技術動向
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未來十年將是應對氣候變化的關鍵時期。目前，全球每年脫碳速度約12%。根據(jù)《巴黎協(xié)定》設定的1.5℃溫控和凈零排放目標，截止2030年前，需要提高五倍脫碳速度，方可實現(xiàn)。打造低碳氫經(jīng)濟可以加速能源行業(yè)轉型，在整個節(jié)能減排過程中發(fā)揮至關重要作用。
氫可以代替碳氫化合物，特別是能應用在難以實現(xiàn)減排目標的場景和領域中。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)加工領域（例如煉鋼），氫氣還可用作進料。
然而，整個氫行業(yè)和供應鏈仍處于發(fā)展起步階段，要實現(xiàn)氫這種綠色能源的巨大潛力，建立低碳氫經(jīng)濟仍有很長的路要走，其中包括推動終端行業(yè)的應用、效仿天然氣領域建立氫氣全球貿易市場等。政府也需要通過強有力的監(jiān)管體系提供支持，以實現(xiàn)低碳氫經(jīng)濟的目標。
? ? ? 低碳氫被廣泛認為是一種蘊藏豐富、用途廣泛、清潔方便的能源載體，已被視為能源行業(yè)轉型的關鍵一環(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現(xiàn)凈零排放的承諾、可再生能源裝機容量的不斷增長，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)展情景預測，到2070年，全球對氫氣的需求預計將在2019年7,000萬噸的基礎上增長7倍，達到5.2億噸（見下圖）。如果化石燃料相應減少，疊加氫氣的低碳化生產因素，全球能源行業(yè)和工業(yè)加工領域有望在2070年時實現(xiàn)碳中和。
*注：1. 合成氨生產系指航運行業(yè)的燃料生產；用于工業(yè)氨生產的氫氣包括在工業(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。全球范圍內較高的柴油消耗量，加之更嚴格的硫含量法規(guī)要求，一直維系著市場對氫氣的需求。
*注：1. 7000萬噸氫氣相當于約2億噸油當量。
資料來源：國際可再生能源機構，彭博社，Afhypac，法國對外貿易部，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，進行重整生產。在生產過程中，化石燃料（即煤或天然氣）進料與蒸汽反應，生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣。每生產1公斤氫氣將釋放約10公斤二氧化碳。如果不能及時捕獲、利用或封存生產過程中產生的二氧化碳，此類傳統(tǒng)的制氫方法將對環(huán)境造成巨大影響。
? ? ? 因此，只有在生產環(huán)節(jié)中盡可能減少碳排放，氫氣才有助于全球經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)脫碳的目標。實現(xiàn)這一目標的主要途徑有：利用風能、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，從而實現(xiàn)低碳氫的大規(guī)模生產。而刺激需求和應用則是發(fā)展氫經(jīng)濟的首要任務之一。
? ? ? ?隨著越來越多的國家和行業(yè)將低碳氫視為燃料源和原料，氫的用戶群體有望更加多樣化?；诘吞細渖a技術的成熟度、與現(xiàn)有工藝結合的復雜性，以及現(xiàn)行法規(guī)和經(jīng)濟鼓勵政策，不同行業(yè)有各自的脫碳路徑和時間表。各國政府在發(fā)展低碳氫經(jīng)濟的過程中，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（規(guī)模大的多元化企業(yè)）、可利用現(xiàn)有基礎設施（例如管網(wǎng)）的產業(yè)集群；
產業(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、共同承擔投資成本和風險的企業(yè)，可建立合作伙伴關系；地方政府也可為推動氫解決方案賦能，發(fā)揮作用。
? ? ? 為加快低碳氫的發(fā)展，推動高能耗行業(yè)中低碳氫替代碳氫化合物，在成熟的碳排放技術與更清潔的新型氫技術之間，如何縮小兩者的價格差是當務之急。目前，電力成本占綠氫可變成本的60%-70%。因此，獲得成本低廉、供應充足的可再生能源為電解槽提供電力顯得至關重要。在普華永道思略特訪談中，專家表示，當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，以及平準化能源成本的降低，規(guī)模效應有望于2030年實現(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現(xiàn)規(guī)模效應，從而降低可變成本。普華永道思略特預計，聚合物電解質膜（PEM）技術的效率將高于堿性（ALK）技術，從而更進一步降低成本。
? ? ? ?綠氫需求的激增將有力推動可再生能源裝機容量的增長。到2030年，以電解方式生產1000萬噸氫氣將消耗約550太瓦時的可再生能源（以目前生產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清潔氫氣是市場供應的終局，但藍氫的重要作用也不容忽視：在綠氫實現(xiàn)大規(guī)模生產前，藍氫將作為過渡技術，生產足量的低碳氫。
