未來十年將是應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵時期。目前，全球每年脫碳速度約12%。根據(jù)《巴黎協(xié)定》設(shè)定的1.5℃溫控和凈零排放目標(biāo)，截止2030年前，需要提高五倍脫碳速度，方可實(shí)現(xiàn)。打造低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)可以加速能源行業(yè)轉(zhuǎn)型，在整個節(jié)能減排過程中發(fā)揮至關(guān)重要作用。
氫可以代替碳?xì)浠衔?，特別是能應(yīng)用在難以實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的場景和領(lǐng)域中。因此，公眾將氫視為通向未來綠色能源的鑰匙：氫分子可用于儲能，接收可再生能源產(chǎn)生的間歇性能流；在無法電氣化或電氣化成本效益不高的情況下，氫氣可作燃料使用；在發(fā)電和需要高溫的工業(yè)加工領(lǐng)域（例如煉鋼），氫氣還可用作進(jìn)料。
然而，整個氫行業(yè)和供應(yīng)鏈仍處于發(fā)展起步階段，要實(shí)現(xiàn)氫這種綠色能源的巨大潛力，建立低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)仍有很長的路要走，其中包括推動終端行業(yè)的應(yīng)用、效仿天然氣領(lǐng)域建立氫氣全球貿(mào)易市場等。政府也需要通過強(qiáng)有力的監(jiān)管體系提供支持，以實(shí)現(xiàn)低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)的目標(biāo)。
? ? ? 低碳?xì)浔粡V泛認(rèn)為是一種蘊(yùn)藏豐富、用途廣泛、清潔方便的能源載體，已被視為能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一環(huán)。數(shù)十年來，人類一直在考慮將氫氣作為燃料源的可能性，但仍對其開發(fā)有限。近年，各國政府和國際組織對減排和實(shí)現(xiàn)凈零排放的承諾、可再生能源裝機(jī)容量的不斷增長，以及可再生能源成本的不斷下降，為大規(guī)模應(yīng)用帶來了可能性。
根據(jù)國際能源署可持續(xù)發(fā)展情景預(yù)測，到2070年，全球?qū)錃獾男枨箢A(yù)計將在2019年7,000萬噸的基礎(chǔ)上增長7倍，達(dá)到5.2億噸（見下圖）。如果化石燃料相應(yīng)減少，疊加氫氣的低碳化生產(chǎn)因素，全球能源行業(yè)和工業(yè)加工領(lǐng)域有望在2070年時實(shí)現(xiàn)碳中和。
*注：1. 合成氨生產(chǎn)系指航運(yùn)行業(yè)的燃料生產(chǎn)；用于工業(yè)氨生產(chǎn)的氫氣包括在工業(yè)類別中；2. 另有4,500萬噸未與其他氣體分離的氫氣用于工業(yè)用途。
? ? ? 目前，氫氣的年產(chǎn)量為7,000萬噸，市場規(guī)模約為千億美元（見下圖）。亞洲是最大市場（48%），美洲（22%）和歐洲（18%）緊隨其后，而工業(yè)企業(yè)則是最大的使用群體，八成以上的需求來自煉化和化工行業(yè)。煉油廠使用氫氣來降低柴油中的硫含量。全球范圍內(nèi)較高的柴油消耗量，加之更嚴(yán)格的硫含量法規(guī)要求，一直維系著市場對氫氣的需求。
*注：1. 7000萬噸氫氣相當(dāng)于約2億噸油當(dāng)量。
資料來源：國際可再生能源機(jī)構(gòu)，彭博社，Afhypac，法國對外貿(mào)易部，國際能源署，普華永道思略特分析
? ? ? 目前的難題在于，如今消耗的氫氣95%來自化石燃料，通過兩種最常見的方法——煤炭氣化和蒸汽甲烷，進(jìn)行重整生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，化石燃料（即煤或天然氣）進(jìn)料與蒸汽反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣。每生產(chǎn)1公斤氫氣將釋放約10公斤二氧化碳。如果不能及時捕獲、利用或封存生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳，此類傳統(tǒng)的制氫方法將對環(huán)境造成巨大影響。
? ? ? 因此，只有在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中盡可能減少碳排放，氫氣才有助于全球經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)脫碳的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要途徑有：利用風(fēng)能、太陽能、水能等可再生能源以及沼氣和核能，或是采用常規(guī)的化石燃料能源加上碳捕獲與封存技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)低碳?xì)涞拇笠?guī)模生產(chǎn)。而刺激需求和應(yīng)用則是發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)的首要任務(wù)之一。
發(fā)展要素一：刺激低碳?xì)湫枨?/strong>
