(2023.12.05 已發布)

為因應全球氣候變遷及能源轉型，我國已於2022年公布「2050淨零排放路徑及策略總說明」，其中「氫能」與「碳補捉利用及封存」的低碳及負排放技術是電力事業脫碳的關鍵策略。經濟部「氫能推動小組」規劃國內氫能發展政策及應用，預計2050 年淨零碳排總電力氫能占比目標9~12%。因此台電公司也宣示「電力淨零」目標，並與國際合作推動既有發電機組結合新能源應用的天燃氣混氫燃燒、燃煤混氨燃燒、去碳燃氫等示範計畫，加速國家零碳電力進程。因此本文借鏡歐盟歐洲電力集團的氫能發展經驗供國內參考。

在我國2050淨零排放策略的氫能發展政策下，台電可參考歐盟氫能發展八大發展策略，優先考慮投資綠氫生產，參與氫能基礎建設，優化燃氫發電設施，打造臺灣的氫谷示範園區，促進台電公司邁向低碳氫經濟及淨零目標。

 

歐洲電力集團的氫能發展經驗

歐盟在2021年綠色新政及2050年碳中和目標下，電力事業龍頭如德國RWE能源集團、E.ON 能源集團、法國EDF能源公司、荷蘭Eneco電力公司、義大利Enel國家電力公司、西班牙Endesa國家電力公司、西班牙Iberdrola電力公司、英國Scottish Power電力公司等都積極投入氫能發展，而且也依其供電角色構思氫能發展路徑，歸納出八大發展策略：

1. 電力集團投資綠氫生產
2. 參與氫能基礎設施建設
3. 優化燃氫發電設施
4. 發展氫能儲存解決方案
5. 運用燃料電池系統增加供電彈性
6. 國際研究與技術合作
7. 參與政府政策法規及計畫
8. 結合產業生態系統優化市場氫經濟

 

最關鍵的三大策略

電力集團投資綠氫生產
歐盟以Power-To-X策略的綠氫為主，電力公司皆積極開發綠氫。以德國為例，2023年7月更新「國家氫能戰略」，將2030年氫氣需求量目標調高至130太瓦時(TWh)，並要求大幅提升國內綠氫生產能力。德國E.ON 電力集團投資的綠氫計畫藉由虛擬電廠將德國Thyssenkrupp集團的Carbon2Chem工廠連接到德國電力市場，快速靈活地穩定再生能源電網，且此綠氫為二次能源的儲能載體，可儲存轉化為電能或用作清潔燃料。Thyssenkrupp nucera公司的Scalum 20MW級鹼性水電解(AWE)系統模組可以高效生產綠氫，已獲得德國萊因 (TÜV Rheinland) 的 ISO 22734 設計要求認證。

圖1. Thyssenkrupp nucera 公司Scalum 20MW級鹼性水電解 (AWE) 系統

(資料來源：https://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/en/media/press-releases/thyssenkrupp-and-eon-bring-hydrogen-production-to-the-electricity-market)
(資料來源：https://www.tuv.com/landingpage/en/hydrogen-technology/reference-cases/review-electrolysis-module.html)

 

德國能源巨擘 SIEMENS Energy 公司與多家法國合作夥伴於法屬蓋亞那共同建造多元化氫能發電廠，包括16MW質子交換膜(PEM)電解槽製氫場、3MW燃料電池、55MW太陽能光電場和20MW鋰電池儲能系統，並由法國EDF集團注入當地電網 (如圖2)，這個多元組合的綠氫電廠製程值得關注仿效。2022年SIEMENS Energy與Air Liquide集團合作，於法國諾曼第計畫建造200 MW的PEM水電解槽製氫廠，促進歐洲電力市場的氫經濟。在歐洲德國萊因已認證多項10MW級的PEM水電解槽系統，未來可協助台電的綠氫系統及氫能電廠建設的品管及安全認證工作。

圖2. SIEMENS Energy 公司於法屬蓋亞那的氫能電廠製程

(資料來源：https://www.powermag.com/pioneering-10-mw-baseload-hydrogen-power-plant-breaks-ground-in-french-guiana/)

 

