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彭宁科:能源如何革命(下) 时间:2021-12-03 10:37:32 来源:上海石油天然气交易中心 作者:彭宁科

SHPGX导读:SNAM中国公司董事兼高级副总裁彭宁科在上海石油天然气交易中心官微就“能源如何革命”主题发表署名文章。他认为,基于太阳能风能的绿氢能将输电网和输气网连接起来而为能源互联网建设基础架构,其在终端消费领域的广泛应用也将为重工业脱碳铺平道路,从而使人类能够面对气候变化这个巨大的挑战。氢能托底的能源互联也将成为平衡地缘政治动荡的新稳定器,助力全球化的进一步发展并最终使人类迈上可持续发展之路。

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彭宁科:毕业于北京大学地球物理专业。长期在国际大型能源和化工企业担任高管,热心国际合作,是全球化和可持续发展的坚定支持者。目前担任SNAM中国公司董事和高级副总裁。该公司是欧洲最大的独立天然气基础设施投资和运营商。

在能源如何革命之一中我已经论述了天然气至关重要的过渡性角色,但是天然气终究是化石能源,甲烷分子当中还是有一个碳原子,排放也是必然的。它终究还是要被更清洁的能源所代替,而这个无疑就是太阳能和风能了。但是,由于太阳能风能在供给端的间歇性,也由于电气化在消费段的局限性,绿色能源的存储就变得不可或缺。氢能,具有规模、效率和便利性的特点将使其承担这个伟大的角色从而担负电力以外主要的能源责任。

绿色氢能,是基于绿色电力(太阳能风能)的二次能源,是最终近乎零排放的,因此氢能和绿色电力将是终极能源的两个主要形态。

当然,锂电池也是很好的一种形态。氢能燃料电池和锂电池最终能够解决所有交通领域的燃料问题–包括重卡、物流车、乘用车、各种工具车、船舶甚至航空器航天器等等。但是从全生命周期来看,到底是锂电池更为环保还是氢燃料电池更为环保,现在虽有不少研究,还没有一致认可的结论。

但是从规模生产的角度来看,如果要储存同样大规模的能量,锂电池的成本将远远高于氢能的成本。氢的高能量密度将大大降低储存成本。而且,氢的衍生物氨和甲醇也会扩大氢能的适用范围。

此外可能最重要的是,氢能将基本解决高耗能行业的转型问题,钢铁、水泥、化工、陶瓷等行业的燃料基本都可以用氢来替代。

01

氢将连接电网和天然气网络

在可以预见的将来,能源的主体将是电力和绿色气体。我们暂且把天然气(包括生物甲烷)和氢气都称作绿色气体能源。电力的基础设施除了发电设施之外,就是电力输送网络了。而天然气网络,主要就是天然气运输管网和储气库网了。基于欧洲和美国目前的特点,供气网络具有几个显著特点:

第一,输气网更大。在欧洲美国,天然气网络非常发达,在寒冷的意大利北部,输气网提供的能量是电网的4-5倍。

第二,输气网更加灵活。电网必须实时平衡供需,并始终保持频率水平稳定。而输气网将大量的管道填满天然气,并且注入和提取可以分离。

第三,输气网就能保存大量的能量,基本零损耗,而且成本便宜。而长距离输电资本开支和损失都很惊人。

基于欧洲已经成功的试验,可以在天然气管道掺氢,从而可以实现氢的运输。掺混比例在10%已经取得成功,更高比例仍在探索之中。地下储气掺氢也在论证之中。这个成功的可能性非常之高。

这使得目前最大的两块能源基础设施能联起手来。氢可以使电网和气网成为一个真正的能源互联网。再加上储能电池,氢能燃料电池,包括固体氧化物燃料电池(SOFC),地下和地面储气库的支持,一个能充分满足各种能源需求的网络将展现在我们面前。事实上,在这个大的能源互联的骨架之上,微型或者局域能源互联网将更能获得生机。目前尚处在相互隔离状态的智能微电网、燃气管网、热力管网、分布式用能终端等等都可以一步一步耦合或者互通;网联电动车或者,自动驾驶电动车(无论是锂电池还是氢能燃料电池驱动)都将极大地促进能源互联网的发展。许多新的技术比如即插即用的分布式电力系统,各种节能和独立能源系统比如地热等等都将在真正高效的互联互通能源网中找到自己的定位和角色。有关能源互联网的事情需要单独成文。

02

氢能将是平衡地缘政治的新稳定器

这样的能源互联网不但能满足调节一个国家内部的能源需求,也将是平衡国际地缘政治动荡的新稳定器。

举个北溪天然气管道项目的例子,无非是作为能源消费国的德国希望和能源供给国俄罗斯直接相连,减少中间环节。乌克兰被绕过,少了一份管输费的收入,表示反对也倒是可以理解。但是千里之外的美国义无反顾始终如一地表示反对和制裁,何况德国欧洲还算是美国的盟国。可见现有的能源基础设施已经在地缘政治当中扮演了多么重要的角色。片面和一味地追求能源独立,会打破原来的平衡,引起新的动荡,而维持这一平衡的关键,氢能居然就是答案。

俄罗斯和非洲是欧洲天然气目前的两大来源。如果氢能开始扮演重要角色,这个格局有望得到稳定的延续。阿尔及利亚不光有天然气,它和整个撒哈拉沙漠一样,还有充沛的太阳能资源,因此仍然可能是绿氢的产地。这样,地中海底连接阿尔及利亚和意大利的天然气管线有望继续发挥其作用,而这将能继续推动以前的合作。同样的是俄罗斯和欧洲,俄罗斯有天然气,也有大量的风能,而风能可以转化为氢,继续通过目前的天然气管线源源不断地输向欧洲。欧洲的风能和太阳能像石油天然气一样严重不足。即便是有,如果欧洲忽然获得了能源独立,想想看俄罗斯会如何反应。同样,对于作为能源出口基地的中东来说,过去出口油气,而该地区太阳能资源几乎和地下的油气一样丰富,可以继续出口氢能。日本从澳大利亚和中东进口天然气,现在依然可以从同样的地方进口氢能。