? ? ? ?隨著越來越多的國家和行業(yè)將低碳?xì)湟暈槿剂显春驮?，氫的用戶群體有望更加多樣化?；诘吞?xì)渖a(chǎn)技術(shù)的成熟度、與現(xiàn)有工藝結(jié)合的復(fù)雜性，以及現(xiàn)行法規(guī)和經(jīng)濟(jì)鼓勵政策，不同行業(yè)有各自的脫碳路徑和時間表。各國政府在發(fā)展低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)的過程中，需要集中精力、遵循主體原則，而不是試圖覆蓋眾多行業(yè)：
聚焦脫碳難、有規(guī)模效應(yīng)（規(guī)模大的多元化企業(yè)）、可利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施（例如管網(wǎng)）的產(chǎn)業(yè)集群；
產(chǎn)業(yè)集群如果位于港口和海岸線附近，則能更好地對接不斷增長的國際氫氣物流終端；
希望建立氫能力、共同承擔(dān)投資成本和風(fēng)險的企業(yè)，可建立合作伙伴關(guān)系；地方政府也可為推動氫解決方案賦能，發(fā)揮作用。
發(fā)展要素二：刺激低碳?xì)涔?yīng)
? ? ? 為加快低碳?xì)涞陌l(fā)展，推動高能耗行業(yè)中低碳?xì)涮娲細(xì)浠衔?，在成熟的碳排放技術(shù)與更清潔的新型氫技術(shù)之間，如何縮小兩者的價格差是當(dāng)務(wù)之急。目前，電力成本占綠氫可變成本的60%-70%。因此，獲得成本低廉、供應(yīng)充足的可再生能源為電解槽提供電力顯得至關(guān)重要。在普華永道思略特訪談中，專家表示，當(dāng)可再生能源的成本降至20美元/兆瓦或以下時，綠氫將具有成本競爭力。隨著世界各國加大對可再生能源投資力度，以及平準(zhǔn)化能源成本的降低，規(guī)模效應(yīng)有望于2030年實(shí)現(xiàn)。
? ? ? 與此同時，電解槽制造商正在努力提高電解槽的效率并實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，從而降低可變成本。普華永道思略特預(yù)計，聚合物電解質(zhì)膜（PEM）技術(shù)的效率將高于堿性（ALK）技術(shù)，從而更進(jìn)一步降低成本。
? ? ? ?綠氫需求的激增將有力推動可再生能源裝機(jī)容量的增長。到2030年，以電解方式生產(chǎn)1000萬噸氫氣將消耗約550太瓦時的可再生能源（以目前生產(chǎn)1公斤氫氣約消耗55千瓦時的電力計算）。水是電解所需的另一個重要資源。生產(chǎn)1公斤氫氣需要大約22升水，因此用水需求量巨大。在密集的工業(yè)區(qū)中，獲得足夠的水資源用于電解并滿足工業(yè)需求較有難度。
? ? ? ?盡管以可再生能源生產(chǎn)清潔氫氣是市場供應(yīng)的終局，但藍(lán)氫的重要作用也不容忽視：在綠氫實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)前，藍(lán)氫將作為過渡技術(shù)，生產(chǎn)足量的低碳?xì)洹?/span>
? ? ? ?氫氣輸配是拉通供需的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施輸配氫氣是方案之一。根據(jù)歐洲天然氣輸配系統(tǒng)運(yùn)營商的估測，可以在沒有任何技術(shù)挑戰(zhàn)的情況下，將10%的氫氣混入天然氣進(jìn)行輸配。如果對輸配管網(wǎng)進(jìn)行小幅調(diào)整，氫氣混合的比例最高可達(dá)20%，但建設(shè)氫氣專用基礎(chǔ)設(shè)施的成本效益將會更高。
? ? ? 考慮到今后天然氣用量可能減少，用天然氣管網(wǎng)輸配氫氣可防止輸配系統(tǒng)運(yùn)營商陷入資產(chǎn)擱淺的困境。歐洲11家天然氣輸配系統(tǒng)運(yùn)營商聯(lián)合發(fā)布了一篇?dú)W洲氫氣主干網(wǎng)絡(luò)研究，展望氫氣輸配基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展：在氫樞紐周邊區(qū)域管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展到2040年總長度2.3萬公里的泛歐洲管網(wǎng)，其中約75%由現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施改造而成，另外25%為新建的氫氣專用管網(wǎng)，建設(shè)總成本約為640億歐元。
? ? ? ?除運(yùn)輸外，氫氣也需要存儲，以確保大批量、不間斷地供應(yīng)工業(yè)用戶。氫可以通過氨、液態(tài)有機(jī)氫載體或液態(tài)氫的形式存儲為液態(tài)，但成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以氣態(tài)形式儲存。巖鹽溶腔和枯竭的氣田是大批量儲存的最佳方案，成本分別不高于0.30美元/公斤和2美元/公斤。但這些儲存點(diǎn)地理位置偏遠(yuǎn)，并不是匹配供需最有效的方法。目前，含水層存儲之類的替代方案仍在研究中，但面臨著氣體體積損失、與細(xì)菌的化學(xué)和微生物反應(yīng)導(dǎo)致井眼腐蝕等技術(shù)和操作層面的難題。
發(fā)展要素四：監(jiān)管框架為市場提供支撐
? ? ? ?盡管供應(yīng)、需求、輸配儲存是氫經(jīng)濟(jì)的核心支柱，但這些支柱需要建立在強(qiáng)有力的政策和監(jiān)管框架內(nèi)。各國政府應(yīng)該發(fā)揮關(guān)鍵作用，確保制定目標(biāo)明確的氫戰(zhàn)略，配合戰(zhàn)略性投資和財政鼓勵，從而釋放正確的市場信號，鼓勵民營投資參與。
