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資訊頻道★中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司李卓言，李少華，馮靜
當(dāng)前，在以碳中和為目標(biāo)的多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景下，綠氫的使用成為實(shí)現(xiàn)低碳化發(fā)展的重要途徑之一。在能源、化工、冶金、交通、建筑等眾多領(lǐng)域，利用可再生能源發(fā)電生產(chǎn)的綠氫，以及綠氨、綠色甲醇等綠氫衍生品，可以有效降低碳排放。為提高綠氫應(yīng)用比例，國內(nèi)外紛紛發(fā)布本國的氫能規(guī)劃，并對(duì)氫氣的低碳程度進(jìn)行界定，如“低碳”、“可再生”、“綠色”等不同等級(jí)的標(biāo)簽。但目前各國之間還未形成跨境兼容、互認(rèn)的氫氣碳排放量國際標(biāo)準(zhǔn)體系，綠氫及衍生品無法跨國流通，阻礙了綠氫在全球碳減排過程中發(fā)揮更大作用。
根據(jù)氫氣供應(yīng)鏈的碳足跡，核算過程碳排放，是認(rèn)證氫氣清潔等級(jí)的重要依據(jù)。本文基于對(duì)國內(nèi)外綠氫碳足跡核算和碳排放閾值設(shè)定的差異分析，以風(fēng)力發(fā)電制氫的產(chǎn)品為對(duì)象進(jìn)行核算，考察不同標(biāo)準(zhǔn)下的評(píng)價(jià)差距。本文的研究對(duì)象綠氫主要針對(duì)可再生能源電解水產(chǎn)生氫氣。
1 綠氫認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)
1.1 國際綠氫認(rèn)證
在國際范圍內(nèi)，對(duì)氫能的認(rèn)證有較多標(biāo)準(zhǔn)，整體處于起步發(fā)展階段，各國使用的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于氫氣的界定和碳排放的計(jì)算方法也有差異。
在法律法規(guī)層面，歐盟是較早對(duì)綠氫進(jìn)行監(jiān)管的國家，并在2009年提出了可再生能源指令（REDⅠ）。該指令規(guī)劃至2020年，實(shí)現(xiàn)在歐盟的能源總體消費(fèi)中，可再生能源占比20%，在運(yùn)輸領(lǐng)域消耗中可再生能源占比至少10%，促進(jìn)了可再生能源的使用。2018年歐盟在REDⅠ法案基礎(chǔ)上增加了兩項(xiàng)授權(quán)法案，形成了可再生能源指令修正案（REDⅡ），該計(jì)劃適用于2030年前。該指令的重點(diǎn)在于以下兩點(diǎn)[1]：（1）向消費(fèi)者提供原產(chǎn)地?fù)?dān)保證書（GO），表明一定比例的能源確實(shí)來自可再生能源；（2）如果氫氣被認(rèn)證為“100%可再生”，就可以作為交通運(yùn)輸部門非生物來源的可再生原料（RFNBO）使用，預(yù)計(jì)將在REDⅢ中解除對(duì)氫燃料用途的限制。
第一項(xiàng)授權(quán)法案中要求氫氣由“可再生電力”生產(chǎn)，于是規(guī)定了在何種情境下電力來源可被視為“可再生”；第二項(xiàng)授權(quán)法案提出了氫燃料的碳排放計(jì)算方法，設(shè)定了RFNBO溫室氣體排放的閾值。歐盟要求RFNBO的碳排放相比于化石燃料降低70%，化石燃料設(shè)定的參考碳排放量為94gCO2/MJ，于是該法案規(guī)定的氫燃料閾值就是28.2gCO2/MJ，超過此值則不能在國家層面獲得免稅、公共資金等福利[2]。
由于歐盟REDⅡ指令的強(qiáng)制性，歐盟的交通部門面臨提高交通用燃料中可再生能源占比的壓力，因此交通燃料供應(yīng)商需要通過氫燃料認(rèn)證來證明自己已經(jīng)履行該義務(wù)（稱為“自愿計(jì)劃”），供應(yīng)商使用的認(rèn)證計(jì)劃需要得到歐盟委員會(huì)的認(rèn)可。目前美國、德國、歐盟等組織給出了各自的認(rèn)證計(jì)劃，這些認(rèn)證計(jì)劃不完全有法規(guī)支撐，適用范圍大多為本國區(qū)域。表1列出了國際上已發(fā)布的主要綠氫認(rèn)證計(jì)劃及法規(guī)。
