過綠電購電協(xié)議/綠證的形式進(jìn)行用電量抵消，是否可以被定義為“綠色”氫？
只有當(dāng)購買綠電不僅與制氫的電量相等，且“綠電發(fā)電時間和制氫時間達(dá)到小時級別匹配”，即什么時候發(fā)綠電什么時候制氫，才有可能是“綠氫”。
沒錯，這種“小時匹配”原則在歐洲的法案里被廢除了——原因是不想落后于“慷慨寬松”的美國政策，然而最近美國方面也開始了“小時匹配”的爭論。
01四種制氫模式
IRA定義“綠色”氫的方法是采取美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的GREET工具計(jì)算碳排放，該模型的計(jì)算基于制氫所用電力的碳排放。
然而如果電網(wǎng)不是綠色的，但生產(chǎn)商采取采購綠電或綠證的模式進(jìn)行“抵消”，定義綠氫和碳排放將是個復(fù)雜和棘手的問題。
目前，美國財(cái)政部正在權(quán)衡如何對“綠色”氫生產(chǎn)進(jìn)行定義和要求，以避免在能源集團(tuán)之間對“綠氫”的定義產(chǎn)生分歧。財(cái)政部的結(jié)果可能對氫氣作為氣候工具的可信度產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響——一些電網(wǎng)建模者、智囊團(tuán)和環(huán)保人士警告說，“靈活”的定義可能會在未來幾年抹殺“綠色”氫的氣候可信度。
最容易被定義為綠氫的是可再生能源耦合的“離網(wǎng)”電解項(xiàng)目，直接使用100%的可再生電力，而不與來源復(fù)雜的電網(wǎng)電力牽扯。只要不離網(wǎng)且從電網(wǎng)取電，就很難定義和追蹤其“綠色”來源。
1-電網(wǎng)非靈活制氫：電解槽始終使用電網(wǎng)電力，滿負(fù)荷利用率高達(dá)95%以上，該模式不僅是碳排放的問題，還涉及經(jīng)濟(jì)性問題——比如我國電網(wǎng)高峰電價可以高達(dá)一兩塊錢每度。
2-電網(wǎng)靈活制氫：與“1”同樣使用電網(wǎng)電力，但選擇低電價時段來降低用電成本，高電價時低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，滿負(fù)荷利用率遠(yuǎn)低于“1”。
3-共址（孤島）：完全離網(wǎng)型，off-grid，完全綠色，電解槽與電網(wǎng)不相連，僅依賴可再生發(fā)電設(shè)施；電力成本低、利用率低、波動性高，可再生發(fā)電設(shè)施功率即便在最優(yōu)匹配下也需要遠(yuǎn)大于電解槽功率（以保障高電解槽利用率），可能會導(dǎo)致大量棄電的產(chǎn)生。
4-共址（電網(wǎng)）：與完全離網(wǎng)的孤島模式相比，該模式連接電網(wǎng)，增加了電解槽的靈活性；該模式既產(chǎn)出氫，也向電網(wǎng)售出可再生電力，盡管出售電力意味著電解槽利用率的降低（制氫成本的提高）。該模式類似于“表后”behind-the-meter，比如屋頂光伏送出電力首先經(jīng)過家庭或企業(yè)自用，之后才通過電表；當(dāng)無太陽能發(fā)電時候，家庭或企業(yè)可以通過電表連接的電網(wǎng)取電。
唯一能夠直接保障“綠色”的，只有3；我國目前存在類似1和2模式的項(xiàng)目，通過購買制氫消耗等量的綠電，來間接“漂綠”氫氣，這種做法的碳減排效果存在爭議。
很多美國的氫氣生產(chǎn)商希望將這個爭議變?yōu)檎呱系亩ㄕ摚此麄兿Ｍㄟ^購電協(xié)議PPA或者能源屬性證書(EAC，比如可再生能源證書REC)來漂綠其“電網(wǎng)制氫”并獲得補(bǔ)貼，而不是建造自己的風(fēng)力或太陽能設(shè)施來獲取綠色電力——允許使用高比例火電電網(wǎng)全天候制氫，只是其購買的綠電電量與其制氫使用的電量相當(dāng)（盡管綠電發(fā)生時間與制氫時間并不對應(yīng)），他們希望這樣做其產(chǎn)品依然被定義為綠氫。
支持此種“漂綠”手段的主要論據(jù)是，“隨著時間的推移，電網(wǎng)將變得更清潔，這意味著氫氣將變得越來越綠色。”
02電網(wǎng)+采購綠電模式：
小時匹配、額外性和可交付性，一個不能少
《環(huán)境研究快報》（Environmental Research Letters）發(fā)表了一篇同行評議的論文，普林斯頓大學(xué)零實(shí)驗(yàn)室（ZERO Lab）的研究人員考慮到2030年前美國西部的情況，研究了與電網(wǎng)發(fā)電（結(jié)合購買綠證抵消）產(chǎn)生的綠色氫相關(guān)的排放，結(jié)論是該模式導(dǎo)致其“綠色”氫氣可能比“灰色”氫氣的碳排放更糟糕，特別是如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)依賴煤炭的話。論文作者及其ZERO實(shí)驗(yàn)室同事已經(jīng)提交給財(cái)政部公開評論，建議對“電網(wǎng)制氫”+“綠證”模式進(jìn)行嚴(yán)格限制，限制條件見下文。