參與氫能基礎設施建設

在儲氫及輸氫設施方面，在2030年以前必須倚賴跨國平台及出口氫氣樞紐中心(hydrogen hub)來彼此供需輸送。例如近期的大型氫氣管線H2Med計畫的綠氫輸送由葡萄牙為起點，陸路經過西班牙、再透過海底管線連接法國，之後再輸送到義大利、克羅埃西亞、希臘等國。這項歐盟第一個氫氣走廊，從原先運輸天然氣的目標，已結合歐盟 Repower EU 計畫需求逐漸轉為綠氫專用管線。同樣的，由4家歐洲能源系統廠商公司共同規劃3300公里的「南方氫氣走廊」(SoutH2 Corridor)計劃，連結北非的阿爾及利亞、義大利、奧地利及德國，幫助歐洲達到清潔能源的目標。當天然氣混氫系統進入到城市管網後更受矚目，2022年德國萊因與能源供應商和天然氣管網營運商共同驗證天然氣城市管網添加20% 氫氣後的影響，成果豐碩。在臺灣，德國萊因已陸續完成多項工業氫能設施、氫氣地下管線安全及加氫站驗證專案，未來除了可協助國內天然氣混氫管網的驗證測試外，還可以針對氫氣接收站、儲氫設施、藍氫生產廠設施及輸氫設備等，進行製程安全及設備完整性評估。

圖3. TÜV Rheinland集團於德國驗證天然氣管網混氫安全計畫

(資料來源：https://www.tuv.com/presse/de/meldungen/realtest-wasserstoffbeimischung-gasnetz-erftstadt.html)

 

優化燃氫發電設施

在歐洲發電設施的氫能應用仍以火力電廠能源轉型為主，但因歐盟政策逐步汰除排碳最大的燃煤電廠，因此較少關注氫氣或氨氣混燒燃煤鍋爐作法，而熱效率高達62%的複循環電廠採用天然氣混氫(或全氫)燃氣輪機的方案才是主流。尤其歐洲引擎發電廠協會 (EUGINE) 與其他NGO組織相繼推動H2 Ready概念，確保氫能發電廠的燃料資源、技術成熟度及氫經濟投資都能逐步就緒。H2 Ready架構有兩大主軸 (如圖4)：

一、燃氣的氫含量級別

• A級：100%氫氣
• B級：高達25%的氫氣混合到天然氣中
• C 級：高達 10% 的氫氣混合到天然氣

二、燃氣輪機改造程度類別

• 類別 1： 無實質性修改
• 類別 2：需要小幅升級
• 類別 3： 技術和經濟升級可能

2021年西門子能源公司首先取得 H2 Ready 認證，近期RWE能源公司與 Técnicas Reunidas 和 Ansaldo Energia 共同開發 H2 Ready的800MW 複循環發電廠，使用50%混氫燃氣輪機。德國萊因不但可依照氫能電廠的生命週期風險技術標準進行 H2 Ready 認證，還可依照當地國法規實施安全評估。例如台電公司興達電廠與 SIEMENS Energy合作的天然氣燃氣輪機改造為混氫系統計畫，德國萊因即可協助製程變更的多元安全評估，以符合照「危險性工作場所審查及檢查辦法」及「製程安全評估定期實施辦法」的法規要求。

         圖4. 歐洲H2 Ready概念架構圖

(資料來源：https://www.euturbines.eu/h2-ready/h2-ready-definition/#)

 

打造氫谷示範區，促進減碳與淨零綜效

德國萊因是國際知名的權威認證機構，於2021年成立「氫能技術能力中心」，提供氫能價值鏈解決方案技術服務，詳如圖4所示，自歐洲氫能發展以來，德國萊因一直參與其中。未來將延續歐盟的氫能豐富經驗，協助臺灣仿效歐盟多國的氫谷驗證計畫，攜手台電一起打造氫能產業鏈的示範專區，協助臺灣在製氫、儲氫、輸氫、加氫、工業用氫、交通用氫、民生用氫等階段，實地驗證技術、安全、法規、減碳效果、經營管理、經濟效益、公民關注度等層面的成果，進而擴及到全國普遍應用，促使台電與全民共同邁向低碳氫經濟及淨零目標。

圖5. 德國萊因集團氫能價值鏈技術服務範疇