（1）歐盟的綠色氫能認(rèn)證計(jì)劃主要為CertifHy，是專門針對(duì)歐盟的氫能認(rèn)證計(jì)劃，主要負(fù)責(zé)來源擔(dān)保證書的發(fā)行和注銷，計(jì)劃實(shí)施原則是基于歐盟可再生能源法案對(duì)氫燃料的能量來源進(jìn)行核查和認(rèn)證，可核證的燃料不限于綠氫，最終認(rèn)證的標(biāo)簽為基于可再生能源的“綠色氫能”以及基于化石能源或核能的“低碳?xì)淠堋?sup>[3]。有證書認(rèn)證的氫燃料在市場(chǎng)中，可以實(shí)現(xiàn)燃料源頭追溯以及生產(chǎn)過程透明化。該計(jì)劃并未提供詳細(xì)計(jì)算碳足跡的方法，在閾值方面以歐盟的可再生能源法案為準(zhǔn)。
（2）德國TUV SUD制定了其綠氫認(rèn)證體系[4]，該標(biāo)準(zhǔn)基于德國和歐洲立法以及國際標(biāo)準(zhǔn)，具有國際化應(yīng)用的傾向，但不具有法律依據(jù)，隨著發(fā)展不斷更新其標(biāo)準(zhǔn)。目前TUV SUD標(biāo)準(zhǔn)已獲得歐盟CertifHy的認(rèn)證，可以執(zhí)行制氫碳排放的審計(jì)和認(rèn)證。該認(rèn)證計(jì)劃首先認(rèn)證碳中性氫，認(rèn)證方法來自EN ISO系列標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)氫氣來源不同分為藍(lán)氫、綠氫、綠松石氫以及REDⅡ類型氫，其中綠氫要求使用可再生能源電力通過電解水產(chǎn)生的氫氣，REDⅡ類型氫是指滿足REDⅡ的“可再生電力”規(guī)定及閾值要求的氫氣[5]。
其他認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：加州低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交通領(lǐng)域的低碳燃料進(jìn)行規(guī)定限制，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每噸二氧化碳減排代表1所示LCFS（California Low Carbon Fuel Standard）積分，燃料經(jīng)銷商或運(yùn)營商通過交易積分實(shí)現(xiàn)履約與獲利，燃料閾值設(shè)定來自年度基準(zhǔn)碳強(qiáng)度（該值逐年遞減）。如果使用綠氫使得碳排放強(qiáng)度低于基準(zhǔn)值則獲得積分，但由于可再生能源電解水產(chǎn)生的綠氫不是其主要監(jiān)管對(duì)象，其核算方法不展開論述[6]；英國在RTFO（Renewable Transport Fuel Obligation）對(duì)交通運(yùn)輸中的低碳燃料進(jìn)行規(guī)定，最新修正案以化石燃料全生命周期的碳排放為基準(zhǔn)（94gCO2/MJ），要求至少降低65%，即低碳交通燃料的最大碳排放為32.9gCO2/MJ。
表1 國內(nèi)外氫氣碳排放相關(guān)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[3,5-9]
（注：核算碳排放需要重點(diǎn)確認(rèn)核算邊界，國際上核算邊界包括生產(chǎn)點(diǎn)和使用點(diǎn)：生產(chǎn)點(diǎn)代表核算邊界到生產(chǎn)產(chǎn)品為止，不考慮后續(xù)儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸、供應(yīng)等下游排放，也不包括制氫場(chǎng)和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和報(bào)廢回收所產(chǎn)生的排放；使用點(diǎn)代表從原料生產(chǎn)、氫氣輸送以及終端使用的整個(gè)供應(yīng)鏈中產(chǎn)生的碳排放。
*作為氫能低碳發(fā)展路線的參考手冊(cè)，不具備標(biāo)準(zhǔn)效力）
1.2 中國綠氫認(rèn)證