? ? ? ?氫氣輸配是拉通供需的關鍵環(huán)節(jié)。利用現(xiàn)有的天然氣基礎設施輸配氫氣是方案之一。根據(jù)歐洲天然氣輸配系統(tǒng)運營商的估測，可以在沒有任何技術挑戰(zhàn)的情況下，將10%的氫氣混入天然氣進行輸配。如果對輸配管網(wǎng)進行小幅調整，氫氣混合的比例最高可達20%，但建設氫氣專用基礎設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)運營商陷入資產擱淺的困境。歐洲11家天然氣輸配系統(tǒng)運營商聯(lián)合發(fā)布了一篇歐洲氫氣主干網(wǎng)絡研究，展望氫氣輸配基礎設施的發(fā)展：在氫樞紐周邊區(qū)域管網(wǎng)的基礎上，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)有的天然氣基礎設施改造而成，另外25%為新建的氫氣專用管網(wǎng)，建設總成本約為640億歐元。
? ? ? ?除運輸外，氫氣也需要存儲，以確保大批量、不間斷地供應工業(yè)用戶。氫可以通過氨、液態(tài)有機氫載體或液態(tài)氫的形式存儲為液態(tài)，但成本遠遠高于以氣態(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。但這些儲存點地理位置偏遠，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、與細菌的化學和微生物反應導致井眼腐蝕等技術和操作層面的難題。
發(fā)展要素四：監(jiān)管框架為市場提供支撐
? ? ? ?盡管供應、需求、輸配儲存是氫經(jīng)濟的核心支柱，但這些支柱需要建立在強有力的政策和監(jiān)管框架內。各國政府應該發(fā)揮關鍵作用，確保制定目標明確的氫戰(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見性，使得供需兩側的利益相關方都能開展必要的投資。各國之間的合作與協(xié)調對于確保公平競爭至關重要。
? ? ? 政府也需要為處于起步階段的綠氫市場提供財政支持，為生產商和用戶提供適當?shù)募?，鼓勵其轉為使用低碳氫技術。激勵可采取多種形式，或是對資本性支出及運營性支出提供直接財政補貼，或是采取補償機制。在國家層面，新冠疫情期間用于刺激經(jīng)濟的資金將成為強有力的經(jīng)濟杠桿，為項目示范、氫技術開發(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型的關鍵。增加碳稅、設定工業(yè)過程中使用氫的約束性目標或強制性配額，都將有助于創(chuàng)造大量氫需求并實現(xiàn)支撐市場高速發(fā)展的目標。
? ? ? ?2021年，碳達峰和碳中和在全國兩會上作為中國的戰(zhàn)略目標，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)展機遇。中國氫能聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，2018年中國氫氣產量約為2,100萬噸，占終端能源總量的2.7%；預計到2030年和2050年，需求量分別將達到3,500萬噸和6,000萬噸，終端能源占比分別達5%和10%以上。
? ? ? ?盡管發(fā)展前景光明，但氫能的技術路線仍不夠成熟，許多技術難題有待解決，離大規(guī)模市場化還有很長一段路。為促進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，在以下多個方面采取行動：
戰(zhàn)略引領：盡快推出國家層面的氫戰(zhàn)略和路線圖，以實現(xiàn)碳中和、碳達峰為原則，確立氫能在長期能源戰(zhàn)略中應發(fā)揮的作用，設定明確的階段性目標，引導和鼓勵氫能源的廣泛應用和可持續(xù)發(fā)展，加快中國能源結構調整的步伐，實現(xiàn)市場起飛。
降本增效：提高低碳氫的成本競爭力，一方面鼓勵和推進光電風儲示范項目建設，加大可再生能源在氫氣生產中的比重，從而實現(xiàn)制氫的規(guī)模效益，降低低碳氫的生產成本；另一方面，加大公共資金對氫能技術研發(fā)的投入，同時鼓勵和吸引企業(yè)積極開展創(chuàng)新，實現(xiàn)燃料電池、氫燃料、電解槽和配套設備等的降本增效。
需求挖掘：積極探索煉化、鋼鐵、交通運輸?shù)戎攸c行業(yè)內的脫碳機會，并通過創(chuàng)新刺激需求；同時鼓勵在能源生產和工藝流程轉型過程中逐步加大以藍氫或低碳氫作為燃料和原料的占比，為實現(xiàn)低碳氫的廣泛應用奠定基礎。
協(xié)作共贏：推進跨行業(yè)協(xié)作和國際合作，尤其是在標準體系建設、先進技術和最佳實踐分享、基礎設施建設等領域，實現(xiàn)氫能源產業(yè)鏈的不斷發(fā)展和完善；同時通過融資模式創(chuàng)新，以風險共擔、利益共享的形式，打消先行者的顧慮，鼓勵私營領域加大對氫能源領域的投資。
? ? ? ?在正確的引導和扶持下，剛起步的低碳氫市場有望在2030年迎來爆發(fā)和騰飛，并在十年內展現(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、水資源等獨特優(yōu)勢，具備引領低碳氫經(jīng)濟的機會。通過抓住綠氫產業(yè)機遇，中國政府和企業(yè)能夠在脫碳大趨勢下奠定經(jīng)濟增長的基礎，并在低碳發(fā)展領域內建立起持續(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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