該研究使用宏觀能源系統(tǒng)建模來評估2030年美國西部基于電網(wǎng)+綠證制氫模式的碳排放，包含三種要求情形：
a） 無任何要求
b） 每小時/每周/每年將電解槽電力消耗量與采購的清潔發(fā)電量進(jìn)行匹配，以及
c） 協(xié)調(diào)采購/消費(fèi)，以在一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)凈零短期邊際排放net-zero short-run marginal emissions（SRME）
這些政策下的所有清潔電力采購都必須是額外的（即來自新建資源），并且必須實(shí)際交付（位于與電解槽相同的模型區(qū)）。
碳排放包括兩種情況，直接歸于制氫的歸因性排放Attributional和間接的由制氫導(dǎo)致的后果性排放Consequential:
1-歸因性碳排放：測量與非清潔電網(wǎng)電力直接消耗相關(guān)的排放
2-后果性碳排放：測量氫生產(chǎn)所帶來的全系統(tǒng)排放的總體變化
對應(yīng)如上3種情形的結(jié)果如下：
1. 由于沒有清潔能源采購的要求，基于電網(wǎng)的氫氣生產(chǎn)非常骯臟，是蒸汽甲烷重整的2倍；
2. 要求每小時匹配可導(dǎo)致零直接排放（因?yàn)殡娊獠巯牡墓β视肋h(yuǎn)不會超過采購的清潔資源同時產(chǎn)生的功率），并在某些情況下（但不是所有情況下）顯著減少間接排放。
3. 每周/年度匹配和凈零SRME減少但不消除直接排放（因?yàn)殡娊獠塾袝r消耗的功率比采購資源同時生產(chǎn)的功率更多），但間接排放與不要求采購清潔能源的情形一樣。
為什么這些表現(xiàn)如此糟糕？答案是額外性的失敗。盡管氫氣生產(chǎn)商正在采購大量的清潔發(fā)電，但我們發(fā)現(xiàn)這些采購實(shí)際上并未增加系統(tǒng)中的清潔發(fā)電總量：
每小時匹配的情形會好得多；然而，研究者仍然觀察到，在每小時匹配的情況下，會產(chǎn)生較大的后果性碳排放，原因是對有限清潔資源的競爭，即使氫氣更綠和使電網(wǎng)更綠產(chǎn)生了競爭。
例如，如果只有一些新的風(fēng)力開發(fā)項(xiàng)目質(zhì)量足夠高，能夠與現(xiàn)有的煤炭進(jìn)行經(jīng)濟(jì)競爭，那么采購這些項(xiàng)目用于制氫將導(dǎo)致系統(tǒng)的其他部分依靠煤炭來填補(bǔ)缺口。盡管這意味著即使在每小時匹配要求下，基于電網(wǎng)的H2生產(chǎn)仍會產(chǎn)生顯著的實(shí)際排放影響，但應(yīng)注意的是，在表后制氫模式可能會產(chǎn)生完全相同的結(jié)果。
這只是將H2生產(chǎn)優(yōu)先于電網(wǎng)脫碳的結(jié)果，而這正是大型IRA清潔氫PTC的有效作用。這也不一定是壞事，因?yàn)樗梢栽谖覀冋嬲枰臅r候幫助擴(kuò)大美國的氫工業(yè)。
無論怎樣，“小時匹配”都是必須的，并盡可能的帶來了更低的碳排放，這些顯著的減排對氫氣生產(chǎn)商來說也沒有太大的代價。我們發(fā)現(xiàn)，在每小時匹配要求下，氫氣生產(chǎn)成本通常增加不到1美元/千克。
另外兩個要求，即額外性和采購清潔發(fā)電的實(shí)際交付能力，同樣非常重要，違反任何一個都會完全消除每小時匹配的好處。
因此，簡而言之，將美國電網(wǎng)制氫的排放影響降至最低的方法是通過以下要求：
1. 小時匹配
2. 額外性
3. 可交付性
即使有了這些，結(jié)果也不是完美的，但少了一點(diǎn)就更糟糕了。
普林斯頓大學(xué)的研究人員表示，這種被稱為“每小時匹配”的做法可能會導(dǎo)致設(shè)施的氫氣產(chǎn)量減少，但這是確保氫氣產(chǎn)量不會增加電網(wǎng)排放量的唯一途徑。在每小時匹配的情況下，只有當(dāng)可再生能源發(fā)電時，你才能消耗電力。這將有效地模擬當(dāng)生產(chǎn)商直接從自己的電表后behind-the-meter風(fēng)能和太陽能項(xiàng)目中獲取電力時綠色氫氣生產(chǎn)的工作原理。
03“小時匹配”的支持和反對
支持方，往往是“環(huán)保主義”者團(tuán)體。目前有幾個團(tuán)體支持ZERO實(shí)驗(yàn)室，敦促財(cái)政部要求每小時進(jìn)行一次配對，包括國際清潔運(yùn)輸委員會的研究人員和自然資源保護(hù)委員會的支持者；RMI；以及非營利性的清潔能源購買者協(xié)會，該協(xié)會為企業(yè)提供無碳目標(biāo)方面的建議。