我國尚未出臺(tái)認(rèn)定綠氫或低碳?xì)涞膰覙?biāo)準(zhǔn)或政策。2018年中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織發(fā)布了《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》[11]，該書基于生命周期理論給出了不同制氫方式的碳排放計(jì)算方法和不同制氫案例的核算邊界，但沒有強(qiáng)調(diào)閾值，可作為手冊(cè)參考使用。
2020年12月，中國氫能聯(lián)盟牽頭氫能領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)聯(lián)合編寫了自愿性團(tuán)體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《低碳?xì)洹⑶鍧崥洹⒖稍偕鷼錁?biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)》[12]。考慮到我國制氫原料中煤炭占比較大，為了使其向低碳制氫方式逐步過渡，該標(biāo)準(zhǔn)提出了低碳?xì)溟撝岛颓鍧崥溟撝祪蓚€(gè)閾值。其中低碳?xì)浠鶞?zhǔn)是基于煤氣化制氫的碳排放，該數(shù)值為29.02kgCO2/kgH2，根據(jù)《2014-2020年應(yīng)對(duì)氣候變化國家規(guī)劃》中碳減排50%的要求，低碳?xì)涞拈撝翟O(shè)為14.51kgCO2/kgH2；清潔氫是參考帶有CCS技術(shù)的煤氣化制氫碳排放，該數(shù)值為13.99kgCO2/kgH2，根據(jù)《2016-2030年能源供應(yīng)于消費(fèi)革命戰(zhàn)略》中65%的減碳需求，清潔氫的閾值為4.9kgCO2/kgH2。可再生氫與清潔氫的閾值相同，不同在于可再生氫的原料來自可再生能源，清潔氫對(duì)原料沒有限制[13]。
2 綠氫碳排放核算方法
2.1 系統(tǒng)邊界
當(dāng)前綠氫認(rèn)證計(jì)劃中的碳排放核證過程基于生命周期評(píng)價(jià)（LCA）理論，該評(píng)價(jià)方法在ISO 14040、14044、14067等國際化標(biāo)準(zhǔn)文件中被詳細(xì)定義。LCA通過量化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的能源、物質(zhì)消耗和廢棄物排放，對(duì)產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行系統(tǒng)地分析評(píng)價(jià)[14]。全生命周期是LCA的一種情況，核算邊界如圖1所示，研究貫穿產(chǎn)品生命全過程，包含從獲取原材料、生產(chǎn)、使用直至最終處置的各個(gè)階段，在綠氫認(rèn)證中可選取全生命周期的一部分作為核算邊界。
圖1 氫氣全生命周期碳排放核算邊界
不同的認(rèn)證計(jì)劃使用的核算邊界不同，如表2所示。其中CertifHy方案是基于GO認(rèn)證，只考慮原產(chǎn)地的原料來源和氫氣生產(chǎn)過程，屬于短生命周期認(rèn)證方法，而加州低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)則考慮更長(zhǎng)生命周期的排放。
表2 不同綠氫認(rèn)證機(jī)構(gòu)的核查邊界[10]
同一個(gè)認(rèn)證計(jì)劃中的核算邊界也會(huì)根據(jù)服務(wù)對(duì)象發(fā)生變化。德國萊茵TUV公司的德南低碳團(tuán)隊(duì)對(duì)氫氣產(chǎn)品進(jìn)行核查評(píng)估，按照生命周期方法對(duì)實(shí)際原物料、能源、產(chǎn)品和排放的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后根據(jù)清潔氫的閾值對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行認(rèn)證。該公司的生命周期核查邊界根據(jù)核查對(duì)象來靈活調(diào)節(jié)，如圖2所示，X1的核查結(jié)果是為氫氣供應(yīng)商服務(wù)，X2的核查認(rèn)證是為氫氣使用方提供服務(wù)，如果X1處的產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過核算認(rèn)證時(shí)，根據(jù)需要可以直接增加X1到X2部分的核算[15]。我國燕山石化加氫站項(xiàng)目以X1為核算邊界，經(jīng)過TUV核算認(rèn)證為綠氫產(chǎn)品，這是我國首個(gè)得到證書認(rèn)證的綠氫項(xiàng)目。
