干貨！氫能和燃料電池技術(shù)路線圖

主要發(fā)現(xiàn)

1、氫和燃料電池提供的整合機(jī)會(huì)

氫是一種靈活的能量載體，可以由各種各樣的區(qū)域主要一次能源產(chǎn)生。此外，它可以有效地轉(zhuǎn)化為任何形式的能量，以滿足各種終端用能需求。氫氣特別適用于利用氫氣發(fā)電的燃料電池。

具有低碳足跡的氫有可能促進(jìn)能源相關(guān)二氧化碳排放的顯著減少，并有助于將全球溫度上升控制在2°C以內(nèi)，正如國(guó)際能源署能源技術(shù)展望（ETP）中描述的高氫發(fā)展2°C情景一樣。此外，與直接化石燃料燃燒相比，氫氣的使用可以降低局部空氣污染物排放和噪音污染。通過(guò)在2°C情景下繼續(xù)使用化石燃料資源滿足終端用能需求，氫氣與CCS結(jié)合可以提供保障能源安全的措施并幫助維持多樣化的燃料組合。

作為能量載體，氫能夠以集中或分散的方式實(shí)現(xiàn)能源供需之間的平衡，有助于提高能源系統(tǒng)的整體靈活性。通過(guò)聯(lián)結(jié)不同的能量傳輸和分配（T&D）網(wǎng)絡(luò)，低碳能源可以滿足對(duì)脫碳具有挑戰(zhàn)性的終端用能領(lǐng)域，包括運(yùn)輸、工業(yè)和建筑。在幾乎無(wú)法接入電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些聯(lián)結(jié)可以擴(kuò)大對(duì)離網(wǎng)地區(qū)提供能源服務(wù)，同時(shí)最大限度地減少排放。

圖1 今天與未來(lái)的能源系統(tǒng)

關(guān)鍵點(diǎn)：氫能可以連接不同的能源形式和能源傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此能提高未來(lái)低碳能源系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性

2、運(yùn)輸、工業(yè)和建筑領(lǐng)域的能量?jī)?chǔ)存和利用

氫氣非常適用于作為能量載體，因?yàn)樗梢詢?chǔ)存低碳能量。少量具有低碳足跡的氫氣可以在有限的空間和重量要求下存儲(chǔ)，以通過(guò)燃料電池電動(dòng)車輛（FCEV）實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離低碳運(yùn)輸。大量氫氣可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，有助于將大量間歇性可再生能源（VRE）整合到發(fā)電和供熱的能源系統(tǒng)中。以氫為能量載體的系統(tǒng)可以充分利用間歇性可再生能源，例如實(shí)施電力-燃料、電力-電力或電力-燃?xì)獾霓D(zhuǎn)換，否則在供應(yīng)超出需求時(shí)間歇性可再生能源會(huì)出現(xiàn)丟棄現(xiàn)象。

燃料電池汽車可以替代當(dāng)今傳統(tǒng)汽車提供碳排放量極低的出行和運(yùn)輸服務(wù)。到2050年，在公路運(yùn)輸中部署25%的燃料電池汽車比例可以貢獻(xiàn)高達(dá)10%的累計(jì)運(yùn)輸相關(guān)碳減排量，促使ETP 6°C情景（6DS）轉(zhuǎn)變?yōu)?DS，具體減排程度取決于不同地區(qū)的情況。假設(shè)燃料電池汽車銷售快速增長(zhǎng)，在推出首批10000輛燃料電池汽車后，預(yù)計(jì)15~20年內(nèi)將形成一個(gè)自我維持的市場(chǎng)。

雖然氫和燃料電池在終端用能領(lǐng)域具有很大的發(fā)展空間和能源安全優(yōu)勢(shì)，但氫氣發(fā)電、輸配和零售基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展仍具有挑戰(zhàn)性。例如，燃料電池汽車市場(chǎng)發(fā)展相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)一直是基礎(chǔ)設(shè)施投資的重大障礙。對(duì)于從現(xiàn)在到2050年之間假定銷售1.5億輛燃料電池汽車中的每一輛，根據(jù)地區(qū)的不同，需要花費(fèi)900~1900美元用于氫氣基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)。1

圖2 不同技術(shù)路線條件下排放水平VS行駛里程

關(guān)鍵點(diǎn)：燃料電池汽車與當(dāng)前傳統(tǒng)汽車相比，可在較低WTW碳排放水平下提供交通運(yùn)輸服務(wù)

圖3 加氫站市場(chǎng)早期階段的累計(jì)現(xiàn)金流曲線

關(guān)鍵點(diǎn)：“死亡谷”可能會(huì)持續(xù)10~15年，直到累計(jì)現(xiàn)金流轉(zhuǎn)為正值

圖4 歐洲當(dāng)前不同氫能技術(shù)路線的碳足跡

關(guān)鍵點(diǎn)：根據(jù)生產(chǎn)、輸配和零售的技術(shù)路線不同，氫能的碳足跡可在20~230 gCO2/MJ的范圍內(nèi)變化

