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氢能源行业前景分析与洞察

  近日,世界知名会计师事务所普华永道旗下全球战略咨询公司发布了《氢能源行业前景分析与洞察》报告。
  
  报告内容显示,2050年,随着可再生能源发电成本不断降低,绿氢生产的成本将进一步下降,根据测算质子交换膜电解水技术电解水制氢的成本将降至0.7—0.9美元/公斤,碱性电解水制氢的成本也会降至0.8—1.3美元/公斤。绿氢成本全线降低,灰氢和蓝氢因为需要承担制氢过程中脱碳的成本,所以在制氢成本上不占优势。
  
  氢能在很长的一段时间里发展并没有多少起色,直到《巴黎协定》提出要将地球的升温目标控制在2摄氏度之内,世界各国开始不断审视各自的能源结构,寻求本国低碳转型的方法。对氢能的利用才重新回到大众视野,成为各国破解能源低碳转型的一种方式。根据国际能源署可持续发展情景预测,到2070年,全球对氢气的需求预计将在2019年7,000万吨的基础上增长7倍,达到5.2亿吨,市场规模约为千亿美元。
  
  根据报告内容显示:氢能市场占比的是亚洲,占比高达48%,其次是美洲和欧洲,两者分别占比22%和18%。


  一、氢市场的现状与潜力

  低碳氢被广泛认为是一种蕴藏丰富、用途广泛、清洁方便的能源载体,已被视为能源行业转型的关键一环。数十年来,人类一直在考虑将氢气作为燃料源的可能性,但仍然开发有限。近年来,各国政府和国际组织对减排和实现净零排放的承诺、可再生能源装机容量的不断增长、可再生能源成本的不断下降,为大规模应用带来了可能性。对于可代替天然气的低碳氢而言,情况尤为如此。

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  根据国际能源署可持续发展情景预测,到2070年,全球对氢气的需求预计将在2019年7,000万吨的基础上增长7倍,达到5.2亿吨。如果化石燃料相应减少,叠加氢气的低碳化生产因素,全球能源行业和工业加工领域有望在2070年时实现碳中和。

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  虽然氢能市场发展非常巨大,但却不得不重视氢能的制备产生的温室气体的问题。报告分析显示:“如今消耗的氢气几乎95%均来自于化石燃料,通过两种最常见的方法——煤炭气化和蒸汽甲烷重整进行生产。在生产过程中,化石燃料(即煤或天然气)进料与蒸汽反应,生成一氧化碳、二氧化碳和氢气。每生产1 公斤氢气将释放约10公斤二氧化碳,如果不能及时捕获、利用或封存生产过程中产生的二氧化碳,此类传统的制氢方法将对环境造成巨大影响。”
  
  只有利用风能、太阳能、水能等可再生能源以及沼气和核能等清洁能源电力制氢,才能从根本上解决制氢过程中产生大量温室气体的问题。
  
  发展低碳氢能需多重刺激。
  
  生产和利用低碳氢才是实现《巴黎协定》规划的控制升温目标的症结,但从目前氢能产业发展现状看,低碳氢的生产和利用还需要各国通过不同的手段加以刺激。报告指出,各国政府在发展低碳氢经济的过程中,需要集中精力、遵循主体原则,而不是试图覆盖众多行业。
  
  据了解,电力成本占绿氢可变成本的60%-70%,因此,获得成本低廉、供应充足的可再生能源为电解槽提供电力显得至关重要。报告预测:绿氢需求的激增将有力推动可再生能源装机容量的增长。到2030年时,以电解方式生产1000万吨氢气将消耗约550太瓦时的可再生能源。

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  二、发展氢经济的要素

  1.刺激低碳氢需求
  
  各国政府在发展低碳氢经济的过程中,需要集中精力、遵循主体原则,而不是试图覆盖众多行业:
  
  聚焦脱碳难、有规模效应(规模大的多元化企业)、可利用现有基础设施(例如管网)的产业集群;
  
  产业集群如果位于港口和海岸线附近,则能更好地对接不断增长的国际氢气物流终端;
  
  希望建立氢能力、共同承担投资成本和风险的企业,可建立合作伙伴关系;为推动氢解决方案赋能,地方政府也可以发挥作用。
  
  许多行业都可以畅想低碳氢的未来。个别行业的应用可能发展得更为迅猛,尤其是那些目前尚未有可行替代技术加速脱碳的行业。鉴于此,行业的优先次序可能如下:
  
  炼化行业:以低碳氢代替通过煤炭和天然气生产的常规氢为切入,随后探索用低碳氢和捕获的碳来生产合成燃料等不同的应用方式;现行可再生能源法规(欧盟第II可再生能源指令)的要求和经济激励措施可加速这一转变。
  
  钢铁行业:据世界钢铁协会数据,在传统的高炉炼钢方式下,每生产1吨钢铁会产生1.85吨二氧化碳。利用氢气直接从固态铁矿石中除掉氧气,是钢铁行业前景有利的脱碳途径。钢铁制造商已通过示范项目测试了该技术,并有望在2025年左右发展成熟,然后得到推广。

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  发电行业:纯净氢气或氢气与天然气的混合气可为燃气轮机提供动力,从而实现发电行业的脱碳。燃气轮机制造商目前正在解决因氢燃烧而带来的火焰传播速度快、二氧化氮排放量高等技术难题,争取在2030年前能够开发出与氢完全兼容的轮机。此举将为发电企业开辟新的脱碳途径,加快脱碳步伐,并规避由于排放法规趋紧而导致的设备搁置、无法使用等风险。