圖2 萊茵TUV SUD的生命周期核算邊界
圖3是歐盟可再生能源指令規(guī)定的計(jì)算碳排放的系統(tǒng)邊界，與全生命周期理論相比，二者都涵蓋了基礎(chǔ)排放的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，不同之處在于歐盟可再生能源指令的綠氫計(jì)算中不包含氫氣壓縮部分。
圖3 RFNBO定義的綠氫生命周期核算邊界
圖4是我國團(tuán)標(biāo)《低碳?xì)洹⑶鍧崥洹⒖稍偕鷼錁?biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)》中規(guī)定的核算邊界，三種氫氣的評(píng)估基于共同的系統(tǒng)邊界，包括氫氣制造的原物料獲取階段、原物料運(yùn)輸階段、氫氣生產(chǎn)階段以及現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)運(yùn)階段，不包括生產(chǎn)氫氣制造階段固定資產(chǎn)的設(shè)計(jì)、制造和建設(shè)過程，以及為生產(chǎn)提供保障的附屬系統(tǒng)。圖5為我國藍(lán)皮書給出的電解水制氫核算邊界，與團(tuán)標(biāo)相比二者整體邊界統(tǒng)一，即核算了從原料開采、運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)的全過程，且“不包括工廠建設(shè)、設(shè)備制造、運(yùn)輸工具制造等活動(dòng)”。差異在于藍(lán)皮書沒有限定最終氫氣產(chǎn)品的純度和壓力等參數(shù)，但提供了綠氫生命周期不同階段碳排放的計(jì)算公式。整體來看團(tuán)標(biāo)文件的規(guī)定更加詳實(shí)，是目前可以參考的主要文件，藍(lán)皮書雖然粗略但與團(tuán)標(biāo)的規(guī)定并不相悖。
圖4 《低碳?xì)洹⑶鍧崥洹⒖稍偕鷼錁?biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)》規(guī)定的核算邊界
圖5 《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書》規(guī)定的電解水制氫核算邊界
2.2 核算方法
歐盟CertifHy計(jì)算氫能排放足跡的依據(jù)來自ISO 14044和ISO 14067，萊茵TUV SUD提出的認(rèn)證計(jì)劃將ISO 14040和ISO 14044作為核算依據(jù)和法律來源，同時(shí)滿足ISO 17065和19011規(guī)定。這幾個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)化文件證明了CertifHy認(rèn)證和萊茵TUV SUD認(rèn)證的核算方法完全基于生命周期理論，但I(xiàn)SO文件的重點(diǎn)在于定義概念和解釋邊界設(shè)定，缺少實(shí)際應(yīng)用案例的參考信息，本文不展開分析其核算過程。
歐盟可再生能源法案詳細(xì)規(guī)定了RFNBO的碳排放閾值和核算方法，其中用于交通領(lǐng)域的燃料氫碳排放閾值為3.4kgCO2/kgH2，詳細(xì)計(jì)算公式如式（1）所示：
其中：
E為燃料產(chǎn)生的總排放量；
ei表示系統(tǒng)輸入，包括剛性輸入、彈性輸入、現(xiàn)有用途的排放。剛性輸入是指即使需求增加，原料供應(yīng)也不會(huì)隨之增加，像城市垃圾供氫、廢氣制甲醇，當(dāng)對(duì)氫或甲醇的需求提高時(shí)，也不會(huì)專門制造額外的垃圾或廢氣進(jìn)行制備生產(chǎn)；彈性輸入是指原料供應(yīng)隨著產(chǎn)品需求的增加而增加，例如使用農(nóng)作物合成生物燃料，當(dāng)燃料需求增加，相應(yīng)地增加農(nóng)作物的產(chǎn)量[16]；
ep代表生產(chǎn)氫氣過程產(chǎn)生的碳排放，如電解水過程、甲烷蒸汽重整過程產(chǎn)生的碳排放；
etd代表運(yùn)輸和分配過程產(chǎn)生的碳排放；
