利用光伏、風(fēng)能等可再生能源生產(chǎn)的電力，通過(guò)電解水和甲烷化的兩個(gè)步驟生產(chǎn)氫氣和甲烷，這一過(guò)程被稱(chēng)為電轉(zhuǎn)氣（PtG）。從電力到天然氣的生產(chǎn)第一步就是利用可再生能源電力通過(guò)電解水的方式合成氫，生產(chǎn)的氫氣可以直接使用，也可以通過(guò)氫氣與二氧化碳反應(yīng)生成甲烷。
業(yè)界認(rèn)為，將“綠色氫氣”（即使用可再生能源制成的氫氣）像石油一樣通過(guò)管道或?qū)Ｓ么惠斔偷绞澜绲母鱾€(gè)角落，這在未來(lái)會(huì)非常常見(jiàn)?！熬G色氫氣”或?qū)⒊蔀槔^石油、天然氣之后的世界第三大能源。
在德國(guó)，電轉(zhuǎn)氣已被業(yè)內(nèi)人士視為實(shí)現(xiàn)脫碳的重要路徑之一。過(guò)去十年，德國(guó)一直在進(jìn)行電轉(zhuǎn)氣技術(shù)試驗(yàn)，已將該技術(shù)視為利用可再生能源的一項(xiàng)重要儲(chǔ)能技術(shù)，并列入能源轉(zhuǎn)型計(jì)劃。雖然電轉(zhuǎn)氣技術(shù)被業(yè)內(nèi)看好，但截至目前德國(guó)僅有35個(gè)電轉(zhuǎn)氣工廠(chǎng)正在運(yùn)行，總裝機(jī)容量為30兆瓦，最大的裝機(jī)容量?jī)H為6兆瓦。其中多數(shù)是小規(guī)模的試點(diǎn)或示范項(xiàng)目，并用于研究目的。
毫無(wú)疑問(wèn)，利用電轉(zhuǎn)氣技術(shù)生產(chǎn)氫氣和甲烷可以解決能源部門(mén)最棘手的挑戰(zhàn)，作為能源的載體，氫氣和電力在能源轉(zhuǎn)型中互為補(bǔ)充。用可再生能源電力生產(chǎn)氫氣，從技術(shù)上有可能將大量可再生能源電力轉(zhuǎn)移到很難實(shí)現(xiàn)脫碳化的部門(mén)，如工業(yè)、交通部門(mén)，以及建筑和電力部門(mén)。
甲烷是天然氣的關(guān)鍵成分，甲烷化過(guò)程中使用的二氧化碳從空氣中捕集，或從生物質(zhì)和沼氣中捕集，以確保封閉的碳循環(huán)。如果二氧化碳來(lái)自化石能源，就像在目前的工業(yè)過(guò)程中那樣，此過(guò)程將不被視為脫碳過(guò)程。
電轉(zhuǎn)氣劃算嗎？
電轉(zhuǎn)氣過(guò)程中產(chǎn)生的能量有很高的價(jià)值，合成氣體可用于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存并運(yùn)輸良好。但使用現(xiàn)有技術(shù)，儲(chǔ)能電池?zé)o法存儲(chǔ)足夠的能量，或以可承受的成本來(lái)平衡季節(jié)性波動(dòng)。因此，德國(guó)目前還是使用傳統(tǒng)燃煤或燃?xì)怆姀S(chǎng)進(jìn)行調(diào)峰，并將在未來(lái)幾年繼續(xù)這樣做。
電轉(zhuǎn)氣技術(shù)也可能是工業(yè)部門(mén)長(zhǎng)期脫碳的關(guān)鍵。德國(guó)工業(yè)聯(lián)合會(huì)2018年初發(fā)布了氣候路徑研究報(bào)告，得出的結(jié)論是，到2050年，德國(guó)要實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放量減少95％的上限目標(biāo)，其整個(gè)天然氣供應(yīng)需用沼氣和合成氣體代替，以降低工業(yè)燃燒過(guò)程產(chǎn)生的碳排放。
值得注意的是，電轉(zhuǎn)氣技術(shù)也有明顯的缺點(diǎn)。在電解、甲烷化和儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)損失大量能量，這意味著，生產(chǎn)過(guò)程需要消耗大量可再生能源電力。電解后，僅剩下67%~81％的能量，而在甲烷化步驟后，僅留下54%~65％的能量。這說(shuō)明，電轉(zhuǎn)氣生產(chǎn)過(guò)程比較費(fèi)力，并且比直接用電更昂貴且效率更低。
2018年，咨詢(xún)公司Enervis做了一項(xiàng)分析，比較了10項(xiàng)關(guān)于電轉(zhuǎn)氣技術(shù)未來(lái)應(yīng)用的不同研究，得出的結(jié)論是，德國(guó)在減少碳排放方面更雄心勃勃，對(duì)電轉(zhuǎn)氣的需求將更大。
規(guī)?；那熬?/strong>
從中長(zhǎng)期來(lái)看，氫氣可成為遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和分配可再生能源的一種方式，特別是在電網(wǎng)容量不足或電網(wǎng)建設(shè)難度大、成本高的情況下。在德國(guó)，由于高壓輸電線(xiàn)路建設(shè)的滯后，無(wú)法將北方的風(fēng)電運(yùn)輸?shù)侥戏诫娏π枨蟾叩貐^(qū)，許多人已將電轉(zhuǎn)氣視為在德國(guó)北部利用剩余風(fēng)電的一種方式。然而，該技術(shù)僅在德國(guó)30多個(gè)研究和試點(diǎn)項(xiàng)目中啟動(dòng)并運(yùn)行，而且技術(shù)遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)盈利。