未來(lái)十年的關(guān)鍵行動(dòng) 氫和燃料電池提供的整合機(jī)會(huì)

通過(guò)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、技術(shù)和燃料中性政策，鼓勵(lì)所有能源部門應(yīng)用提高燃料利用效率和減少溫室氣體排放的技術(shù)。穩(wěn)定的政策和監(jiān)管框架—包括碳定價(jià)、關(guān)稅、燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，可再生能源標(biāo)準(zhǔn)或零排放車輛發(fā)展規(guī)劃—對(duì)于提高投資者和企業(yè)家的市場(chǎng)確定性非常重要。

通過(guò)有效的政策支持來(lái)降低成本，促進(jìn)氫和燃料電池技術(shù)及其基礎(chǔ)設(shè)施的投資和早期市場(chǎng)部署。國(guó)家和區(qū)域優(yōu)先事項(xiàng)應(yīng)明確其價(jià)值鏈和目標(biāo)市場(chǎng)障礙。

為了推動(dòng)氫能在終端領(lǐng)域的安全可靠應(yīng)用和計(jì)量，需要繼續(xù)加強(qiáng)和協(xié)調(diào)相應(yīng)的國(guó)際規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)為燃料電池和電解槽等關(guān)鍵氫能技術(shù)研發(fā)和設(shè)計(jì)提供公共和私營(yíng)資金，不斷支持技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。加強(qiáng)對(duì)交叉領(lǐng)域研究的關(guān)注，例如材料，這些領(lǐng)域可以在提升效果方面發(fā)揮變革作用。在可能的情況下，通過(guò)國(guó)際合作項(xiàng)目，以最大限度地提高資金使用效率。

通過(guò)采用綜合建模方法，加深對(duì)不同能源部門之間特定區(qū)域相互作用的理解，以量化能源系統(tǒng)整合的效益。

在相關(guān)聯(lián)的區(qū)域，加快推進(jìn)旨在將從化石衍生的氫生產(chǎn)中捕獲和儲(chǔ)存二氧化碳推向成熟商業(yè)應(yīng)用的活動(dòng)。

運(yùn)輸、工業(yè)和建筑領(lǐng)域的能量?jī)?chǔ)存和利用

通過(guò)將數(shù)萬(wàn)輛汽車投入使用，推動(dòng)制氫、氫氣輸配網(wǎng)絡(luò)和加氫站（在全球適當(dāng)區(qū)域建設(shè)至少500到1000個(gè)站點(diǎn)）等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和跨境項(xiàng)目，以證明燃料電池汽車的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性。加強(qiáng)歐洲、日本、韓國(guó)和加利福尼亞的部署計(jì)劃以及固定車隊(duì)的使用。

讓來(lái)自于相關(guān)行業(yè)以及地區(qū)、國(guó)家和地方當(dāng)局參與制定降低風(fēng)險(xiǎn)的戰(zhàn)略，包括開(kāi)發(fā)金融工具和創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式，為燃料電池汽車市場(chǎng)引入降低氫能輸配和零售基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

增加適用于集成間歇性可再生能源的氫基儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模，并實(shí)時(shí)收集和分析性能數(shù)據(jù)。

建立監(jiān)管框架，消除電力存儲(chǔ)系統(tǒng)（包括電力—燃料和電力—燃?xì)鈶?yīng)用）的電網(wǎng)接入障礙。在相關(guān)聯(lián)的區(qū)域，建立將氫氣混入天然氣網(wǎng)格的監(jiān)管框架。

在國(guó)家和區(qū)域?qū)用嬖黾淤Y源可用性和制氫成本的數(shù)據(jù)。根據(jù)間歇性可再生能源集成、其他電力系統(tǒng)靈活性選項(xiàng)以及對(duì)剩余可再生電力的競(jìng)爭(zhēng)性需求，分析未來(lái)可能用于制氫的棄風(fēng)棄光電力供應(yīng)潛力。

解決在工業(yè)領(lǐng)域使用低碳?xì)淠艽嬖诘臐撛谑袌?chǎng)障礙（例如在煉油廠）。

擴(kuò)大宣傳活動(dòng)和培訓(xùn)計(jì)劃，以提高對(duì)氫的認(rèn)識(shí)。

圖5 電儲(chǔ)能應(yīng)用和技術(shù)

關(guān)鍵點(diǎn)：氫能儲(chǔ)電可以應(yīng)用于大規(guī)模和長(zhǎng)期儲(chǔ)能