? ? ? 歐盟的氫發(fā)展路線圖是確保充分發(fā)揮綠氫市場潛力的重要一環(huán)，為市場提供長期可預(yù)見性，使得供需兩側(cè)的利益相關(guān)方都能開展必要的投資。各國之間的合作與協(xié)調(diào)對于確保公平競爭至關(guān)重要。
? ? ? 政府也需要為處于起步階段的綠氫市場提供財政支持，為生產(chǎn)商和用戶提供適當(dāng)?shù)募睿膭钇滢D(zhuǎn)為使用低碳?xì)浼夹g(shù)。激勵可采取多種形式，或是對資本性支出及運(yùn)營性支出提供直接財政補(bǔ)貼，或是采取補(bǔ)償機(jī)制。在國家層面，新冠疫情期間用于刺激經(jīng)濟(jì)的資金將成為強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)杠桿，為項(xiàng)目示范、氫技術(shù)開發(fā)、刺激供需提供資金支持。在2030年綠氫的成本優(yōu)勢形成前，這種支持需要不斷繼續(xù)。
? ? ? ?監(jiān)管也是推動向綠氫轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。增加碳稅、設(shè)定工業(yè)過程中使用氫的約束性目標(biāo)或強(qiáng)制性配額，都將有助于創(chuàng)造大量氫需求并實(shí)現(xiàn)支撐市場高速發(fā)展的目標(biāo)。
? ? ? ?2021年，碳達(dá)峰和碳中和在全國兩會上作為中國的戰(zhàn)略目標(biāo)，首次被寫入政府工作報告，彰顯中國堅持走低碳發(fā)展道路的決心。氫能作為一種綠色環(huán)保能源也面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，2018年中國氫氣產(chǎn)量約為2,100萬噸，占終端能源總量的2.7%；預(yù)計到2030年和2050年，需求量分別將達(dá)到3,500萬噸和6,000萬噸，終端能源占比分別達(dá)5%和10%以上。
? ? ? ?盡管發(fā)展前景光明，但氫能的技術(shù)路線仍不夠成熟，許多技術(shù)難題有待解決，離大規(guī)模市場化還有很長一段路。為促進(jìn)市場在未來十年真正起飛，中國需要借鑒歐洲市場的經(jīng)驗(yàn)，在以下多個方面采取行動：
戰(zhàn)略引領(lǐng)：盡快推出國家層面的氫戰(zhàn)略和路線圖，以實(shí)現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰為原則，確立氫能在長期能源戰(zhàn)略中應(yīng)發(fā)揮的作用，設(shè)定明確的階段性目標(biāo)，引導(dǎo)和鼓勵氫能源的廣泛應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展，加快中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐，實(shí)現(xiàn)市場起飛。
降本增效：提高低碳?xì)涞某杀靖偁幜?，一方面鼓勵和推進(jìn)光電風(fēng)儲示范項(xiàng)目建設(shè)，加大可再生能源在氫氣生產(chǎn)中的比重，從而實(shí)現(xiàn)制氫的規(guī)模效益，降低低碳?xì)涞纳a(chǎn)成本；另一方面，加大公共資金對氫能技術(shù)研發(fā)的投入，同時鼓勵和吸引企業(yè)積極開展創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)燃料電池、氫燃料、電解槽和配套設(shè)備等的降本增效。
需求挖掘：積極探索煉化、鋼鐵、交通運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)行業(yè)內(nèi)的脫碳機(jī)會，并通過創(chuàng)新刺激需求；同時鼓勵在能源生產(chǎn)和工藝流程轉(zhuǎn)型過程中逐步加大以藍(lán)氫或低碳?xì)渥鳛槿剂虾驮系恼急?，為?shí)現(xiàn)低碳?xì)涞膹V泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
協(xié)作共贏：推進(jìn)跨行業(yè)協(xié)作和國際合作，尤其是在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、先進(jìn)技術(shù)和最佳實(shí)踐分享、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展和完善；同時通過融資模式創(chuàng)新，以風(fēng)險共擔(dān)、利益共享的形式，打消先行者的顧慮，鼓勵私營領(lǐng)域加大對氫能源領(lǐng)域的投資。
? ? ? ?在正確的引導(dǎo)和扶持下，剛起步的低碳?xì)涫袌鲇型?030年迎來爆發(fā)和騰飛，并在十年內(nèi)展現(xiàn)出成本競爭力。全球許多國家都制定了雄心勃勃的綠氫計劃，而中國憑借豐富的可再生能源、水資源等獨(dú)特優(yōu)勢，具備引領(lǐng)低碳?xì)浣?jīng)濟(jì)的機(jī)會。通過抓住綠氫產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，中國政府和企業(yè)能夠在脫碳大趨勢下奠定經(jīng)濟(jì)增長的基礎(chǔ)，并在低碳發(fā)展領(lǐng)域內(nèi)建立起持續(xù)影響力。
《氫能源行業(yè)前景分析與洞察》
來源：普華永道
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