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  水泥行业:该行业三分之一的二氧化碳排放来自于加热过程和触发煅烧反应所需的燃料源,在这种情况下,氢气可用作主要的燃料源;其余三分之二的二氧化碳排放来自于煅烧过程本身。水泥行业已经发现了多种碳减排的手段,包括提高能效、降低熟料混合比、使用添加结合材料、捕获生产过程中排放的碳,长期封存或利用。最后一点对于水泥行业而言机会规模尤其巨大:绿氢加上水泥生产商捕获的碳,可用于生产氨或甲醇等化合物,这也凸显了低碳氢市场中跨行业合作的潜力。
  
  交通运输行业:货运等重型交通运输提供了大量使用氢燃料的市场机会,其消费量足以产生规模效应。大型车队和固定规划的运输路线有助于避免在短时间内大规模建设加氢站网络。尽管部分汽车制造商对轻型汽车进行了大量投资,但仍然面临巨大挑战,例如在私家车领域,更便宜的低碳电动车已经面市。由于汽柴油成本通常高于其他行业中使用的天然气成本,因此氢气有望在交通运输领域率先获得成本优势。随着氢和合成燃料逐步成为车用燃料,各国政府可能改变现行的从汽柴油销售环节中征税的方式,转而对氢征税,从而减弱氢的成本优势。但思略特认为,政府无意延缓交通运输业脱碳的步伐,只有当氢气确立其燃料源的地位后,这种情况才会发生。
  
  2.刺激低碳氢供应
  
  部分可再生能源潜力巨大的国家既可以提供绿色能源为电解槽供电,也可以生产绿氢并出口到其他国家(未来全球氢气贸易市场的主要潜在出口国和进口国)。

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  3. 拉通供需:输配和储存


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  4.监管框架为市场提供支撑
  
  欧洲各地也有类似的氢经济发展举措。欧盟的氢发展路线图和部分国家最近制定的国家级氢战略是确保充分发挥绿氢市场潜力的重要一环,为市场提供了长期的可预见性,使得供需两侧的利益相关方都能开展必要的投资。各国之间的合作与协调对于确保公平竞争至关重要。


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  不仅如此,在氢能的储运环节,利用现有的天然气基础设施输配氢气,可以节约大量在氢能领域的基础设施投资。欧洲11家天然气输配系统运营商联合发布了一篇欧洲氢气主干网络研究,展望了氢气输配基础设施的发展:在氢枢纽周边区域管网的基础上,逐步发展到2040年总长度2.3万公里的泛欧洲管网,其中约75%由现有的天然气基础设施改造而成。
  
  对于支持绿氢产业的发展,报告建议:政府需要为处于起步阶段的绿氢市场提供财政支持,为生产商和用户提供适当的激励,鼓励其转为使用低碳氢技术。激励可采取多种形式,或是对资本性支出或运营性支出提供直接财政补贴,或是采取补偿机制。
  
  除了上述措施,监管也是推动向绿氢转型的关键。增加碳税、设定工业过程中使用氢的约束性目标或强制性配额,都将有助于实现创造大量氢需求并支撑市场高速发展的目标。


三、各国氢战略解析

1. 法国


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  2. 德国


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  四、四大建议为中国氢能发展铺路
  
  2021年,“碳达峰”和“碳中和”在两会上作为中国的战略目标,首次被写入政府工作报告,彰显了中国坚持走低碳发展道路的决心。氢能作为一种绿色环保能源也遇到了发展机遇。中国氢能联盟数据显示,2018年中国氢气产量约为2,100万吨,占终端能源总量的2.7%;预计到2030年和2050年,需求量分别将达到3,500万吨和6,000万吨,终端能源占比分别达5%和10%以上。
  
  尽管发展前景光明,但氢能的技术路线仍不够成熟,许多技术难题有待解决,离大规模市场化还有很长一段路。为了促进市场在未来十年真正起飞,中国需要借鉴欧洲市场的经验,在以下多个方面采取行动:
  
  1. 战略引导:尽快推出国家层面的氢战略和路线图,以实现碳中和、碳达峰为原则,确立氢能在长期能源战略中所应发挥的作用,设定明确的阶段性目标,引导和鼓励氢能源的广泛应用和可持续发展,加快中国能源结构调整的步伐,实现市场起飞。
  
  2. 降本增效:提高低碳氢的成本竞争力,一方面鼓励和推进光电风储示范项目建设,加大可再生能源在氢气生产中的比重,从而实现制氢的规模效益,降低低碳氢的生产成本;另一方面,加大公共资金对氢能技术研发的投入,同时鼓励和吸引企业积极开展创新,实现燃料电池、氢燃料、电解槽和配套设备等的降本增效。
  
  3. 需求挖掘:积极探索炼化、钢铁、交通运输等重点行业内的脱碳机会,并通过创新刺激需求;同时鼓励在能源生产和工艺流程转型过程中逐步加大以蓝氢或低碳氢作为燃料和原料的占比,为实现低碳氢的广泛应用奠定基础。
  
  4. 协作共赢:推进跨行业协作和国际合作,尤其是在标准体系建设、先进技术和实践分享、基础设施建设等领域,实现氢能源产业链的不断发展和完善;同时通过融资模式创新,以风险共担、利益共享的形式,打消先行者的顾虑,鼓励私营领域加大对氢能源领域的投资。
  
  报告指出:在正确的引导和政策扶持下,刚起步的低碳氢市场有望在2030年迎来爆发和腾飞, 并在十年内变得具有成本竞争力。全球许多国家都制定了雄心勃勃的绿氢计划,而中国凭借丰富的可再生能源、水资源等独特优势,具备引导低碳氢经济的机会。通过抓住绿氢产业机遇,中国政府和企业能够在脱碳大趋势下奠定经济增长的基础,并在低碳发展领域内建立起持续的影响力。

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