反對方，往往是氫氣生產(chǎn)商/貿(mào)易商或間接關(guān)聯(lián)方，包括愛迪生電力研究所（EEI）、美國清潔電力協(xié)會（American Clean Power Association）和美國可再生能源委員會（America Council on Renewable Energy）等貿(mào)易組織，以及殼牌石油公司（Shell PLC）等石油和天然氣巨頭，以及插頭電源股份有限公司（Plug Power Inc.）等燃料電池公司，都在反對這一概念。
EEI在12月2日給財(cái)政部的一份評論中表示，每小時匹配規(guī)則將“大幅提高所生產(chǎn)氫氣的價格”70%至170%，并“嚴(yán)重限制綠色氫氣的使用”。EEI表示，如果財(cái)政部將該法律的稅收抵免取決于每小時的匹配要求，那么氫生產(chǎn)商將不得不在可再生能源最不可用且最昂貴的情況下購買可再生能源補(bǔ)償。報告補(bǔ)充道，在沒有此類可再生能源補(bǔ)償?shù)臅r期，生產(chǎn)商將不得不完全停止生產(chǎn)氫氣，以遵守此類規(guī)則。
該組織指出，今年早些時候，歐盟投票廢除了自己對綠色氫的每小時匹配要求，“因?yàn)閾?dān)心這類要求過于復(fù)雜，難以實(shí)施，阻礙了綠色氫行業(yè)的發(fā)展……并推動了對美國的投資。”。
EEI、ACORE和美國清潔能源協(xié)會認(rèn)為，應(yīng)該允許氫能開發(fā)商在給定電網(wǎng)上使用與太陽能和風(fēng)能項(xiàng)目年產(chǎn)量相同的電量。大公司早就達(dá)成協(xié)議，每年購買與一年內(nèi)消耗電量相等的可再生電力，并將這些協(xié)議計(jì)入碳中和目標(biāo)。在過去十年中，這種做法為可再生能源的增長提供了資金支持。ACORE的政策主管表示，氫生產(chǎn)商在符合《通脹削減法案》的信貸條件的同時，也應(yīng)該能夠做到這一點(diǎn)。
ACORE政策副總裁Allison Nyholm表示：“我們不想在行業(yè)規(guī)模擴(kuò)張的同時阻礙他們。這是我們評論的關(guān)鍵。”。“我們需要為我們的行業(yè)提供可用的工具來建設(shè)。”ACORE電力政策主管Elise Caplan表示，新的輸電和可再生設(shè)施將使電網(wǎng)足夠清潔、快速，從而消除對與綠色氫生產(chǎn)相關(guān)的電網(wǎng)排放的長期擔(dān)憂。她說：“這是綠化網(wǎng)格的一部分。你要確保有足夠的靈活性和問責(zé)制。”。
這種爭議有它的必然性：綠氫在規(guī)模化之前，大家一致的嚴(yán)格的倡導(dǎo)“綠色”概念，因?yàn)檫@個是“合理性”之本。然而當(dāng)綠氫在補(bǔ)貼政策刺激下準(zhǔn)備規(guī)模化的時候，大家更為關(guān)注的是“財(cái)務(wù)”數(shù)字，是否夠“綠”，成為了“通融”的選項(xiàng)。
04“小時匹配”已被大公司接受
2019年，斯坦福大學(xué)的一個團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，許多公司的可再生能源目標(biāo)沒有達(dá)到實(shí)際的無碳承諾（Climatewire，2019年5月28日）。研究發(fā)現(xiàn)，要保證公司排放量100%減少，就需要每小時將可再生能源發(fā)電量與公司的電力消耗量相匹配。
2021年，一些大公司，如谷歌和微軟公司，已經(jīng)接受了100%的電力消耗每小時匹配。之前，谷歌通過購買抵消年度用電量的可再生能源來實(shí)現(xiàn)自愿可再生能源目標(biāo)，而不是將這些購買與用電時間匹配。而目前，谷歌將不依賴于標(biāo)準(zhǔn)的可再生能源證書概念，而是依賴于每小時基于時間的能源屬性證書，稱為T-EACS（ time-based energy attribute certificates）。【存照】谷歌計(jì)劃將其每個小時的電力消耗都與可再生能源相匹配
對比一下，美國和歐洲關(guān)于綠氫綠電“小時匹配”之爭，充分反映了“綠氫”這一行業(yè)目前的“沒出息”。
參考：
https://www.eenews.net/articles/bidens-dilemma-how-do-you-define-green-hydrogen/
Minimizing emissions from grid-based hydrogen production in the United States原文及作者推文