如果沒(méi)有政府支持和監(jiān)管，電轉(zhuǎn)氣的高成本意味著其無(wú)法與傳統(tǒng)工藝競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)家需要出臺(tái)相關(guān)政策扶持規(guī)模化的推廣，如規(guī)定合成氣在能源結(jié)構(gòu)中的配額，或提高碳排放價(jià)格。
對(duì)于德國(guó)這樣的工業(yè)國(guó)家，電轉(zhuǎn)氣的規(guī)?；囼?yàn)也會(huì)帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)效益。世界各國(guó)面臨削減化石燃料用量的壓力，德國(guó)可從出口該技術(shù)中受益。
但在本土大規(guī)模生產(chǎn)合成氣的可能性有限。咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Agora表示，德國(guó)北部目前沒(méi)有足夠的電力供電轉(zhuǎn)氣技術(shù)盈利。由于固定成本較高，電轉(zhuǎn)氣設(shè)施需要盡可能滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。
根據(jù)Nature Energy雜志的一項(xiàng)研究，利用電轉(zhuǎn)氣技術(shù)在利基市場(chǎng)（是在較大的細(xì)分市場(chǎng)中具有相似興趣或需求的一小群顧客所占有的市場(chǎng)空間）已具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，且十年內(nèi)可能在工業(yè)規(guī)模應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)聯(lián)合曼海姆大學(xué)和斯坦福大學(xué)商學(xué)院模擬了德國(guó)和美國(guó)得克薩斯州的能源市場(chǎng)。得出的結(jié)論是，如果最近的趨勢(shì)持續(xù)存在，并且出現(xiàn)某些監(jiān)管變化或激勵(lì)措施，電轉(zhuǎn)氣技術(shù)可能比預(yù)期更有吸引力。
近期，輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商Amprion和天然氣輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商O(píng)GE對(duì)外宣稱(chēng)，希望在德國(guó)進(jìn)行工業(yè)規(guī)模級(jí)別的電轉(zhuǎn)氣技術(shù)測(cè)試，以便更好地將電力與其他部門(mén)整合。他們計(jì)劃建50~100兆瓦的設(shè)施，通過(guò)電轉(zhuǎn)氣過(guò)程可為取暖和運(yùn)輸提供無(wú)碳或碳中和燃料。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在德國(guó)，16個(gè)工業(yè)規(guī)模的電轉(zhuǎn)氣項(xiàng)目仍在規(guī)劃中，未來(lái)總產(chǎn)能將大幅增加，其中HYBRIDGE和ELEMENT ONE兩個(gè)項(xiàng)目將在德國(guó)下薩克森州的兩個(gè)不同地點(diǎn)選址。根據(jù)目前規(guī)劃，ELEMENT ONE項(xiàng)目將于2022年運(yùn)營(yíng)，HYBRIDGE將于2023年全面投入運(yùn)營(yíng)。
據(jù)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Agora的估算，歐洲目前電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的成本約0.2~0.3歐元（約合0.22~0.33美元）/千瓦時(shí)，如果2050年可再生能源電力制氫規(guī)?？梢赃_(dá)到100兆瓦，成本將降到0.1歐元/千瓦時(shí)。
Amprion公司董事會(huì)成員克勞斯表示，“德國(guó)為了完成退出核能和煤炭的目標(biāo)，給整個(gè)能源行業(yè)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。到2030年，我們必須創(chuàng)造條件，使得千兆瓦規(guī)模的電轉(zhuǎn)氣技術(shù)準(zhǔn)備就緒，才能建立一個(gè)將不同能源部門(mén)聯(lián)系起來(lái)的系統(tǒng)”。