03

氢能将和全球化完美呼应

全球化其实是古典经济学发展的自然结果。亚当斯密关于分工的理论,是现代经济学的开端。从延续几千年的农业和手工业经济向现代工业经济转型,分工举足轻重,提高效率,这是现代经济的核心所在。而分工不仅体现在不同行业之间的互相补充,体现在一个行业内部的细分,更体现在不同国家因为资源禀赋结构不同而发展的不同的产业结构。从全球的角度看,全球化是经济最有效率的安排。而贸易就是全球化的最佳体现。任何逆全球化的民粹观点最终都将被证明的是眼光短浅的表现。

从早年蔗糖、咖啡、茶叶、丝绸和陶瓷的贸易,到后来煤炭、石油和天然气的全球贸易都为提高人类的生活水平发挥了巨大的作用,当然这个过程并非一帆风顺或者人人称赞。它是曲折的甚至经常是痛苦的。

现在,氢能就是全球化的新机会,既是新的催化剂,也是新的载体。原因很简单,因为人类面临的最大挑战,气候变化,不再是一个或者几个国家的单独问题,它是整个地球面临的问题。圣经里说,上帝因为人类的罪孽而要惩罚人类,于是洪水滔天,只有诺亚一家和他们带走的动物得以幸存。如果气候变化的结果需要几十亿人以这样的方式来适应,那将是智人统治地球七万年以来最大的失败和耻辱。

幸运的是,智人还真有办法避免这样的结局,而这个答案就是氢能。氢能将为世界经济的再平衡提供新的机会,也会为中国这样幅员辽阔但是发展不平衡的国家提供东西地区平衡的新机遇,因为可再生能源的产地将在价值分配上占有更大的份额。

04

国际碳价将是全球化的新标志

气候变化将引导全球新的竞争,但是这个竞争显然不是零和博弈,因为任何一方的努力和进展都将为整个人类取得这场胜利而贡献价值,所以这个竞争将是多赢的。这个竞争将是技术的竞争。衡量这些技术的优劣将有一个新标杆,就是国际碳价。碳价将是全球化的新的标志,也极有可能成为新的金融标的或者工具。

尽管全世界现在已经有120多个国家承诺在2050年到2060年前后实现碳平衡,但是各个国家的具体算盘和计划是千差万别的。首先,各国的努力首先都是自愿性质的,约束力不够。无论是从生产端计量碳排放,还是从消费端计量,都有各自的优点和缺点。比较好操作也算比较公平的办法是给碳一个价格。你消费的东西有碳排放,你为它付出代价,这样可以避免国家间为此互相征税。互相征碳税将为国际贸易制造新的巨大障碍,在发达国家和发展中国家之间继续挖掘鸿沟。发达国家从早期工业革命开始到现在的200年间累积排放了天量的温室气体,应该为气候变化承担主要的义务和责任。而现在中低端制造业多集中在发展中国家,征收跨境货物碳税将严重打击发展中国家发展经济的努力,难以获得广泛支持。事实上,发达国家继续在绿色技术上迅猛发展将是于己于人都有利无害的事情。另外,为了使各国的努力能产生最大的协同效应,使一国的成就能为他国所用,国际化的碳价将是一个非常重要的参照物,而碳汇或者碳指标(carbon credit)将是新的金融流动性的重要载体。

其实,这个碳市场的起点也许已经算有了,早年CDM机制下的跨国碳汇交易已经有了开头。但是那只是一个小小的试点。当整个世界要面对每年300亿吨量级的碳排放时,这无疑是个巨大的天量市场。如何让整个市场符合市场规则,或者避免市场失灵,将很考验各国政府共同操心人类前途的良知和能力。

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技术仍是关键,而技术的突破需要政策的扶持

其实,氢能不过是个中间态,地球所有的能源都来自光芒万丈的太阳。化石能源,是几百万上亿年前的有机物缓慢转化,而氢能将是太阳的能量变得立等可取。

和历史上所有的技术和产业革命一样,氢能的大规模实施将主要取决于其经济性,制造成本特别是绿氢的成本是最为关键的。而绿氢成本主要由两部分组成,绿电的成本和电解槽的成本。绿电的成本已经具有很大的竞争力,挑战是电解槽。电解槽的成本又和其规模直接相关。另外就是氢能基础设施比如加氢站的建设,这是关系到绿氢是否能够真正走向市场的关键。这里虽然也有技术的因素,主要还是规模,这从CNG加气站,LNG加气站的经验都可以得到证明。因此,对于氢能补贴,电解槽的规模是一个重点。

即便绿氢的成本能够稳步下降,大规模走向市场还有另外一个至关重要的因素,那就是碳的价格。如果没有这个压力,一切对氢的世界氢的未来可能永远只是一个憧憬。就像今年以来发生的事情,能源价格在各地都是高涨之势。原因很简单,碰到一点困难,切回到熟悉的化石能源是如此的简单以至于没有任何国家任何人能够拒绝。当然,这只是化石能源的回光返照而已,绿色能源制造成本的下降和碳价格的上升将是不可逆转的。氢的世界,正在不远处向我们频频招手。

我们要做的是,尽早给碳一个价格。让这个价格如前所述,深入人心。这样地球可持续发展的道路才算走通。

(作者根据自己发表在财经年刊2022上的同名文章改编)