eu代表燃料在最終用途中產(chǎn)生的碳排放；
eccs代表碳捕集和地質(zhì)封存的減排量。
國內(nèi)明確給出的碳排放計(jì)算公式來自藍(lán)皮書，如式（2）所示，在可再生能源制氫情景下，藍(lán)皮書直接采用風(fēng)光發(fā)電的碳排放因子計(jì)算E1部分的碳排放，當(dāng)前國內(nèi)外的可再生能源碳排放因子并不統(tǒng)一，而且該部分碳排放占比大，對(duì)最終氫氣碳排放核算準(zhǔn)確度有一定影響。我國團(tuán)標(biāo)中對(duì)風(fēng)光發(fā)電的碳排放計(jì)算通過拆解的方式，從原材料制造到組裝施工進(jìn)行核算，更加具體準(zhǔn)確和個(gè)性化。
其中：
E代表制氫生命周期碳排放；
E1代表原料獲取階段的碳排放，例如可再生能源發(fā)電過程中設(shè)備原材料的制備等；
E2代表原料運(yùn)輸階段的碳排放；
E3代表氫氣生產(chǎn)階段的碳排放，例如使用綠氫過程的碳排放；
υ代表基于能量法的分配系數(shù)，即產(chǎn)品氫氣具有的能量占產(chǎn)品氫氣和副產(chǎn)品總能量的比例；
ADH2代表核算時(shí)間范圍內(nèi)氫氣的生產(chǎn)量。
式（3）中，EFi代表第i種原料生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放因子；
ADi代表生產(chǎn)氫氣過程中，第i種原料的消耗量；
i表示第i種原料，如煤炭、天然氣、甲醇、可再生能源等。
式（4）中，EF2,j代表第j種運(yùn)輸方式的碳排放因子；
ADi代表運(yùn)輸中使用的第i種原料消耗量；
di,j代表第i種原料采用第j種運(yùn)輸方式的運(yùn)輸距離。
式（5）中，E原料代表生產(chǎn)階段原料反應(yīng)產(chǎn)生的碳排放；
E購入電代表生產(chǎn)階段購入電力產(chǎn)生的碳排放；
E購入蒸汽代表生產(chǎn)階段購入蒸汽產(chǎn)生的碳排放。
3 風(fēng)電碳排放因子計(jì)算及綠氫產(chǎn)品碳排放核算
本節(jié)選取國內(nèi)典型風(fēng)電制氫案例，采用歐盟可再生能源法案對(duì)RFNBO規(guī)定的碳排放計(jì)算規(guī)則和中國團(tuán)標(biāo)碳排放計(jì)算規(guī)則分別對(duì)綠氫產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估。
3.1 風(fēng)力發(fā)電制氫模型
以我國某大型可再生能源發(fā)電制氫項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目采用6.25MW風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)的總重量2500t，其材料構(gòu)成見表3，總裝機(jī)規(guī)模為1493.75MW，共安裝239臺(tái)風(fēng)機(jī)，預(yù)計(jì)風(fēng)機(jī)年滿負(fù)荷工作2700h，風(fēng)機(jī)壽命25年，項(xiàng)目使用堿性電解電解槽制氫，年產(chǎn)氫量80662.5萬Nm3。
3.2 RFNBO的碳排放計(jì)算方法
根據(jù)歐盟對(duì)“可再生電力”的規(guī)定，本項(xiàng)目使用的風(fēng)力發(fā)電直接供給電解槽屬于可再生電力范圍內(nèi)，因此該部分碳排放因子為0。根據(jù)核算邊界，該系統(tǒng)的輸入ei中彈性輸入為風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的碳排放，這部分為0；利用電解槽電解水制氫過程ep不包含設(shè)備制造產(chǎn)生的碳排放，該部分碳排放為0；在最終使用中，氫氣產(chǎn)生的碳排放為零；etd交通運(yùn)輸?shù)奶寂欧排c交通方式運(yùn)輸距離相關(guān)，運(yùn)輸主要服務(wù)于氫氣的分配，如果在國內(nèi)運(yùn)輸，運(yùn)輸方式由70%卡車與30%火車組成，以柴油為燃料，平均單程輸氫距離500公里，年總輸氫重量72030噸，卡車、火車的單位里程燃料消耗量為0.0267、0.0072kg/（t.km）[17]，柴油碳排放因子為3.0959kgCO2/kg，該部分年總碳排放為2324.75tCO2，核算后該項(xiàng)目的綠氫產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度為0.0322kgCO2/kgH2，在歐盟的認(rèn)證體系下符合RFNBO的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。如果為國際運(yùn)輸，則平均單程輸氫距離為5000公里，碳排放強(qiáng)度接近0.3222kgCO2/kgH2。
