一。

　　德国的能耗在时间上的分布并不均匀。在寒冷的冬天，采暖负荷会急剧增加。虽然风力发电机在冬天能够输出更多电力，但是太阳能的产出则主要集中在夏天。随着热泵的普及，燃气需求的季节波动会逐渐转移至电力市场。

　　在当前技术条件下，电池无法经济地储存足够多的能量，来满足季节性波动的负荷。所以，德国目前的做法是在冬天燃烧储备燃料，来满足可再生能源不足时的采暖需求，并且在接下来的几年里仍旧会这么做。合成燃料能够在本世纪中叶提供一个碳中性的解决方案。它亦可以为一些无法使用热泵的建筑供暖，如很多历史建筑。

　　在工业中取代天然气

　　从长远的角度看来，电转气（Power to Gas）还可能是工业去碳化的关键。虽然电力也可以产生工业过程需要的高温，但是几十年来，工业已经习惯了通过燃烧来产生高温，而转型意味着大量的投资。相比之下，电转气（Power to Gas）提供了一个更为廉价的选择。只需要在已有的燃烧设备中使用另一种更为清洁的燃料就可以完成转型。目前，氢气主要来源于化石燃料，主要应用于合成氨气和还原氧化铁的过程。这些过程使用的氢气亦可以由电转气（Power to Gas）提供。类似的，在化工业中使用的碳，现在主要来源于石油，在未来也可以被电转气（Power to Gas）技术所提供的甲烷所取代。

　　德国最重要的工业联盟BDI在2018年年初发布的气候变化报告指出，德国如果想达到在2050年温室气体减排95%的目标，整个德国天然气供应应该被生物质燃气和合成燃气所取代，以避免工业燃烧过程产生的大量碳排放。

　　扩大规模，降低成本

　　由于输电线路短缺，来自德国北部的风能难以被输送到电力需求旺盛的德国南部。许多人将电转气（Power to Gas）视作解决这一问题的方法。然而，这一技术只在约30个研究和试点项目中，并且离盈利还很遥远。

　　电转气（Power to Gas）高昂的成本意味着它无法在没有政策支撑和调控的情况下与化石燃气抗衡，如在国家能源供给中为合成燃气分配配额，或提高碳税。

　　对于德国这样的工业国家来说，发展电转气（Power to Gas）技术能够拉动增长。并向那些在2015巴黎协定约束下有减排压力的国家输出技术，以此获利。

　　但是，在德国本土生产合成气体的潜力有限。电转气（Power to Gas）设备需要大量的初投资。德国能源转型智库Agora认为，即使电转气（Power to Gas）设备已经有了足够大的规模，北德的风力发电也不足以提供足够的可再生电力，使电转气（Power to Gas）设备能够盈利。因为在巨大的初投资的压力下，电转气（Power to Gas）设备的满负荷运行时长应该尽可能长。

　　不可或缺的进口

　　一些研究人员认为，德国未来可能需要从其他国家进口大量合成燃气，仅仅因为没有足够的空间安装足够多的风力发电机和太阳能板，来生产合成燃气。更何况，德国民众现在已经对大量的可再生能源装置有了抵触情绪。

　　太阳能丰富的国家也许可以更为廉价地生产合成燃气。对于北非和中东的石油国家来说，这也会为他们提供一个摆脱石油出口的依赖，并加入到国际环境保护阵营中的机会。

　　德国能源部近期一项研究预测，德国将在2050年进口多达750TWh的合成燃气和液化气。同时，进口面临的更高的税率和安全风险会使来自德国本土风力发电的合成燃气更具竞争力。（林伟）