3.3 基于中國團(tuán)標(biāo)綠氫認(rèn)證規(guī)則的碳排放核算
根據(jù)核算邊界，風(fēng)電制氫過程的碳排放主要來自風(fēng)力發(fā)電過程，水電解制氫部分碳排放幾乎為0，輸配電過程和氫氣的純化壓縮過程耗電量非常小，相比之下后兩部分的碳排放可以忽略。由于風(fēng)電碳排放因子沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，與風(fēng)機(jī)規(guī)模、材料構(gòu)成、使用年限、年工作小時(shí)數(shù)以及當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源情況有關(guān)，因此對(duì)風(fēng)機(jī)碳排放的計(jì)算是綠氫認(rèn)證的重要環(huán)節(jié)。下面核算該項(xiàng)目的風(fēng)力發(fā)電環(huán)節(jié)。
第一階段風(fēng)機(jī)制造階段。6.25MW風(fēng)機(jī)制造階段耗材情況如表3所述，包括塔架、轉(zhuǎn)子、艙、電纜、葉片及輔助設(shè)備等。表4給出了關(guān)鍵材料的碳排放因子，對(duì)風(fēng)機(jī)材料制備過程的碳排放進(jìn)行計(jì)算，其中鋼的消耗最多。
表3 6.25MW風(fēng)機(jī)的材料組成[18]
表4 風(fēng)機(jī)材料碳排放計(jì)算[18]
第二階段施工建設(shè)階段。施工建設(shè)階段包括建筑物的搭建、運(yùn)輸過程（消耗汽油柴油）、起重機(jī)的進(jìn)場(chǎng)與操作、施工用電氣設(shè)備及材料運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì)與管理，其中建筑物包括地基、電纜溝、道路等部分。施工階段的能源消耗統(tǒng)計(jì)難度較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)為該部分能源消耗約占第一階段材料制備階段的37.5%，其中基建的一次能源消耗約占總施工階段能源消耗的75%，施工階段的運(yùn)輸消耗與基建能源消耗相比較小[19]。
第三階段運(yùn)營階段。預(yù)計(jì)風(fēng)機(jī)的使用壽命為25年，該階段考慮了風(fēng)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)、部件更新和勞動(dòng)力以及齒輪箱和發(fā)電機(jī)等主要部件的故障和維修，但與設(shè)備制造階段相比能源消耗較少，假定能源消耗為設(shè)備制造階段總能源的1.5%[20]。
第四階段報(bào)廢回收階段。當(dāng)風(fēng)機(jī)壽命結(jié)束時(shí)，大約98%的葉片、90%的機(jī)艙和90%的塔架可以被回收，剩下的廢物進(jìn)行填埋。考慮到風(fēng)機(jī)服役周期較長(zhǎng)，不可避免地腐蝕和損耗，本節(jié)設(shè)定金屬材料回收率為50%，剩余材料填埋產(chǎn)生的碳排放約為制造階段的10%[21]。
風(fēng)機(jī)發(fā)電的碳排放因子核算見表5，最終結(jié)果為4.16g/kWh。Xie[18]的文章對(duì)三個(gè)風(fēng)機(jī)的碳足跡進(jìn)行核算得到平均碳排放強(qiáng)度為3.9g/kWh，Li[21]的文章核算了新疆風(fēng)電項(xiàng)目得到碳排放強(qiáng)度為5.033g/kWh，Liu[22]的文章核算了內(nèi)蒙古風(fēng)電場(chǎng)的碳排放因子結(jié)果為6.57g/kWh。參考以上，本文風(fēng)電碳排放因子計(jì)算結(jié)果與相關(guān)研究的結(jié)果基本一致。
表5 風(fēng)機(jī)碳排放因子
利用該風(fēng)機(jī)發(fā)電制氫，電解槽制氫過程碳排放為零，在離網(wǎng)情況下將風(fēng)電輸送至堿性電解槽進(jìn)行電解制氫，將產(chǎn)生的氫氣二級(jí)冷卻儲(chǔ)存，再輸送至氫氣壓縮機(jī)，壓縮至中高壓，注入儲(chǔ)氫瓶?jī)?chǔ)存，高壓氣氫能耗2kWh/kg，該部分耗電來自于綠電則不產(chǎn)生碳排放，此時(shí)氫氣的碳排放為0.233kgCO2/kgH2。如果壓縮部分采用網(wǎng)電，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏μ寂欧乓蜃?.581kg/kWh，制氫碳排放達(dá)到1.395kgCO2/kgH2，屬于可再生氫的范圍。
4 結(jié)論
本文梳理了國際上主流的氫氣認(rèn)證方案，總結(jié)了綠氫產(chǎn)品碳排放核算的計(jì)算邊界和方法，并以風(fēng)電制氫為研究對(duì)象，對(duì)產(chǎn)品氫氣的碳排放進(jìn)行了核算，得出了以下結(jié)論：
（1）國外通過綠氫認(rèn)證推動(dòng)了可再生能源的應(yīng)用，歐盟提出的REDⅡ從法律層面給出了氫氣發(fā)展框架，CertifHy是較為成熟的非法規(guī)類型的認(rèn)證方案，德國TUV SUD認(rèn)證計(jì)劃次之，具有明確的邊界和閾值但缺少實(shí)際應(yīng)用案例的示范，其他標(biāo)準(zhǔn)涉及氫氣認(rèn)證但不作為核算主體，缺少明確的核算方法和閾值設(shè)定。
（2）我國可參考的兩個(gè)涉及綠氫的認(rèn)證材料，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)提供了較詳細(xì)的核算邊界和閾值，藍(lán)皮書僅提供了計(jì)算方案和應(yīng)用案例，我國在綠氫規(guī)劃和認(rèn)證方面還處于初級(jí)階段。
（3）在碳排放核算方面，歐盟REDⅡ和我國藍(lán)皮書給出的具體計(jì)算方法，包括CertifHy、TUV SUD等其余標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)主要依靠全生命周期理論設(shè)定邊界但未提及具體核算方法。
（4）歐盟規(guī)定的RFNBO的閾值換算后為3.4kgCO2/kgH2，我國可再生氫的閾值4.9kgCO2/kgH2高于歐盟，主要是因?yàn)槲覈鴪F(tuán)標(biāo)的核算邊界包括可再生電力的碳排放，因此團(tuán)標(biāo)對(duì)氫氣的核查閾值并不比歐盟寬松。考慮到未來國家之間氫氣低碳等級(jí)的互相認(rèn)證，新的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)可將氫氣運(yùn)輸分配過程的碳排放也納入核算邊界，同時(shí)對(duì)于可再生電力的碳排放是否納入核算邊界建議分情況考慮。
（5）本文所分析的風(fēng)電制氫項(xiàng)目，按RFNBO核算邊界和方法算得的綠氫產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度為0.0322kgCO2/kgH2，而基于中國團(tuán)標(biāo)規(guī)定的核算邊界和方法，氫氣的碳排放為0.233kgCO2/kgH2，差異主要在于是否包含可再生電力的碳排放；當(dāng)運(yùn)輸距離足夠長(zhǎng)時(shí)，歐盟規(guī)則下的綠氫產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度為0.322kgCO2/kgH2，比我國團(tuán)標(biāo)的計(jì)算結(jié)果更高。
作者簡(jiǎn)介：
李卓言（1996-），女，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司，主要從事氫能研究及設(shè)計(jì)咨詢方面的工作。
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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年8月刊
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)